Viaggio nelle fasce climatiche

Il recente riscaldamento globale, in larga parte causato dalle emissioni di gas a effetto serra derivanti dalle attività umane che hanno amplificato l’effetto serra naturale, sta provocando molti cambiamenti in tutte le componenti del sistema climatico terrestre, dall’atmosfera agli oceani, dai ghiacci alla vegetazione ai suoli, rimodellando anche molti aspetti del clima che prima ritenevamo fissi e immutabili, come il concetto stesso di fascia climatica.

Componenti e processi del sistema climatico terrestre. Il sistema climatico è costituto da componenti diverse – atmosfera, oceani, criosfera, suolo, vegetazione – che interagiscono tra loro su una moltitudine di scale spaziali e temporali. La macchina climatica è messa in moto dall’energia in arrivo dal sole (immagine: Max Planck Institute)

Che cos’è una fascia climatica?

Il clima è una macchina complessa, i cui ingranaggi sono messi in moto dall’energia in arrivo dal sole. Una parte della radiazione solare viene riflessa dalle nubi spesse e dalle superfici con un elevato potere riflettente, come le nevi o i ghiacci, mentre la restante parte, il 70% circa, viene assorbita dall’atmosfera e, in misura maggiore, dalla superficie terrestre. A causa della curvatura terrestre la radiazione in arrivo dal sole varia con la latitudine, che misura la distanza di un punto dall’equatore: la radiazione solare si distribuisce su un’area più ampia ed è, quindi, più “diluita” alle latitudini maggiori mentre è più “concentrata” vicino all’equatore. Questo fatto, unito alla predominanza di superfici coperte di ghiacci e nevi ai poli, fa sì che le alte latitudini assorbano meno radiazione solare di quelle prossime all’equatore. Anche l’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre, cui si deve l’alternanza delle stagioni, fa sì che le regioni polari non vedano la luce del sole durante l’inverno.
Questi elementi fanno capire bene quanto la latitudine giochi un ruolo importante nel determinare le condizioni climatiche sulla Terra. Proprio per questa ragione, quando gli scienziati parlano di fascia climatica intendono “una zona compresa tra due bande di latitudine che include regioni accomunate da un clima simile“, cioè da valori tipici di precipitazione e temperatura, da un proprio ritmo delle stagioni, da flora e fauna caratteristiche.

Le “fasce climatiche” sono bande di latitudine geograficamente molto ampie, caratterizzate da valori tipici (annuali, stagionali o mensili) delle variabili meteorologiche importanti come la temperatura e la precipitazione, da ritmi diversi delle stagioni, da flora e fauna caratteristiche.

 

Quali sono le fasce climatiche terrestri?

Esistono tre principali fasce climatiche sulla Terra:

      • la fascia tropicale, compresa tra il tropico del Cancro nell’emisfero nord (alla latitudine di circa 23.4°N) e il tropico del Capricorno nell’emisfero sud (23.4°S);
      • la fascia temperata che, in ciascun emisfero, si estende dai tropici fino ai circoli polari (circa 66°N/S);
      • la fascia polare che si estende oltre il circolo polare a nord e a sud.

Il clima tropicale è caratterizzato da due sole stagioni: quella delle piogge, calda e umida, è la stagione estiva; quella secca, mite e priva di piogge, è la stagione invernale. Le foreste tropicali presenti in questa fascia beneficiano dell’insolazione elevata e delle piogge stagionali e sono caratterizzate da un altissimo livello di biodiversità. La zona attorno all’equatore si distingue perché esiste una sola stagione, calda e umida, durante tutto l’anno.
Il clima temperato è caratterizzato dall’alternanza di quattro stagioni ben distinte, con un inverno tipicamente freddo e un’estate moderatamente calda, e con piogge durante tutto l’anno ma specialmente in autunno e primavera.
Entrambe le zone polari hanno un inverno lungo e rigido mentre l’estate è breve e umida.

Le fasce climatiche hanno un’estensione molto ampia e questo rende difficile, se non impossibile, definirne un “clima unico” che descriva precisamente la grande varietà di paesaggi, habitat e microclimi presenti al loro interno. Ad esempio, si può definire un clima mediterraneo all’interno della fascia temperata, caratterizzato da una stagione secca più lunga e un inverno più mite.
Nel 1884, il geofisico e meteorologo russo Wladimir Köppen propose un sistema di classificazione dei climi che utilizza cinque lettere maiuscole, dalla A alla E, per indicare cinque gruppi principali di clima (A: tropicale; B: secco; C: temperato; D: continentale; E: polare) e una combinazione di altre lettere per meglio caratterizzarli in sottogruppi sulla base dei valori medi mensili, stagionali e annuali di precipitazione e temperatura. Ad esempio, “Csa” indica un clima di tipo mediterraneo con estati calde; più precisamente, è il clima in cui il mese più freddo ha temperatura in media superiore a 0°C, con almeno un mese con temperatura media superiore a 22°C e almeno quattro mesi con temperatura media superiore a 10°C, in cui il mese più umido dell’anno ha almeno il triplo delle precipitazioni rispetto al mese più secco dell’estate, e il mese più secco dell’estate deve avere meno di 30 mm di pioggia.

Questo tipo di classificazione può sembrare un po’ complicata in apparenza, ma è molto efficace per identificare le varie tipologie climatiche. La mappa e la tabella riportate in questa pagina illustrano quanti e quali climi esistono in base alla classificazione di Köppen.

 

Come si studiano le fasce climatiche?

Lo studio delle fasce climatiche non si limita all’identificazione e alla classificazione dei climi, ma necessita la comprensione dei meccanismi e dei processi fisici che determinano i valori di temperatura e precipitazione tipici di una certa zona e la loro stagionalità. Ad esempio, è fondamentale sapere come funziona la circolazione generale dell’atmosfera. Proviamo a capire il perché.
Abbiamo già detto che la radiazione proveniente dal sole e il suo assorbimento variano con la latitudine. Ma questa è solo metà della storia. Quando la superficie terrestre si scalda riemette a sua volta energia sotto forma di calore (o radiazione infrarossa) e la quantità di calore è proporzionale alla temperatura della superficie che lo emette. Di conseguenza, anche la quantità di calore riemessa dipende dalla latitudine. Se calcoliamo il bilancio tra l’energia assorbita e quella riemessa in ciascuna fascia latitudinale, scopriamo che ai tropici la quantità di luce solare assorbita supera la quantità di calore che la superficie stessa riemette e ciò produce un guadagno netto di calore. Alle alte latitudini, invece, il calore emesso verso lo spazio supera la radiazione solare assorbita, producendo una perdita netta di calore.

Il calore in eccesso tra i 40°S e 40°N circa, viene ridistribuito verso le alte latitudini grazie ai processi di trasporto nell’atmosfera (venti) e nell’oceano (correnti). Le differenze di temperatura tra equatore e poli sono molto più limitate di quello che sarebbero in assenza di atmosfera e oceani (immagine riadattata da UCL)

L’atmosfera (insieme agli oceani) ha il compito di rispondere a questo squilibrio energetico “spostando” parte del calore in eccesso ai tropici verso le latitudini medie e alte, e rendendo così minore la differenza di temperatura (gradiente termico) tra equatore e polo. Questo meccanismo di ridistribuzione del calore, di fatto, rende abitabili sia la zona equatoriale, sia le zone polari.

 

Come avviene il trasporto di calore dall’equatore ai poli?

In atmosfera, per effetto della rotazione terrestre, il trasporto di calore dall’equatore ai poli avviene attraverso un sistema di tre celle: una cella tropicale (che descriveremo qui in dettaglio), una alle medie latitudini e una polare, che si ripetono in entrambi gli emisferi.
La cella tropicale, nota come “cella di Hadley”, è una circolazione che si sviluppa tra i 30°N e i 30°S di latitudine ed è caratterizzata dalla salita convettiva di aria calda e umida nei pressi dell’equatore, da flussi di aria in quota (attorno ai 10-15 km circa) diretti dall’equatore verso le medie latitudini in ogni emisfero, da moti discendenti dell’aria nelle aree subtropicali (attorno ai 30°N/S) e, infine, da flussi di ritorno in superficie verso l’equatore che danno origine ai famosi venti alisei.

La circolazione associata alla cella di Hadley spiega molte caratteristiche del clima e degli ecosistemi della fascia tropicale e subtropicale (immagine: NOAA)

Questa circolazione spiega molte caratteristiche del clima e degli ecosistemi della fascia tropicale e subtropicale. L’aria che ridiscende attorno ai 30°N/S causa aree di alta pressione permanenti come l’anticiclone delle Azzorre e l’anticiclone africano, e genera i fenomeni che danno vita ai deserti e alle zone più secche del nostro pianeta. Nella regione equatoriale in cui si scontrano i venti provenienti dai subtropici di entrambi gli emisferi (chiamata “zona di convergenza intertropicale”) si generano intensi moti verticali verso l’alto (è una zona di bassa pressione), responsabili della forte piovosità della fascia tropicale interessata.

 

In che modo il riscaldamento globale influisce sulle fasce climatiche?

Dal 1850 a oggi la Terra si è scaldata, in media, di circa 1°C. Sembra poco? Innalzamento del livello dei mari, fusione dei ghiacciai, intensificazione degli estremi climatici, perdita della biodiversità, cambiamenti negli ecosistemi sono tra le principali conseguenze di questo aumento di temperatura che si è verificato sulla Terra, e questo dovrebbe bastare per capire che 1°C è tutt’altro che poco.

Dal 1850 a oggi la Terra si è scaldata in media di circa 1°C. Da notare che alcune regioni si sono scaldate di più e più in fretta (immagine: NASA)

Diversi studi scientifici condotti negli ultimi 30-40 anni hanno mostrato che un altro effetto del recente riscaldamento è la così detta “espansione della fascia tropicale”. Con essa si intende un’amplificazione del meccanismo di trasporto di calore operato dalla cella di Hadley e un conseguente spostamento verso le latitudini più prossime alla fascia temperata delle zone anticicloniche di alta pressione, secche e desertiche, associate al ramo discendente della cella.
A risentirne maggiormente sono le regioni a cavallo tra i tropici e le medie latitudini, come ad esempio il Mediterraneo settentrionale che include l’Italia. Sempre più spesso durante il periodo estivo, infatti, assistiamo all’ingresso sul nostro territorio di anticicloni africani, che sono molto più caldi e afosi di quello delle Azzorre con cui eravamo più soliti avere a che fare. Ciò ha già portato a modifiche in molti aspetti del ciclo idrologico, che vanno dall’aumento delle ondate di calore e della durata e intensità dei periodi siccitosi, a quello delle precipitazioni intense, aspetti solo in apparenza in contraddizione. L’“allargamento dei tropici”, quindi, non è solo un cambiamento “geografico” ma ha forti implicazioni legate soprattutto ai cambiamenti nella quantità e disponibilità di acqua, un bene essenziale per gli ecosistemi e per le società.

Effetto serra naturale e effetto serra antropico
La radiazione solare attraversa l’atmosfera e, là dove non viene riflessa, riscalda la superficie terrestre, che a sua volta emette verso l’alto radiazione infrarossa, cioè calore. Manca ancora un elemento a questa storia. Il calore emesso dalla superficie andrebbe completamente perso verso lo spazio se una parte non fosse intrappolata dai gas serra presenti nell’atmosfera (vapore acqueo, anidride carbonica, metano, protossido di azoto, ozono e altri) e riemessa, anche verso la superficie. Se così non fosse il nostro pianeta avrebbe una temperatura media della superficie di circa -18°C, invece dei +15°C attuali, e sarebbe un pianeta congelato e invivibile. A partire dalla rivoluzione industriale, tuttavia, le attività umane hanno portato a un rapido aumento delle concentrazioni naturali di gas serra in atmosfera, primo fra tutti l’anidride carbonica, causando il “riscaldamento globale”.

 

Quali rischi corriamo dovendo affrontare questi cambiamenti?

Uno studio pubblicato nel 2013 sulla rivista scientifica Nature Climate Change afferma che se la temperatura media della Terra a fine secolo fosse più alta di 2°C rispetto al periodo pre-industriale (quindi aumentasse ancora di 1°C rispetto a oggi), la velocità di spostamento delle fasce climatiche raddoppierebbe, le regioni aride continuerebbero a estendersi mentre le zone polari interesserebbero aree sempre più piccole del pianeta. Con il rischio di estinzione per le specie animali e vegetali incapaci di adattarsi a tali rapidi cambiamenti.
Il Rapporto Speciale dell’IPCC (Comitato Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici) intitolato “Riscaldamento globale di 1,5 °C”, pubblicato l’8 ottobre 2018, mostra che i rischi per la società e per gli ecosistemi con un riscaldamento globale di +1,5 °C a fine secolo rispetto ai livelli pre-industriali sarebbero molto inferiori rispetto a quelli che si avrebbero con un aumento di 2°C. Solo per citare qualche esempio, l’innalzamento del livello del mare su scala globale potrebbe essere più basso di 10 cm, il mar glaciale Artico in estate potrebbe restare senza ghiaccio in media una volta ogni secolo, anziché una volta ogni 10 anni, le barriere coralline si ridurrebbero “solo” del 70-90%, anziché scomparire del tutto. In definitiva, i rischi per la salute, la sicurezza alimentare e i rifornimenti idrici sarebbero inferiori e persone ed ecosistemi avrebbero una maggiore capacità di adattamento.

Come si diventa uno studioso di clima?
Oggi diverse università offrono corsi di laurea magistrale specifici sulle discipline legate alla meteorologia, alla fisica dell’atmosfera e anche al clima. Una panoramica completa è consultabile sul sito dell’Associazione Italiana di Scienze dell’Atmosfera e Meteorologia, AISAM, alla voce “Dove studiare”.
Questo breve video racconta il percorso di studio e lavoro di Elisa Palazzi, l’autrice dell’articolo. Ideato e realizzato nell’ambito del progetto #EuFactor dalla rappresentanza italiana della Commissione europea e del Parlamento europeo, ha lo scopo di sensibilizzare i giovani alla scelta di facoltà universitarie scientifiche, tecnologiche e informatiche, in vista delle competenze richieste oggi in questi settori.

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