OCEAN & CLIMATE group. Eventi catastrofici. Claudia Pasquero. Università degli Studi di Milano - Bicocca

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1 Eventi catastrofici Claudia Pasquero Università degli Studi di Milano - Bicocca

2 Eventi catastrofici Un evento climatico catastrofico è un evento di origine climatica che ha gravi effetti demografici ed economici. Gli eventi catastrofici sono eventi rari per l ambiente in cui si verificano. Eventi di origine meteo-climatica che possono portare ad effetti catastrofici: - siccità - alluvioni - ondate di freddo - fulmini - cicloni tropicali - ondate di calore - trombe d aria - frane Condizioni estreme (per intensità e/o durata) di temperatura, precipitazione, venti

3 Costo demografico World Health Organization

4 Precipitazioni Formazione: l aria umida sale e si raffredda provocando la condensazione del vapore acqueo in gocce. Il sollevamento dell aria avviene per tre meccanismi: 1) Convezione: l atmosfera viene riscaldata dalla superficie terrestre (che a sua volta è scaldata dal sole). L aria superficiale può quindi salire per spinta di galleggiamento in quanto ha un peso specifico inferiore a quella sovrastante. [es: temporali] (c) Pearson 2) Fronti: masse d aria calda e umida si scontrano con masse d aria fredda e si sollevano per sovrastarle. [es: perturbazioni alle medie latitudini] (c) Pearson 3) Orografia: lo spostamento della massa d aria verso l alto è provocato da un rilievo topografico. [es: monsone asiatico] (c) Pearson

5 Alluvioni / siccità Anomalie di precipitazione sono spesso legate a: - anomalie di vapor d acqua presente nell atmosfera - condizioni di alta/bassa pressione alla superficie - situazioni di blocco in atmosfera che impediscono lo spostamento delle masse d aria provocando la persistenza delle condizioni meteorologiche Sukkur, Pakistan, 13 agosto 2001 Sukkur, Pakistan, 18 agosto 2010

6 Ondate di caldo e di freddo Spesso associate alla persistenza di un sistema di alta pressione che provoca un cielo limpido. Le nubi: - riflettono la radiazione solare (raffreddamento) - assorbono la radiazione terrestre (riscaldamento) (c) Thompson (c) Pearson D estate l assenza di nubi provoca riscaldamento (la radiazione solare giunge interamente al suolo) D inverno alle alte latitudini dove giunge poca radiazione solare, l assenza di nubi ha un effetto di raffreddamento. NOAA European Heat Wave, Estate 2003 Ginevra, febbraio 2012

7 Cicloni tropicali Un ciclone tropicale (o uragano, o tifone) è un sistema di bassa pressione a scala sinottica caratterizzato da forte convezione e da intensi venti ciclonici in superficie. La zona centrale, occhio (~50km), ha bassa pressione (~900 mbar) e assenza di precipitazione. La precipitazione si organizza in anelli concentrici con forte convezione e venti intensi che si indeboliscono all aumentare della distanza dall occhio per qualche centinaio di chilometri. Un singolo ciclone tropicale può:. generare una potenza di 2,000 miliardi di Watt attraverso l attrito dei venti (pari a circa la metà della produzione elettrica mondiale ). far precipitare 10,000 miliardi di litri d acqua in un giorno (pari al consumo mondiale medio di acqua)

8 Cicloni tropicali: danni - venti intensi (anche superiori a 250 km/h) in particolare alla destra del ciclone velocità massima: Tip (1979) 305 km/h con folate a 400 km/h [WMO, 2010] (c) Pearson - piogge intense (sul mare, anche di 1 m/dì) precipitazione massima in 24 h: Denise 1,82 m [Holland, 1993] - aumento del livello del mare nelle zone costiere (di qualche metro) a causa dei venti intensi massimo innalzamento: Mahina (1899) 13 metri [Whittingham 1958] Birmania 2008 ciclone Nargis

9 Cicloni tropicali: meccanismi 1. Aria calda e umida a contatto con la calda superficie oceanica si solleva per convezione. 2. L espansione induce condensazione e rilascio di calore latente, che fornisce un ulteriore spinta verso l alto (fino alla tropopausa a circa 15 km). (c) Pearson 3. L aria accumulata nella tropopausa provoca divergenza dell aria verso l esterno, con conseguente riduzione della massa nella colonna d aria e formazione di bassa pressione superficiale. 4. La bassa pressione richiama aria in superficie, generando venti convergenti. La rotazione terrestre causa un flusso a spirale verso il centro della perturbazione. 5. I venti intensi provocano un maggiore trasferimento di calore e di umidità dal mare all aria, intensificando la convezione. Isabel, 2003

10 Ciclogenesi: condizioni necessarie [Gray, 1968] - La media troposfera (quota di circa 5km) deve essere umida (altrimenti le gocce evaporano e raffreddano l aria ascendente) - La temperatura superficiale dell oceano deve essere elevata (per trasferire energia all aria sovrastante attraverso l evaporazione dell acqua) - La temperatura dell aria deve diminuire rapidamente con la quota (per avere instabilità per convezione umida) - La velocità del vento in quota deve essere ridotta (in modo da avere velocità dei venti omogenea nella troposfera) - La distanza dall equatore deve essere di almeno 500 km (per risentire degli effetti della rotazione terrestre) - Deve essere preesistente una perturbazione nella bassa atmosfera (per favorire la convergenza al suolo) Circa 90 cicloni tropicali ogni anno su tutto il pianeta

11 Cicloni tropicali: le traiettorie Best track dataset

12 Cicloni tropicali: l intensità [Emanuel 2003]

13 Cicloni tropicali: l interazione con il mare L intensità dipende da condizioni ambientali e da processi interni al ciclone tropicale. Fondamentale è l interazione col mare (da cui viene estratta l energia). L intensificazione è favorita da: - temperature marine superficiali elevate - temperature marine sotto la superficie elevate - velocità di spostamento del ciclone elevata Temperatura superficiale dellʼacqua [Gray 1968] [Lin et al. 2005] [Mei and Pasquero 2012] (c) NASA I venti intensi provocano una forte evaporazione e il rimescolamento delle acque superficiali calde con quelle più fredde a profondità più elevate. Entrambi i processi inducono un raffreddamento della superficie oceanica, che quindi limita l evaporazione e l intensificazione del ciclone. Uragano Edouard, 1996 (30 agosto e 3 settembre)

14 Cicloni tropicali: l intensità L intensità dipende da condizioni ambientali e da processi interni al ciclone tropicale. Fondamentale è l interazione col mare (da cui viene estratta l energia). L intensificazione è favorita da: - temperature marine superficiali elevate - temperature marine sotto la superficie elevate - velocità di spostamento del ciclone elevata [Gray 1968] [Lin et al. 2005] [Mei and Pasquero 2012] Temperatura superficiale Spessore dello strato caldo (c) NASA (c) NASA I venti intensi provocano una forte evaporazione e il rimescolamento delle acque superficiali calde con quelle più fredde a profondità più elevate. Entrambi i processi inducono un raffreddamento della superficie oceanica, che quindi limita l evaporazione e l intensificazione del ciclone. Uragano Kathrina, 2005

15 Variabilità degli eventi climatici estremi A livello mondiale, non ci sono state significative variazioni nell attività dei cicloni tropicali negli ultimi 40 anni (ma in alcuni bacini sì). FREQUENZA CICLONI TROPICALI POTENZA CUMULATA CICLONI TROPICALI updated from Maue 2009 and Maue 2011 E aumentato il numero di giorni con temperature estreme, è aumentata la frequenza di eventi precipitativi intensi (ma non in tutte le regioni). Alcune variazioni sistematiche negli estremi climatici sono probabilmente legate al cambiamento climatico antropogenico.

16 Variabilità degli eventi catastrofici Gli eventi catastrofici di origine climatica sono triplicati negli ultimi 30 anni [Munich Re]. N.B.: Definizione di evento catastrofico in base alle perdite economiche e demografiche. Meteorological events Hydrological events Climatological events

17 Previsioni Nel corso del XXI secolo: [IPCC 2012] - molto probabilmente le temperature massime e le ondate di calore aumenteranno mentre le ondate di freddo diminuiranno - molto probabilmente la frequenza delle precipitazioni intense aumenterà - probabilmente l intensità dei cicloni tropicali aumenterà (ma non la frequenza) - probabilmente la siccità nelle medie latitudini aumenterà Le variazioni probabilmente non saranno identificabili per i prossimi 20 anni a causa dell elevata variabilità naturale. PREVISIONI PERDITE ECONOMICHE DOVUTE AI CICLONI TROPICALI NEGLI STATI UNITI scenario A1B Si prevede che gli eventi climatici catastrofici continueranno ad aumentare nel corso del XXI secolo, sia per effetto del cambiamento climatico in corso, sia per effetto dello sviluppo economico e demografico. Emanuel 2012

18 Conclusione Nessun evento catastrofico può essere singolarmente imputato al cambiamento climatico. [Hegerl et al., 2007] Qualsiasi cambiamento climatico, se avviene in modo repentino rispetto al tempo evolutivo di una società, è potenzialmente dannoso. Questo è dovuto al fatto che le società si sono sviluppate in un dato clima (relativamente stabile) ed ogni adattamento ad un clima diverso richiede tempi relativamente lunghi (es. costruzione infrastrutture). Gli eventi più rari sono spesso i più catastrofici perché inattesi.

19 Tsunami Giappone 2011: circa 20,000 morti

20 Previsioni per il XXI secolo Negli ultimi 50 anni: - la frequenza è rimasta immutata - l intensità e la durata sono cambiati in modo correlato alla temperatura superficiale del mare [Emanuel 2005] La frequenza a livello globale - si prevede - non cambierà o diminuirà perché aumenterà la velocità del vento in quota. L intensità - si prevede - aumenterà, con conseguente aumento della frequenza dei cicloni più intensi, a causa dell innalzamento della temperatura superficiale del mare (10% nel 2100). METTERE IMMAGINE FREQUENZA DEI CICLONI PER CLASSI DI INTENSITA

21 Cicloni tropicali: il ruolo dell Oceano I venti intensi provocano una forte evaporazione e il rimescolamento delle acque superficiali calde con quelle più fredde a profondità più elevate. Entrambi i processi inducono un raffreddamento della superficie oceanica, che quindi limita l evaporazione. E un meccanismo di autolimitazione dell intensità dei cicloni tropicali, che però non funziona se l acqua nel termoclino è particolarmente calda e/o se la velocità di spostamento del ciclone è elevata.

22 Cicloni tropicali: le traiettorie

23 Cicloni tropicali: meccanismi 1. Aria calda e umida a contatto con la calda superficie oceanica si solleva per convezione. 2. L espansione induce condensazione e rilascio di calore latente, che fornisce un ulteriore spinta verso l alto (fino alla tropopausa a circa km). 3. L aria accumulata nella tropopausa provoca divergenza dell aria verso l esterno, con conseguente riduzione della massa nella colonna d aria e formazione di bassa pressione superficiale. 4. La bassa pressione richiama aria in superficie, generando venti convergenti. La rotazione terrestre causa un flusso a spirale verso il centro della perturbazione. 5. I venti intensi provocano un maggiore trasferimento di calore e di umidità dal mare all aria, intensificando la convezione.

24 Ondate di calore