CICLO IDROLOGICO DEL MEDITERRANEO OGGI ED IN FUTURO. Vincenzo Artale, ENEA

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1 CICLO IDROLOGICO DEL MEDITERRANEO OGGI ED IN FUTURO Vincenzo Artale, ENEA

2 OGGETTO INTERVENTO Questa breve presentazione cercherà di dare una panoramica sulle complesse problematiche scientifiche relative al sistema climatico ed ai cambiamenti climatici, focalizzandosi sulle componenti fluide del sistema, l'acqua, e quindi necessariamente ai cambiamenti che stanno avvenendo principalmente nell'oceano e nell'atmosfera.

3 OGGETTO INTERVENTO L'intervento inizierà dall'analisi dei cambiamenti climatici in atto per arrivare alle proiezioni per il clima futuro, combinando dati osservati e simulazioni numeriche; relativamente al clima futuro si discuteranno scenari climatici a scala globale e regionale, utilizzando anche tecniche statistiche di downscaling.

4 The atmospheric water budget can be described by the equation δw/δt = div h Q + (E P), INTRODUZIONE W is the water vapour content of a vertical column, which extends from the ground to the top of the atmosphere (this quantity is known as precipitable water). Q is the vertically integrated twodimensional water vapour flux. E denotes evaporation and P is the precipitation.

5 INTRODUZIONE CICLO IDROLOGICO SEMPLIFICATO Schematic of the atmospheric branch of the water cycle. Storage (in boxes) is given in kg and fluxes in kg/a. Considering a liquid water density of 10 3 kg m 3 : kg correspond to 10 3 km 3

6 INTRODUZIONE The hydrological cycle. Estimates of the main water reservoirs, given in plain font in 10 3 km 3, and the flow of moisture through the system, given in slant font (10 3 km 3 yr -1 ), equivalent to Eg (10 18 g) yr -1.

7 RISULTATI E-P OGGI (IPCC) E-P DOMANI (IPCC) Temp. OGGI The long-term annual mean E- P computed from monthly means of the vertically integrated atmospheric moisture budget using ERA- 40 reanalyses every 6 h.

8 RISULTATII Temp. OGGI nella regione mediterranea LUGLIO 2015 un RECORD di temperatura!

9 Annual mean changes in precipitation (P), evaporation (E), relative humidity, E P, for relative to Hatching indicates regions where the multi-model mean change is less than one stand ard deviation of internal variability. Stippling indicates regions where the multi-model mean change is greater than two standard deviations of internal variability and where 90% of models agree on the sign of change (from IPCC, AR5)

10 SALINITY VARIATION: NEW DATA SET TO OBSERVE GLOBAL PATTERN 60N 30N EQ 30S 60S Example of what will be possible with many years of Argo, the pattern much cleaner than historical trend because sampling is so much better. Surface-layer salinity anomaly (color) with the Argo annual mean salinity (contour), Fresher N. Pacific Saltier N. Atlantic E 120E W 60W (psu)

11 The Mediterranean outflow: source of heat and salt at intermediate depth (1000m) (Potter and Lozier, GRL, 2004 and Fusco, Artale, 2008)

12 IN THE GULF OF CADIZ SEVERAL EVENTS OF SALT ANOMALY ARE OBSERVED (FUSCO, ARTALE, COTRONEO, 2008)

13 RISULTATI a) b) Confronto tra la serie storica ( ) della temperatura superficiale marina (SST) globale (a) e quella mediterranea (b). In quella globale SST si nota un aumento della SST di C in 35 anni ( ), un andamento costante ( ) e un aumento di C in 35 anni ( ); nel Mediterraneo è invece molto evidente l oscillazione multi decennale (AMO), che maschera parzialmente il trend positivo.

14 Data source: HadISST (Met Office, Hadley Centre for Climate Research) Product: Monthly version of HadISST sea surface temperature component. WARMING OF THE MEDITERRANEAN SURFACE LAYER: The upper panel of figure 1 describes the yearly mean anomaly of the Mediterranean SST from SST ARE 1870 to 2006 INCREASING respect to the 1961 to 1990 SINCE mean. The coldest 1860 period BY of the series 0.4 C is centred on 1910 while the warmer period occurs during the last decade of the time series. Two decreasing period are observed from 1880 to 1910 and from 1960 to The yearly mean was increasing from 1919 to 1930 CLIMATE and from 1975 to VARIABILITY (Marullo et al., 2009) TREND C/decade Figure 1. Upper panel SST yearly anomaly. Lower panel SST Monthly anomalies. The black contour line is the zero level HIGHER TREND IN SUMMER The monthly temperature difference between the decades centred around warm and the cold year is shown in figure 2. This figure indicates that the temperature increase is mainly driven by the mayjune-july months when the difference is above the annual mean difference between the two decades ( 0.84 C).

15 sea level change Present-day sea-level rise is a major indicator of climate change. Since the early 1990s, sea level rose at a mean rate of ~3.1 mm yr 1. In the last decade a slowdown of this rate, of about 30%, has been recorded. It coincides with a plateau in Earth s mean surface temperature evolution, known as the recent pause in warming. The most prominent signature in the global mean sea level interannual variability is caused by El Niño Southern Oscillation, through its impact on the global water cycle. When correcting for interannual variability, the past decade s slowdown of the global mean sea level disappears, leading to a similar rate of sea-level rise (of 3.3 ± 0.4 mm yr 1) during the first and second decade of the altimetry era. This results confirm the need for quantifying and further removing from the climate records the short-term natural climate variability if one wants to extract the global warming signal. Cazenave et al., Nature Climate Change 4, (2014) 15

16 IPCC, AR5 (a) GMSL trends computed over two time spans (January 1994 to December 2002, and January 2003 to December 2011) using satellite altimetry data from five processing groups. (b)same as (a) but after correcting the GMSL for the mass and thermosteric interannual variability. Corrected means that the interannual variability due to the water cycle and thermal expansion are quantitatively removed from each original GMSL time series using data as described in the main text, the mass component used to correct for interannual variability is based on the ISBA/TRIP hydrological model for land water storage plus atmospheric water vapour component over January 1994 to December 2002 and GRACE CSR RL05 ocean mass over January 2003 to December Black vertical bars represent the 0.4 mm yr -1 uncertainty. Units: mm yr

17 Evolution of the global mean sea level between 1800 and 2100 from observations (for the nineteenth and twentieth centuries) and model projections for the twenty-first century. The thick black line represents the long-term sea level based on various observations for the nineteenth century. The red line is based on tide gauge data (from Church et al. 2004). The green line is from satellite altimetry since The pink shaded region includes projections from coupled climate models (From IPCC (2007) AR4). The light blue shaded region includes projections from Rahmstorf (2007). From IPCC, AR5,

18 IL MODELLO NUMERICO CLIMATICO ENEA RISULTATII

19 RISULTATII Anomalie (rispetto media climatologica di tutto il periodo) di temperature superficiali per i punti di terra della regione euromediterranea (LON: 10W- 40E; LAT: 30N-48N, all interno del rettangolo nero riportato in alto a sinistra) per le quattro stagioni da diversi datasets di osservazioni e simulazioni regionali per il periodo Per ogni stagione viene applicata una media mobile di 5 anni.

20 RISULTATII Come sopra ma per le anomalie delle precipitazioni.

21 Hindcast results: Med-CORDEX comparison RISULTATI Med-CORDEX initiative has been proposed by the Mediterranean climate research community as a follow-up of previous and existing initiatives. Med-CORDEX takes advantage of new very high-resolution Regional Climate Models (RCM, up to 10 km) and of new fully coupled Regional Climate System Models (RCSMs), coupling the various components of the regional climate.

22 RISULTATI Proiezioni climatiche future per le regione Euro- Mediterranea. Sono riportate le anomalie di temperature superficiale per il periodo rispetto al periodo , considerando la media delle proiezioni climatiche future ENSEMBLES

23 RISULTATII Come sopra ma per le precipitazioni. Le regioni puntinate evidenziano dove almeno i 2/3 delle simulazioni prese in esame concordano sul segno del cambiamento previsto

24 15 modelli diversi RISULTATI CINQUE TERRE E EVENTI ESTREMI Istogrammi delle variazioni climatiche (periodo confrontato con il ). Le barre colorate rappresentano la percentuale di eventi intensi nelle Cinque Terre in ogni simulazione regionale (riportate a lato con le corrispondenti simulazioni globali che le guidano a grande scala) per ogni stagione. Le linee sottile grigie corrispondono al numero di eventi intensi riprodotti dai modelli nel clima presente. DEFINIZIONE: Gli eventi intensi sono definiti come i giorni in cui le precipitazioni giornaliere superano il 95 percentile del ciclo stagionale di riferimento nel clima presente ( ).

25 RISULTATI NORD ADRIATICO E EVENTI ESTREMI Istogrammi delle variazioni climatiche (periodo confrontato con il ) per il numero di eventi intensi di precipitazione giornaliera sul Nord Adriatico nelle simulazioni climatiche regionali prodotte nel progetto ENSEMBLES. Le barre rappresentano i cambiamenti nella frequenza di eventi intensi sulla regione del Nord Adriatico in ogni simulazione regionale per ogni stagione. Le simulazioni sostanzialmente concordano su un aumento di eventi intensi in primavera ad inverno, mentre la maggior parte delle proiezioni climatiche prevede una diminuzione di tali eventi in estate ed autunno.

26 CONCLUSIONII Le nostre analisi basate sui dati raccolti in situ o su dati dedotti da modelli numerici, mostrano nell'area europea e mediterranea un graduale aumento della variabilità climatica, particolarmente accentuata negli ultimi decenni; per quanto riguarda l oceano, nel corso del XX secolo, le acque intermedie e profonde del Mediterraneo hanno subito un riscaldamento e aumento della salinità non sempre lineare, passando da un tasso di crescita di pochi centesimi di grado centigrado a due tre decimi di negli ultimi dieci anni. Tutto questo si ripercuote, al di sopra dell oceano, in particolare dagli anni 70 in poi, in un innalzamento della temperatura dell aria lungo le coste del Mediterraneo, soprattutto nel periodo estivo ed in misura minore in quello primaverile.

27 CONCLUSIONI Per quanto riguarda invece le proiezioni climatiche future tutti le simulazioni concordano su un possibile aumento di temperatura superficiale nei prossimi anni di circa 2 gradi nel periodo estivo, accompagnato da una marcata diminuzione delle piogge lungo tutte le coste mediterranee che si contrappone ad un significativo aumento delle precipitazioni nel centronord Europa. Questo avrà anche dei possibili effetti locali in aree particolarmente vulnerabili come il Golfo Ligure. I nostri ed altri studi, suggeriscono tuttavia, che occorre tener conto maggiormente di fenomeni globali indotti dalle teleconnessioni (ENSO; NAO;AO etc.), l'aridità del suolo, l'aumento della SST (temperatura superficiale del mare).

28 Some Conclusion for Mediterranean sea From a review of all available data set for the Mediterranean Sea we found an warming trend of C/decade in SST over the last 150 yrs, moreover in the Gulf of Cadiz the MOW displays a trend of 0.16 C/decade and 0.05/decade in salinity over the last 50 yrs; The Mediterranean isn t a isolated basin, but is a relevant component of the North Atlantic climate system, e.g. the northern part of Atlantic and Mediterranean show an high correlated multi decadal variability typically of 70-yrs; The coupled model (Protheus System) predicts significant interannual variability including EMT and acceleration of warming in particular after the 2020 with an average value of 0.16 C/decade (not shown); But more significantly is relevant that the numerical models have to represent, beside the air-sea interaction processes, the driver mechanisms of the Mediterranean thermohaline circulation like the physics and hydrological characteristics within the Gibraltar Strait (Salinity Valve), the advection-convection feedback (multiple steady state of ocean circulation, EMT can be considered an element of its), the internal salt anomaly in the North Atlantic due to the MOW, that can contribute to stabilize the MOC (not shown).

29 QUINDI..BISOGNA MISURARE, OSSERVARE, DEDURRE CONCLUSIONE GRAZIE DELL ATTENZIONE

30 Spazio per logo CONTATTI Vincenzo Artale Dirigente di Ricerca ENEA ENEA FSN-TECFIS-DIM Telefono: Cellulare: