Clima Impazzito, Visione Offuscata: Come il Futuro Cambierà Ciò che Vediamo (e Non Vediamo)

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa di affascinante e, lo ammetto, un po’ preoccupante. Avete mai pensato a come il cambiamento climatico, quella cosa di cui sentiamo parlare ogni giorno, potrebbe influenzare non solo le temperature o il livello del mare, ma anche… la nostra capacità di “vedere”? Non parlo solo dei nostri occhi, ma di tecnologie sofisticate che usano la luce visibile e infrarossa (le cosiddette tecnologie EO/IR) per monitorare il mondo.

Pensateci un attimo: questi sensori sono ovunque! Dalle telecamere termiche che aiutano i vigili del fuoco a individuare persone intrappolate, ai sistemi che monitorano la salute delle coltivazioni dallo spazio, fino ai dispositivi di assistenza alla guida nelle nostre auto. Tutti dipendono da come la luce viaggia attraverso l’atmosfera. E indovinate un po’? L’atmosfera sta cambiando, e non in meglio.

Perché è Importante Vedere Chiaro?

Prima di addentrarci nel problema, capiamo perché questi sensori EO/IR sono così cruciali. La loro performance dipende criticamente dalle condizioni atmosferiche. Immaginate di dover pilotare un drone per ispezionare una linea elettrica o di usare un satellite per mappare una fuoriuscita di petrolio. La chiarezza con cui questi strumenti “vedono” è fondamentale. Le applicazioni sono tantissime e toccano la nostra vita quotidiana e la sicurezza globale:

• Monitoraggio della salute delle colture e sicurezza alimentare
• Protezione della fauna selvatica e tracciamento delle migrazioni animali (pensate alle balene!)
• Rilevamento precoce di incendi boschivi
• Individuazione di sversamenti di petrolio in mare
• Sistemi di assistenza alla guida e monitoraggio del traffico
• Ispezioni di infrastrutture critiche come le linee elettriche
• Applicazioni militari e di difesa
• Osservazioni astronomiche da terra

In tutti questi casi, un’atmosfera “pulita” e prevedibile è essenziale. Ma cosa succede quando il clima inizia a fare le bizze?

L’Atmosfera Cambia, la Nostra Vista Pure

Il punto è questo: la propagazione della luce, sia visibile che infrarossa, è influenzata da cosa c’è nell’aria. Parliamo principalmente di:

• Vapore acqueo: Assorbe fortemente certe lunghezze d’onda, specialmente nell’infrarosso.
• Anidride carbonica (CO2): Un altro gas serra che assorbe energia.
• Aerosol: Particelle minuscole (polvere, inquinamento, sale marino) che diffondono e assorbono la luce, riducendo la visibilità.

Il cambiamento climatico sta aumentando la temperatura globale, il che permette all’aria di trattenere più vapore acqueo (aumento dell’umidità specifica). Stiamo anche immettendo più CO2. E anche se in alcune aree del mondo l’inquinamento da particolato sta diminuendo grazie a politiche ambientali (come negli USA e in UE), la situazione globale degli aerosol è complessa e le previsioni future sono incerte. Insomma, l’atmosfera del futuro non sarà come quella di oggi.

I modelli attuali che usiamo per prevedere le prestazioni dei sensori EO/IR si basano su dati storici. Funzionano bene per il passato e il presente, ma come facciamo a sapere come si comporteranno i sensori tra 10, 20, o 50 anni? È qui che entra in gioco la scienza del clima.

Sbirciare nel Futuro con CMIP6 e MODTRAN

Per cercare di rispondere a questa domanda, abbiamo utilizzato uno strumento potentissimo: le simulazioni climatiche del futuro. Nello specifico, ci siamo affidati al progetto CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6), una raccolta internazionale di modelli climatici all’avanguardia. Questi modelli non solo prevedono la temperatura, ma anche l’umidità, la pressione, la concentrazione di CO2 e molto altro, per decenni a venire.

Abbiamo preso i dati da CMIP6, in particolare da uno dei modelli chiamato MRI-ESM2, e li abbiamo “dati in pasto” a un altro modello, chiamato MODTRAN (MODerate Resolution TRANsmittance). MODTRAN è uno standard nel calcolare come la luce viaggia attraverso l’atmosfera, tenendo conto di assorbimento e diffusione. In pratica, abbiamo simulato come cambierà la trasmittanza atmosferica – una misura di quanta luce riesce a passare – dal 2015 fino al 2100.

Abbiamo considerato due scenari futuri principali delineati da CMIP6, chiamati “Shared Socioeconomic Pathways” (SSP):

• SSP1-2.6: Lo scenario “ottimista”, dove prendiamo serie misure per la sostenibilità e limitiamo il riscaldamento.
• SSP5-8.5: Lo scenario “pessimista”, dove continuiamo a bruciare combustibili fossili senza freni.

Una nota importante sugli aerosol: come accennato, prevedere il loro futuro è complicato e c’è disaccordo tra gli scienziati. I modelli CMIP6 stessi danno risultati contrastanti. Per evitare di introdurre troppa incertezza da questa fonte, abbiamo deciso di mantenere i livelli di aerosol e la visibilità costanti ai valori medi del 2018 (basati su dati reali e rianalisi), differenziandoli geograficamente (urbano, rurale, marittimo, desertico). Questo significa che i nostri risultati potrebbero essere ottimistici se gli aerosol aumenteranno, o pessimistici se diminuiranno. È un limite, ma ci permette di isolare meglio l’effetto degli altri fattori climatici come temperatura e umidità.

Cosa Abbiamo Scoperto? Brutte Notizie (Soprattutto) per l’Infrarosso

E allora, cosa ci dicono queste simulazioni? Beh, nello scenario ottimista (SSP1-2.6), i cambiamenti nella trasmittanza atmosferica sono relativamente piccoli. Buone notizie! Ma nello scenario pessimista (SSP5-8.5), le cose si mettono male, specialmente per una banda specifica: l’infrarosso a onde lunghe (LWIR), tra 8 e 12 micrometri. Questa è la banda usata da molte termocamere.

I risultati mostrano un calo della trasmittanza LWIR che può arrivare fino al 20% entro il 2100, anche su un percorso breve di soli 2 chilometri! Su distanze maggiori, l’effetto sarebbe ancora più marcato. Perché proprio l’LWIR? La colpa è principalmente dell’aumento previsto del vapore acqueo nell’atmosfera. L’acqua assorbe moltissimo in questa banda di frequenze. Più vapore acqueo significa meno segnale infrarosso che arriva al sensore.

Questo calo non è uniforme su tutto il globo. Le zone più colpite sono quelle equatoriali, dove l’aria più calda può contenere più umidità. Alle latitudini più alte, l’impatto è minore, ma comunque presente.

Per dare un’idea più concreta, abbiamo calcolato il “coefficiente di estinzione medio” nella banda LWIR. Nello scenario peggiore, questo coefficiente raddoppia quasi nelle regioni equatoriali tra il 2015 e il 2100. Se un simile aumento avvenisse nella luce visibile, sarebbe come passare da una visibilità di 11 km a soli 5.5 km – una giornata decisamente fosca!

È interessante notare che abbiamo trovato una correlazione lineare quasi perfetta (R² = 0.98) tra l’umidità specifica e la trasmittanza LWIR su un percorso di 2 km. In pratica, conoscendo l’umidità futura, possiamo prevedere molto bene quanto peggiorerà la “vista” nell’infrarosso.

Nelle altre bande analizzate (visibile, infrarosso a onde corte SWIR, infrarosso a onde medie MWIR), i cambiamenti dovuti a temperatura, pressione e CO2 sono meno drammatici, anche perché, come detto, abbiamo tenuto costanti gli aerosol, che sono i principali “colpevoli” della riduzione di visibilità nel visibile e nello SWIR.

E Adesso? Le Implicazioni per Tutti Noi

Ma cosa significa tutto questo in pratica? Significa che le tecnologie EO/IR su cui facciamo sempre più affidamento potrebbero diventare meno efficaci in futuro, proprio a causa dei cambiamenti climatici che, ironicamente, spesso cerchiamo di monitorare con quegli stessi strumenti!

Pensate alle auto a guida autonoma che usano sensori IR, ai sistemi di allerta incendi, al monitoraggio agricolo. Tutti potrebbero subire un calo di prestazioni, una riduzione del raggio d’azione o della capacità di distinguere i dettagli, specialmente nelle regioni più calde e umide e nello scenario climatico peggiore.

Questo studio sottolinea ancora una volta quanto sia cruciale affrontare il cambiamento climatico. Lo scenario “ottimista” (SSP1-2.6) mostra che limitare le emissioni e adottare tecnologie sostenibili può fare una differenza enorme, non solo per il clima in generale, ma anche per mantenere l’efficacia di tecnologie vitali.

Il futuro della nostra capacità di “vedere” il mondo attraverso questi occhi tecnologici dipende, in buona parte, dalle scelte che faremo oggi sul fronte climatico. È una sfida complessa, che richiede collaborazione internazionale e innovazione, ma sapere cosa ci aspetta è il primo passo per prepararci.

Fonte: Springer