Ci sono condizioni del mare che possono rendere più o meno probabili degli eventi estremi. Disporre della capacità di prevedere in anticipo queste condizioni può garantire ad alcuni settori chiave, come quello della pesca e dell’acquacoltura, e alle aree marine protette, un ampio margine di tempo per prepararsi ad affrontare eventi avversi. Una valutazione dell’abilità predittiva del contenuto di calore degli oceani sotto-superficiali, un elemento chiave per previsioni stagionali accurate e affidabili, nello studio diretto dalla Fondazione CMCC e appena pubblicato su Climate Dynamics.

I sistemi di previsione stagionale di cui disponiamo attualmente forniscono previsioni sulle condizioni climatiche insolite nell’atmosfera, nell’oceano, sulla superficie terrestre, e in altre componenti del sistema climatico. Questi sistemi sono capaci di prevedere con mesi di anticipo molte variabili climatiche, dalla temperatura alle precipitazioni, e questo grazie principalmente all’interazione oceano-atmosfera nota come El Niño – Oscillazione meridionale (ENSO). ENSO altera la circolazione atmosferica nell’intero Pacifico tropicale e causa fenomeni di teleconnessione (una connessione remota cioè, fra aree apparentemente disgiunte), in grado di modificare il clima su scala stagionale in tutto il mondo. Lo strato superficiale dell’oceano si comporta come una memory bank, fornendo una riserva di calore a lungo termine per la regione. La nostra abilità nel prevedere le variazioni su scala stagionale è pertanto fortemente influenzata dal contenuto di calore dell’oceano sotto-superficiale dell’oceano Pacifico tropicale.
Le anomalie nel contenuto di calore degli oceani (Ocean Heat Content, OHC) persistono in genere per molti mesi; ciò rende questa variabile un fattore essenziale della prevedibilità stagionale sia per l’oceano che per l’atmosfera. L’abilità dei sistemi di previsione stagionale nel prevedere l’OHC rimane però in larga misura ancora da testare.
Uno studio diretto dalla Fondazione CMCC – Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici (CMCC) e pubblicato di recente sulla rivista Climate Dynamics presenta una valutazione delle capacità di previsione del contenuto di calore degli oceani (nei primi 300 metri di profondità) di due sistemi di previsione stagionale.

“Nonostante il suo importante ruolo nella predicibilità stagionale e le sue potenziali applicazioni, finora non è mai stata realizzata un’approfondita validazione del contenuto di calore degli oceani nei sistemi di previsione stagionale”, spiega Ronan McAdam, ricercatore CMCC della divisione scientifica Ocean Modelling and Data Assimilation e primo autore dello studio. “Questo studio rappresenta il primo tentativo di stimare le capacità predittive dell’OHC su scale temporali stagionali, e per l’oceano globale.”
I due sistemi di previsione utilizzati sono il CMCC-SPS3 (Seasonal Prediction System Version 3) della Fondazione CMCC, ed ECMWF- SEAS5 dello European Centre for Medium Range Weather Forecast (ECMWF); dal 2018, entrambi i sistemi contribuiscono al servizio relativo ai cambiamenti climatici di Copernicus (Copernicus Climate Change Service – C3S), che realizza previsioni stagionali di precipitazione, temperatura a 2 m, ecc., rendendole liberamente accessibili online. 

Nel complesso, i ricercatori hanno visto che i sistemi sono in grado di effettuare valide previsioni stagionali dell’OHC nei 300 m superiori dell’oceano per una grande varietà di orari di inizio, stagioni e ambienti di previsione. I primi 300 m della colonna d’acqua sono stati scelti perché interessati da molti fenomeni marini diversi, importanti per la predicibilità o per le eventuali applicazioni. Per fare qualche esempio, ai tropici il ciclo d’interazione quasi periodico conosciuto come El Niño-Oscillazione Meridionale (ENSO) e gli eventi correlati a questo fenomeno, sono fortemente influenzati dal contenuto di calore dell’oceano sotto-superficiale del Pacifico tropicale, mentre nel Nord Atlantico anomalie di OHC sono associate alla formazione degli uragani. La vita marina è inoltre interessata da fenomeni di dislocazione e contrazione di habitat che avvengono al di sotto della superficie marina. La previsione precoce delle anomalie nell’OHC potrebbe aiutare pertanto nella mitigazione degli eventi estremi.

I risultati dello studio mettono in evidenza la possibilità di realizzare accurate previsioni del riscaldamento della zona sotto-superficiale fino a due stagioni in anticipo, aprendo la strada a un’ampia gamma di potenziali applicazioni delle previsioni marine stagionali. Per fare un esempio, potrebbero trovare un impiego nella previsione di quelle condizioni del mare che rendono più probabile che si verifichi un evento di calore estremo, e quindi fornire al settore ittico, agli allevamenti di acquacoltura e alle aree marine protette tutto il tempo per prepararsi adeguatamente a questi eventi avversi.

“Anche se ci sono alcuni studi sull’uso delle previsioni del contenuto di calore, forse le loro potenziali applicazioni non sono ancora pienamente apprezzate”, conclude Ronan McAdam. “Un compito entusiasmante e urgente per le previsioni stagionali che vogliamo studiare nel prossimo futuro è la previsione delle ondate di calore marine, che si verificano in profondità, o che sono innescati da anomalie di calore che si verificano nell’area sotto-superficiale degli oceani. Il ruolo dell’OHC è infatti duplice: da un lato un suo aumento rende più probabile il verificarsi di ondate di calore e quindi può essere un fattore alla base di quella che gli esperti chiamano ondata di calore ‘ocean-driven’, sostenuta cioè dagli oceani, dall’altro può essere esso stesso un indicatore del fatto che sia in corso un’ondata di calore. La durata media di questi eventi sta aumentando in tutto il mondo, tanto che il loro orizzonte temporale sta andando a sovrapporsi a quello delle previsioni stagionali. Per fortuna, gli eventi sostenuti dal riscaldamento nella sotto-superficie dovrebbero essere più predicibili di quelli causati principalmente da perturbazioni atmosferiche relativamente improvvise. La previsione precoce degli eventi di riscaldamento nella zona sotto-superficiale potrebbe portare notevoli benefici economici e pratici per diversi settori, come pesca e acquacoltura, e sostenere gli sforzi di conservazione del patrimonio naturale marino contro eventi di mortalità di massa.”

Per il ruolo che le previsioni stagionali potrebbero giocare nei processi decisionali socio-economici, il prossimo passo nel campo delle previsioni marine stagionali sarà quindi quello della validazione degli indici con una rilevanza socio-economica, come il numero e l’intensità degli eventi estremi. Qualsiasi validazione di questo tipo richiederà di contestualizzare come queste variabili chiave, come l’OHC, si comportino nei sistemi di previsione stagionale. Questo studio è un primo passo in tale direzione, per la scala globale.

Lo studio nasce dalla collaborazione tra Fondazione CMCC – Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici (CMCC, Italia), European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF, Reading, UK) e l’Università di Vienna (Austria), ed è stato in parte finanziato dal Programma di ricerca e innovazione dell’Unione europea Horizon2020, come parte delle attività del progetto EuroSea. Gli autori di questo studio sono i ricercatori CMCC R. McAdam e S. Masina della Divisione scientifica Ocean Modelling and Data Assimilation Division, e S. Gualdi – Divisione scientifica Climate Simulations and Predictions.

Per ulteriori informazioni, leggi la versione integrale dell’articolo:
R. McAdam, S. Masina, M. Balmaseda, S. Gualdi, R. Senan, M. Mayer. Seasonal forecast skill of upper‑ocean heat content in coupled high‑resolution systems (2021) Climate Dynamics, https://doi.org/10.1007/s00382-021-06101-3