DALLA SERIE TERMICA STRUMENTALE PIÙ LUNGA DEL MONDO UN PROFILO STORICO DEL CLIMA EUROPEO

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DALLA SERIE TERMICA STRUMENTALE PIÙ LUNGA DEL MONDO UN PROFILO STORICO DEL CLIMA EUROPEO

Aggiornate al 2017 le anomalie delle temperature europee dal 1655 Di Luigi Mariani e Franco Zavatti

La climatologia storica si occupa di ricostruire i climi del passato e di studiarne le interazioni con le attività umane. A tal fine sfrutta una vasta gamma di fonti, dalle serie strumentali a quelle derivanti da proxy data di diversa origine (fenologia vegetale, carote glaciali, serie polliniche, sedimenti lacustri o marini, speleo temi, cerchie di accrescimento delle piante arboree, ecc.) . Un ruolo molto rilevante è anche assegnato alle serie documentali (cronache, registri di attività agricole o commerciali, prezzi di derrate, ecc.) (Behringer 2013).

La serie storica europea 1655-2017

Tre anni orsono ho iniziato ad aggregare dati provenenti da diverse fonti allo scopo di ottenere una “temperatura media europea” che si rivelasse utile per qualche riflessione in termini di climatologia storica. La decisione derivò dal fatto che una tale sintesi non era reperibile in bibliografia, il che mi pareva paradossale anche alla luce del fatto che l’Europa, in quanto patria di Galileo e della sua scuola, inventori degli strumenti meteorologici principali, vanta oggi le serie storiche strumentali più lunghe dell’intero pianeta.

In tutto le stazioni aggregate sono al momento 29 e sono riportate in figura 1 e tabella 1. La serie più antica è quella di Firenze, relativa al periodo 1655-1671 e tratta da Camuffo e Bertolin (2012). Ad essa dal 1659 si aggiunge la serie dell’Inghilterra centrale (Metoffice - Hadley Centre, 2018).

Onde evitare gli effetti indotti da differenze di altitudine o esposizione delle diverse stazioni, i dati sono stati espressi come anomalie rispetto alla media del trentennio 1961-1990. Ovviamente l’approccio seguito non può risolvere gli effetti legati all’esposizione degli strumenti o ad altri problemi strumentali che possano affliggere le serie storiche considerate, problemi che stono stati comunque almeno parzialmente risolti da coloro che si sono occupati del recupero delle singole serie storiche utilizzate.

La serie è anche afflitta da problemi di isola di calore urbano (Urban Heat Island - UHI) che influenza le temperature degli osservatori storici. Tale effetto è solo parzialmente compensato negli ultimi 60-80 anni dall’inserimento di stazioni aeroportuali meno sensibili all’UHI.

Attualmente la serie consta di 361 anni di dati (1655-2017). Si noti inoltre che il numero di stazioni considerate aumenta con il tempo e che solo dal 1864 viene superata la soglia di 10 stazioni disponibili (figura 3).

Alcune deduzioni

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La serie storica è stata ora aggiornata al 2017, anno che con +1.38°C si colloca al sesto posto fra i più caldi dal 1655 ad oggi (tabella 1). Sempre dalla classifica di tabella 1 osserviamo che fra i 30 anni più caldi dal 1655 ad oggi 6 ricadono nel XVIII secolo (1779, 1775, 1773, 1727, 1723, 1722), 11 nel XX (2000, 1999, 1997, 1995, 1994, 1992, 1990, 1989, 1949, 1934) e ben 14 nel XXI secolo.

Nella tabella 2 sono stati invece riportati i 30 anni più freddi dal 1655 ad oggi. Di questi, 10 ricadono nel XVII secolo (1674, 1675, 1684, 1688, 1691, 1692, 1694, 1695, 1697, 1698), 9 nel XVIII (1702, 1707, 1708, 1709, 1740, 1784, 1785, 1786, 1799), 11 nel XIX (1805, 1809, 1812, 1814, 1816, 1829, 1838, 1855, 1871, 1879, 1888) mentre nessuno è presente in XX e XXI secolo. Anno più freddo in assoluto è stato il 1740 mentre solo al 19° posto si colloca il 1816, il famoso “anno senza estate”.

Uno sguardo complessivo alla serie indica la presenza di una sensibilissima variabilità interannuale, con anni freddi che si alternano ad anni caldi, il che si traduce nel classico andamento a “dente di sega”. Tale variabilità è presente nell’intera serie e consente di contestare in modo immediato l’affermazione secondo cui il clima europeo prima dell’era dell’AGW fosse un clima assai più stabile. Giova altresì dire che la grande variabilità interannuale è frutto della circolazione generale e delle strutture di blocco responsabili dell’afflusso verso la nostra area di masse d’arai d’aria con caratteristiche peculiari (aria polare continentale, polare marittima, artica continentale e marittima, subtropicale continentale e marittima). Si osserva inoltre la presenza di una ciclicità pluriennale con cicli di durata media di 60-70 anni. Tale ciclicità è effetto della ciclicità delle temperature dell’Oceano Atlantico (illustrata dell’indice AMO) e delle ciclicità nella circolazione atmosferica (messa in luce ad esempio dall’indice NAO). La potenza di tale ciclicità pluriennale è notevolissima. Ad esempio dagli anni 50 agli anni 70 essa ha dato luogo al calo delle temperature europee, riportatesi su valori al di sotto della media dell’intera serie che è di -0.28°C di scostamento rispetto alla media 1961-1990 (figura 4 – linea verde).

Sottoponendo infine la serie a un’analisi di discontinuità (figura 4) si pone in luce l’esistenza di tre sottoperiodi termicamente omogenei e cioè il 1655-1709 (in media -0.55°C rispetto a 1961-90), 1710-1942 (in media -0.40°C) e 1943-2017 (in media +0.39°C).

Dall’analisi visuale della figura 4 emerge anche che la fase di incremento registrata dal 1695 al 1723 appare simile per forma e potenza a quella registrata dal 1956 ad oggi.

E’ questa una curiosità che varrebbe la pena in futuro di indagare. Peraltro il riscaldamento 1695 – 1723 portò l’Europa in una fase di clima mite che fu bruscamente interrotta dall’anno 1740, il più freddo dell’intera serie, che in Francia secondo Emmanuel Leroy Ladurie provocò 200.000 morti per fame e freddo, non essendo la popolazione più abituata a fare scorte. Mi pare questa una lezione storica su cui val la pena di meditare, specie in un periodo in cui i media diffondono a piene mani l’idea sciagurata secondo cui “farà sempre più caldo”, scordandosi dell’elementare dato di fatto per cui la Siberia, polo del freddo dell’emisfero boreale, è solo a poche migliaia di km a nordest del nostro Paese.

Quanto descritto in precedenza mostra quanti aspetti peculiari del nostro clima possono essere evidenziati dall’analisi di questa serie, effetti che in gran parte sono

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frutto di una variabilità naturale, tant’è che li ritroviamo anche su serie termiche molto più lunghe basate su proxy data (Mariani e Zavatti, 2017).

Segnalo infine che la serie delle temperature europee 1655-2016, originariamente pubblicata su CM, è stata in seguito utilizzata da Franco Zavatti e da me per un lavoro di analisi delle ciclicità climatiche a livello europeo pubblicato sulla rivista Science of Total Environment (Mariani e Zavatti, 2017).

Analisi spettrale

L’analisi spettrale diretta delle temperature europee mostrata in figura 5 evidenzia la presenza di un massimo con periodo di circa 300 anni che domina l’intera struttura dello spettro. Una più attenta analisi della memoria a lungo termine della serie considerata (www.climatemonitor.it/?p=47359) (figura 6, linea nera) mostra la presenza di una persistenza medio-alta, espressa dalla funzione di autocorrelazione (acf). L’esponente di Hurst stimato vale H=0.789, e la persistenza viene corretta tramite l’uso della derivata numerica della serie (figura 6, linea blu) portando ad un valore H=0.566. Lo spettro della serie corretta è mostrato in figura 7, nella quale si nota la scomparsa del periodo di 300 anni e il mantenimento di tutti gli altri massimi spettrali, in alcuni casi con differenze non significative. Lo spettro della serie europea deve essere considerato quello di figura 7 e il massimo a 300 anni un probabile artefatto della memoria a lungo termine. Un confronto diretto tra i massimi spettrali della serie corretta e non corretta può essere fatto tramite la tabella 4.

Per quanto riguarda i massimi spettrali individuati nella serie corretta:

- il massimo a 69,4 anni è compatibile con massimi spettrali di AMO (67 anni circa), NAO (76 anni circa) e sole (64 anni)

- il massimo a 34,7 anni è compatibile con massimi spettrali di AMO (35 anni circa) e NAO (38 anni circa)

- il massimo a 23,7 anni è compatibile con massimi spettrali di AMO (22 anni circa), NAO (27 anni circa) e sole (22 anni circa)

- i massimi a 11,1 e a 7,8 anni sono compatibili con massimi spettrali di AMO (10 anni circa), NAO (8 anni circa) e sole (11 anni circa)

- il massimo a 4,7 anni è compatibile con i massimi di periodo inferiore a 5 anni caratteristici di ENSO.

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Bibliografia

Behringer W., 2013. Storia culturale del clima, Boringhieri, 349 pp.

Camuffo D. and Bartolin C., 2012. The earliest temperature observations in the world:

The Medici Network (1654-1670), Climatic Change 111(2):335-363 · July

2012.

Mariani L., Zavatti F., 2017. Multi-scale approach to Euro-Atlantic climatic cycles based on phenological time series air temperatures and circulation indexes, Science of the Total Environment 593–594 (2017) 253–262

Metoffice - Hadley Centre, 2018. Hadley Centre Central England Temperature (HadCET) dataset, http://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadcet/ (sito visitato l’11 marzo 2018).

Figura 1– Le 29 stazioni europee utilizzate in sede di analisi (per gli acronimi si veda l’anagrafica in tabella 1).

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Figura 2 – Anomalie termiche europee dal 1655 ad oggi espresse come scostamento rispetto alla media 1961-1990.

Figura 3 – Numero di stazioni considerate.

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Figura 4 – Change analysis eseguita con il metodo di Bai e Perron. In tal modo si individuano tre fasi climatiche omogenee separate da 2 breakpoints, il primo dei quali ha come anno più probabile il 1709 e il secondo il 1942. Si osservi inoltre che Il breakpoint più antico ricade con un 99% di probabilità negli anni compresi fra 1666 e 1755 mentre il secondo ricade con un 99% di probabilità negli anni compresi fra 1926 e 1956. In blu è la media dei tre sottoperiodi omogenei e in verde la media dell’intera serie.

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Figura 4 – Spettro della serie europea. Il massimo a circa 300 anni domina l’intera struttura.

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Figura 5 – Funzione di autocorrelazione (ACF) della serie osservata (linea nera) e di quella corretta con l’uso della derivata prima (linea blu). Si osservi il miglioramento, cioè la diminuzione, della persistenza.

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Figura 6 – Serie delle derivate numeriche delle temperature medie europee e suo spettro. Da notare la differenza di scala tra i quadri centrale e inferiore. Come si vede è presente un massimo di circa 225 anni, quasi insignificante, ed è scomparso il massimo di 300 anni. I periodi di tutti gli altri massimi sono gli stessi dello spettro

“osservato”.

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Tabella 1 – Anagrafica che riporta anche gli acronimi indicati in figura 1.

n nome acroni

mo altezz

a latitudi

ne longitud ine 1 Central_England_Temperat

ure CET 100 -1.00 52.00

2 SONNBLICK SBLI 3109 12.95 47.05

3 HAMBURG Fuhlsbuttel HAMB 11 9.59 53.38

4 NAVARACERRADA NAVA 1890 -3.59 40.46

5 SALAMANCA SALA 590 -5.28 40.56

6 BOURGES BOUR 166 2.37 47.07

7 MONT-AIGOUAL MAIG 1567 3.35 44.07

8 RENNES RENN 36 1.44 48.04

9 STRASBOURG STRB 154 7.63 48.55

1

0 TOULOUSE (BLAGNAC) TOUL 151 1.22 43.37 1

1 UPPSALA UPPS 20 17.38 59.51

1

2 STOCCOLMA STOC 20 18.04 59.19

1

3 BERLIN TEMPELHOF BERL 34 13.24 52.31 1

4 PARIS MONTSOURIS PARI 75 2.34 48.82

1

5 SAN PIETROBURBO SPIE 20 30.19 59.56

1

6 FRANKFURT AM FFUR 110 8.41 50.07

1

7 KREMSMUENSTER KREM 384 14.08 48.03

1

8 CBT_BELGIO-BRUXELLES BRUX 100 4.60 50.51 1

9 DE-BILT DEBI 15 5.18 52.10

2

0 POPRAD TATRY POPR 695 20.25 49.07

2

1 WADDINGTON (LINCOLN) WADD 70 0.52 53.17 2

2 BASEL-BINNINGEN BASL 316 7.60 47.60

2

3 VERONA VILLAFRANCA VERO 68 10.52 45.23 2

4 CAGLIARI ELMAS CAGL 2 9.13 39.14

2

5 BRINDISI BRIN 10 17.56 40.38

2

6 PADOVA PADO 10 11.52 45.24

2

7 CADICE CADI 10 -6.17 36.31

2

8 COL DU GRAN

ST_BERNARD CGSB 2472 7.17 45.87

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2

9 FIRENZE FIRE 40 11.20 43.81

Tabella 2 – I 30 anni più caldi in Europa dal 1655 ad oggi.

ann

1

0.95 21

(12)

193

4

0.92 22

177

5

0.90 23

199

2

0.89 24

194

9

0.88 25

199

5

0.87 26

177

3

0.83 27

172

7

0.79 28

172

2

0.79 29

200

4

0.79 30

Tabella 3 – I 30 anni più freddi dal 1655 ad oggi.

ann

178

6

-1.70 12

178

180

9

-1.32 29

170

7

-1.30 30

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Tabella 4 – Confronto diretto tra i periodi dei massimi spettrali della serie osservata, in anni, e di quella corretta con la derivata prima.

Per.

Oss.

Per.

Der.

Per.

Oss.

Per.

Der.

301 23.4 23.7

226 15.3 15.2

120 129 13.2 13.2

90 90 11.1 11.1

69.4 69.4 7.8 7.8

54.7 56.4 5 5

47.5 46.3 4.7 4.7

34.7 34.7 4 4

26.9 27.3