Piogge Estreme: Svelato Perché Aumentano Più del Previsto con il Caldo!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che tocca le vite di molti e che, ammettiamolo, ci preoccupa un po’ tutti: le piogge estreme. Quegli acquazzoni improvvisi, violenti, che possono trasformare le strade in fiumi e causare danni ingenti. Sappiamo che il cambiamento climatico sta giocando un ruolo, ma c’è un aspetto che ha lasciato perplessi noi scienziati per quasi vent’anni.

La Regola del 7% e il Mistero del “Super-Aumento”

Vedete, c’è una regola fisica abbastanza solida, chiamata relazione di Clausius-Clapeyron (CC), che ci dice una cosa semplice: per ogni grado Celsius di aumento della temperatura, l’aria può contenere circa il 7% in più di vapore acqueo. Logico pensare, quindi, che anche le piogge più intense possano aumentare più o meno a questo ritmo, no? E infatti, molti modelli climatici si basano su questa idea.

Il problema è che, negli ultimi due decenni, diverse osservazioni in giro per il mondo, dalle medie latitudini come la nostra Europa fino ai tropici, hanno mostrato che l’intensità delle piogge estreme, specialmente quelle di breve durata, sembra aumentare molto più velocemente del 7% per grado. Un fenomeno che abbiamo battezzato “scaling super-Clausius-Clapeyron” o, più semplicemente, super-CC. Ma perché?

Due Idee a Confronto

Due erano le spiegazioni principali sul tavolo:

1. Forse le piogge convettive – quelle associate ai temporali, per intenderci – diventano fisicamente più potenti, più “vigorose”, con l’aumento della temperatura, superando la soglia del 7%.
2. Oppure, potrebbe essere un effetto puramente statistico: con temperature più alte, cambia il “tipo” di pioggia prevalente. Si passa più spesso da piogge stratiformi (quelle più deboli e continue, associate ai fronti nuvolosi estesi) a piogge convettive (molto più intense, tipiche dei temporali). Questo “spostamento” verso piogge intrinsecamente più forti farebbe aumentare la media delle precipitazioni estreme più rapidamente del 7%, anche se ogni singolo tipo di pioggia, preso da solo, seguisse la regola CC.

Studi precedenti, che sembravano supportare la prima ipotesi (quella del potenziamento fisico della convezione), avevano però un limite: spesso distinguevano tra pioggia convettiva e stratiforme usando dati a risoluzione spaziale e temporale piuttosto bassa (parliamo di ore e decine o centinaia di chilometri). Ma noi sappiamo che temporali e piogge più dolci possono coesistere e variare molto rapidamente nello spazio e nel tempo, anche all’interno dello stesso sistema perturbato!

Il Nostro Approccio: Zoomare sulla Tempesta

Ecco dove entra in gioco il nostro studio. Ci siamo detti: per capire davvero cosa succede, dobbiamo “zoomare” al massimo, alla scala della singola cella temporalesca. Abbiamo preso una mole enorme di dati da una fitta rete di stazioni meteorologiche in Germania (ben 514!), che registrano pioggia e temperatura (in particolare, la temperatura di rugiada, Td, che è un ottimo indicatore dell’umidità disponibile) ogni 10 minuti, per un periodo di 15 anni.

Ma la vera svolta è stata combinare questi dati con le registrazioni dei fulmini della rete europea EUCLID, anch’esse ad altissima risoluzione. L’idea è semplice ma potente: dove cade un fulmine (o nelle sue immediate vicinanze), quasi certamente c’è una cella convettiva attiva. Quindi, abbiamo definito come “convettiva” la pioggia registrata da una stazione se, negli stessi 10 minuti, un fulmine veniva rilevato entro un raggio di soli 5 km. Al contrario, abbiamo definito “stratiforme” la pioggia caduta quando non c’erano fulmini in un’area molto più ampia (fino a 300 km) e per un periodo di tempo più lungo (3 ore). Questo ci ha permesso una separazione tra i due tipi di pioggia molto più precisa di quanto fatto finora.

La Risposta è (Quasi Tutta) Statistica!

Ebbene, i risultati sono stati chiarissimi e, per certi versi, sorprendenti. Quando abbiamo analizzato separatamente le piogge estreme (il 99° percentile, cioè le più intense) classificate come convettive con il nostro metodo ad alta risoluzione, abbiamo scoperto che la loro intensità aumenta con la temperatura di rugiada… esattamente al ritmo previsto dalla relazione di Clausius-Clapeyron (circa 7% per grado)! Niente super-CC fisico.

Lo stesso vale per le piogge stratiformi: anche loro seguono all’incirca la regola CC, sebbene siano ovviamente molto meno intense (circa otto volte meno) delle piogge convettive.

Allora da dove salta fuori il super-CC che vediamo nei dati totali? Proprio dalla seconda ipotesi: lo spostamento statistico. Abbiamo osservato che, all’aumentare della temperatura di rugiada (specialmente sopra i 14°C), la frazione di pioggia che è di tipo convettivo aumenta in modo esponenziale (circa il 41% in più per ogni grado!). Quindi, anche se né le piogge stratiformi né quelle convettive, prese singolarmente, accelerano oltre il tasso CC, il fatto che le piogge convettive (molto più intense) diventino progressivamente più frequenti al salire della temperatura fa sì che l’intensità media delle piogge estreme totali cresca a un ritmo quasi doppio rispetto a quello CC (quasi 2-CC).

Abbiamo anche verificato cosa succede se “allentiamo” i nostri criteri di classificazione, usando raggi più grandi per rilevare i fulmini (simulando così la risoluzione più bassa degli studi precedenti). Come previsto, man mano che il raggio aumenta e si mescolano di più i due tipi di pioggia, la pendenza della curva per la pioggia “convettiva” diventa sempre più ripida, superando il tasso CC e replicando i risultati degli studi passati. Questo conferma che il super-CC osservato in precedenza per la pioggia convettiva era probabilmente un artefatto dovuto a una classificazione non abbastanza precisa.

Cosa Significa per i Fenomeni Reali? MCS e Alluvioni Lampo

Attenzione però, questo non significa che il problema sia meno serio! Anche se il meccanismo fisico “extra” non c’è, l’effetto statistico è reale e ha conseguenze pratiche importanti. Prendiamo i Sistemi Convettivi a Mesoscala (MCS): sono quei grossi complessi temporaleschi organizzati, che durano ore e coprono centinaia di chilometri, spesso responsabili delle piogge più devastanti in Europa.

Analizzando specificamente le piogge all’interno degli MCS, abbiamo visto che, presi nel loro insieme, mostrano un chiaro scaling super-CC. Perché? Perché al crescere della temperatura di rugiada, la proporzione di aree convettive (con piogge intense) all’interno dell’MCS aumenta significativamente rispetto a quelle stratiformi (con piogge più deboli). Quindi, un MCS che si forma a temperature più alte sarà, in media, più “cattivo” e produrrà piogge complessivamente più intense, proprio a causa di questo cambiamento nella sua struttura interna.

Questo è particolarmente rilevante per le alluvioni lampo (flash floods). Analizzando le curve Intensità-Durata-Frequenza (IDF), che sono uno strumento chiave per la gestione del rischio idrologico, abbiamo visto che l’aumento di intensità oltre il tasso CC è più marcato per le tempeste di durata relativamente breve, tra i 15 e i 60 minuti. Proprio quelle che più spesso innescano le piene improvvise!

Guardando al Futuro: Cosa Devono Fare i Modelli Climatici?

Questa scoperta ha implicazioni importanti per come studiamo e prevediamo il futuro delle piogge estreme. Invece di cercare meccanismi fisici nascosti che potenzino i singoli temporali oltre la termodinamica di base, dovremmo concentrarci di più sulla capacità dei modelli climatici di simulare correttamente:

• Il cambiamento nella frequenza relativa dei diversi tipi di pioggia (stratiforme vs. convettiva) al variare della temperatura.
• L’organizzazione spaziale dei temporali all’interno di sistemi più grandi come gli MCS. Un MCS con temporali molto raggruppati può causare un’alluvione lampo devastante, mentre lo stesso numero di temporali più sparsi potrebbe portare solo a piogge moderate su un’area più vasta.

Servono modelli ad altissima risoluzione (km-scale) che possano “vedere” questi dettagli e capire come potrebbero cambiare in un clima più caldo.

In Conclusione

Il mistero dello scaling super-Clausius-Clapeyron sembra quindi risolto: non è (principalmente) una questione di fisica delle singole celle temporalesche che impazzisce, ma piuttosto un effetto statistico dovuto al cambiamento del “mix” di tipi di pioggia con la temperatura. Tuttavia, questo non ridimensiona affatto la preoccupazione: sistemi come gli MCS diventano effettivamente più pericolosi, e il rischio di eventi estremi brevi e intensi, come quelli che causano le alluvioni lampo, sembra destinato ad aumentare più rapidamente di quanto la semplice regola del 7% suggerirebbe. Capire e prevedere questi cambiamenti rimane una sfida cruciale per adattarci a un clima che cambia.

Fonte: Springer