MeteoSvizzera e climatologia, gli specialisti di Zurigo

#ilclimaspiegato, in collaborazione con MeteoSvizzera, con questa quinta puntata giunge alla sua fine. Nell’ultimo episodio chiudiamo il cerchio occupandoci di norme climatiche, ma non solo.

Grazie alla presenza di Francesco Isotta, che si occupa di clima nel gruppo di specialisti dell’Ufficio federale di meteorologia e climatologia a Zurigo, scopriremo anche il lavoro del climatologo in Svizzera così come le principali novità all’orizzonte, dall’aggiornamento degli scenari climatici alle ultime innovazioni tecnologiche.

L’Ufficio federale di meteorologia e climatologia – come suggerisce il nome – si occupa sia delle previsioni meteorologiche, visibili al pubblico attraverso i bollettini giornalieri, sia del monitoraggio del clima, un mandato conferito dalla Confederazione. “La nostra sezione – ci spiega Francesco Isotta – è composta da circa 30 persone (in aggiunta abbiamo collaborazioni con PhD, PostDoc e studenti che fanno un pratico o il lavoro di master da noi) che si occupano di vari aspetti, tra cui lo sviluppo passato e futuro del clima e la creazione di dataset di alta qualità utilizzati per progetti come gli scenari climatici CH 2025 e per vari clienti. Personalmente io mi occupo meno di scenari futuri e guardo maggiormente al passato, anche perché comprendere il passato ci aiuta a prevedere meglio il futuro. Una parte della nostra sezione si dedica invece al monitoraggio del clima futuro e un’altra ancora si occupa della parte tecnica, fondamentale per i numerosi calcoli che richiedono un’infrastruttura informatica performante. Abbiamo infine poi anche un servizio clienti dedicato al clima.

Uno dei miei compiti principali riguarda le analisi spaziali. Spesso vogliamo infatti conoscere ad esempio la temperatura, le precipitazioni e il soleggiamento anche in aree dove non ci sono stazioni di misurazione. Per farlo, sviluppiamo e applichiamo metodi di interpolazione spaziale, basandoci sulle serie di misure ufficiali che partono dal 1864 e in parte anche su misure rilevate da partner (altri uffici di meteorologia privati, reti di misura dei cantoni, …). Negli ultimi anni ho sviluppato un dataset su griglia regolare coerente nel tempo, evitando così trend artificiali dovuti a cambiamenti nel sistema di misurazione o a causa di nuove stazioni con serie più brevi. Un esempio di applicazione di questi dataset che ho sviluppato sono quelle serie di immagini delle Svizzera dove col passare degli anni e dei decenni le piccole svizzere diventano sempre più rosse.

Nel concreto, usiamo unicamente serie di dati complete per tutti i decenni che ci interessano, riducendo così drasticamente la quantità di stazioni disponibili. Per poter comunque creare mappe come quella raffigurata sopra, dobbiamo aggiungere informazioni statistiche sfruttando i pattern (schemi) ripetitivi esistenti grazie alla presenza delle Alpi. Questo ci permette di creare serie di dati grigliati con alta omogeneità temporale. Un altro compito consiste nell’omogeneizzazione delle serie temporali delle stazioni, che possono essere spostate o durante gli anni può cambiare il territorio circostante, influenzando le misurazioni. Anche gli strumenti di misurazione cambiano nel tempo, creando variazioni che dobbiamo correggere per avere serie omogenee. Questo richiede un lavoro minuzioso e spesso dobbiamo consultare gli archivi per capire cosa è successo. Oltre a questi compiti principali, ci occupiamo anche di richieste specifiche dei clienti, come l’aviazione, che necessita di dati climatologici per gli aeroporti. Ad esempio, devono sapere quante volte possono aspettarsi eventi con una certa velocità del vento o la frequenza di grandinate e nebbia. Anche la polizia può richiedere informazioni climatiche per indagini giudiziarie”.

La differenza tra clima e tempo è che il tempo rappresenta la situazione meteorologica in un determinato momento, come il fatto che splenda il sole oppure la temperatura attuale. Il clima, invece, è la statistica del tempo su un periodo più lungo, tipicamente definito in 30 anni, un valore stabilito a livello globale dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale. Questo aspetto l’abbiamo trattato nel dettaglio nella prima puntata de #ilclimaspiegato.

Ad esempio, in Ticino, la primavera è spesso piovosa, mentre nell’altopiano svizzero i mesi invernali sono caratterizzati da nebbia alta e tempo grigio e fresco. “Questi sono esempi di valori climatologici tipici che vogliamo quantificare - prosegue Isotta -. Inoltre è importante conoscere le variazioni annuali rispetto a questi valori normali per capire quanto un anno sia diverso dalla media. Queste informazioni sono utili non solo per la ricerca scientifica, ma anche per la pianificazione in settori come l’agricoltura, l’energia e il turismo. I valori normali di 30 anni permettono inoltre di confrontare il clima tra diverse regioni e nazioni. Ad esempio, il periodo di riferimento 1961-1990 è stato utilizzato come norma iniziale, e ogni 30 anni si crea una nuova norma per confrontare i cambiamenti climatici, ora l’ultima di riferimento che utilizziamo è quella 1991-2020. Come già per i dataset citati prima, è fondamentale che anche questi valori normali siano omogenei per evitare errori dovuti a cambiamenti nei metodi di misurazione, piuttosto che a reali variazioni climatiche”.

Il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici che innesca sono però in accelerazione, non è certo una novità ed è sotto gli occhi di tutti, basta pensare ai cambiamenti degli ultimi 30 anni anche solo nella nostra piccola realtà. La norma tradizionale calcolata sui 30 anni è quindi ancora rappresentativa?

“In effetti il primo pensiero è stato rendersi conto che il metodo precedente di aggiornare le norme climatiche ogni 30 anni non funzionava più. L’Organizzazione Meteorologica Mondiale ha quindi proposto di aggiornare le norme ogni dieci anni, creando ogni decennio nuove norme trentennali. Norme più corte invece non vengono utilizzate per motivi statistici, poiché periodi più brevi potrebbero portare a valori instabili e poco rappresentativi. Inoltre, se ogni anno aggiornassimo la norma, potremmo avere variazioni frequenti che renderebbero difficile la comunicazione e la comprensione dei cambiamenti. MeteoSvizzera ha quindi introdotto l’aggiornamento decennale, passando ad esempio dalla norma 1981-2010 alla 1991-2020, quella attuale, per rimanere il più possibile al passo con i cambiamenti climatici. Ci siamo anche resi conto che i metodi di descrizione del cambiamento non funzionavano più bene. In passato, si utilizzava la tendenza lineare, che per la temperatura non è più adeguata poiché l’accelerazione del cambiamento climatico non è lineare. Tendenzialmente siamo confrontati ad un incremento sempre maggiore rispetto a quelli precedenti. Un altro metodo è quello del confronto delle medie trentennali. Tuttavia, entrambi i metodi risultano essere meno adatti, poiché la situazione di 30 anni fa è già molto diversa da quella attuale.

Il nuovo metodo introdotto si chiama LOESS, una sorta di filtro che utilizza una regressione lineare locale. Questo metodo adatta la curva alla pendenza della temperatura, seguendo meglio i dati storici. Questo metodo permette anche di specificare un intervallo di confidenza, indicando l’incertezza delle misurazioni. L’incertezza è un concetto che il pubblico non del settore fatica ancora ad accettare, ma è importante perché fornisce informazioni aggiuntive. Questo metodo permette di comunicare meglio il punto in cui ci troviamo tenendo conto degli sviluppi recenti”.

Il limite di 1,5 gradi stabilito dall’Accordo di Parigi non è di per sé una norma, ma un valore stabilito in base agli effetti attesi dal cambiamento climatico sulla vegetazione, sull’uomo e su altri aspetti. “Si è deciso di puntare a mantenere il riscaldamento globale entro questo limite per ridurre in misura significativa i rischi e gli impatti dei cambiamenti climatici. La soglia massima di 2 gradi è stata considerata in modo simile. Ma la vera norma è lo stato preindustriale, un periodo in cui l’influsso umano sul clima era minimo. Questo periodo è stato definito e viene utilizzato come riferimento per calcolare i cambiamenti climatici.

L’IPCC, l’organo internazionale che raccoglie gli studi sul clima, non definisce esattamente come calcolare questi cambiamenti, ma spesso si utilizzano estrapolazioni lineari degli ultimi 30 anni. Ad esempio, un grafico di Copernicus mostra un’estrapolazione lineare a partire dagli ultimi 30 anni per indicare quando raggiungeremo il limite di 1,5 gradi. Attualmente, si prevede che questo limite sarà raggiunto entro settembre 2029. Purtroppo, con l’aumento sempre più rapido delle temperature, questo avverrà anche prima”.

Se abbiamo visto che la climatologia si concentra spesso sul passato, uno dei suoi compiti è anche quello di fornire gli scenari climatici futuri. Sempre pensando alle norme, è quindi corretto affermare che i modelli climatici che generano gli scenari cercano proprio di stabilire delle norme future?

“La domanda è molto interessante perché chiarisce un equivoco comune: capita infatti che alcune persone ci chiedono come possiamo prevedere il clima del 2050 se non siamo in grado di fare previsioni accurate a dieci giorni. In realtà, si tratta di due cose molto diverse. Quando parliamo di previsioni climatiche per il futuro, non intendiamo stabilire se il 13 dicembre 2055 sarà soleggiato o quante ore di sole ci saranno. Ci interessa piuttosto sapere, ad esempio, quanti giorni di caldo o di neve ci saranno nel 2050 rispetto ad oggi. I modelli climatici si occupano di fare previsioni su come cambieranno la temperatura, la siccità e le precipitazioni. In un certo senso si tratta di creare una norma climatica futura basata su scenari di emissione. Utilizziamo dati del passato e modelli che integrano fisica e matematica per costruire queste previsioni. Non è una questione “di magia”, ma di un’analisi scientifica del futuro”.

Gli scenari climatici futuri focalizzati sulla Svizzera sono stati elaborati e pubblicati l’ultima volta nel 2018, ed è su questi che finora ci si è basati. MeteoSvizzera è però da tempo al lavoro su un aggiornamento di questi scenari, che verranno pubblicati alla fine di quest’anno sotto la denominazione CH2025. Francesco Isotta non fa parte di questo gruppo specifico, ma lavora a stretto contatto con chi se ne occupa… È possibile anticipare qualcosa e quali sono le principali novità che emergono?

“In effetti siamo agli sgoccioli e la pubblicazione dei risultati avverrà ancora nel 2025, in collaborazione con il politecnico federale di Zurigo (ETHZ) e altri partner. L’obiettivo del progetto è aggiornare i cambiamenti climatici in Svizzera basandosi sui nuovi modelli climatici. Questi aggiornamenti sono anche cruciali per pianificare e implementare strategie di adattamento e mitigazione. Non si tratta infatti solo di informare sui cambiamenti, ma anche di analizzare come adattarsi e mitigare gli effetti, un compito che svolge anche e soprattutto l’Ufficio federale dell’ambiente (UFAM), poiché il cambiamento climatico è una realtà che già viviamo.

Detto questo, è forse utile ricordare prima di tutto che gli scenari CH2018 prevedevano più estremi di calura e precipitazioni, estati più secche e inverni con meno neve. Nel frattempo la scienza ha fatto progressi e i modelli climatici sono migliorati con una risoluzione più alta. Anche le esigenze degli utenti si sono evolute. Nonostante la raccolta e l’analisi di queste nuove informazioni, secondo i risultati provvisori non ci aspettiamo grandi cambiamenti rispetto al 2018.

Abbiamo comunque osservato che la temperatura è aumentata più rapidamente di quanto previsto nel 2018. Questo potrebbe essere dovuto a fluttuazioni naturali del clima e dalla migliorata qualità dell’aria, che ha ridotto la concentrazione di aerosol, rendendo più evidente il riscaldamento. A questo punto alcuni potrebbero pensare che potrebbe essere vantaggioso emettere più aerosol per creare una sorta di “cappa” protettiva, ma questo comporterebbe decisamente altri problemi e conseguenze. I nuovi scenari continuano ad ogni modo a prevedere estati più secche, precipitazioni estreme, più giornate calde e ondate di caldo più marcate, oltre a inverni con meno neve. In sostanza, questi cambiamenti sembrano essere più pronunciati rispetto alle previsioni del 2018, il che è preoccupante”.

Ormai non passa giorno in cui non si senta parlare di intelligenza artificiale, anche in campo meteorologico. Che vantaggi può trarne la scienza climatologica e, al di là dell’intelligenza artificiale, quali altre innovazioni si stanno studiando o implementando a MeteoSvizzera in questo ambito?

“L’intelligenza artificiale può sicuramente aiutare in molti campi, inclusa la meteorologia. Ad esempio, può velocizzare le previsioni del tempo, emulando i modelli che richiedono ore per essere calcolati. Tuttavia, è importante non pensare che tutto venga risolto dall’intelligenza artificiale. Questi modelli sono potenti e possono aiutare a identificare connessioni che sfuggono seguendo metodi più “classici”, ma non sostituiscono la comprensione profonda del funzionamento dei fenomeni. L’intelligenza artificiale ha molti risvolti positivi, ma bisogna essere prudenti e riconoscere i suoi limiti. Ad esempio, può essere difficile capire le scelte fatte dal computer e manca completamente la creatività umana. Inoltre, l’intelligenza artificiale può avere difficoltà a prevedere eventi estremi, poiché ci sono pochi dati su cui basarsi e da cui imparare. MeteoSvizzera introduce l’intelligenza artificiale in vari ambiti e cerca il modo ottimale per approfittare appieno delle sue potenzialità.

Tornando alla domanda, oltre al progetto CH2025, stiamo lavorando in effetti anche su altri progetti. Ad esempio, stiamo sviluppando nuovi dataset sul vento, un parametro molto interessante tanto per le assicurazioni, quanto per le energie rinnovabili e per l’ingegneria civile. Vogliamo pertanto creare dataset ad alta risoluzione temporale e spaziale, utilizzando sia l’intelligenza artificiale che altri metodi esplorativi.

Stiamo anche sviluppando dataset orari per la temperatura, tenendo conto del decorso giornaliero e dei fenomeni locali come i laghi d’aria fredda. Un altro campo importante è la siccità, per cui stiamo creando un sistema di riconoscimento tempestivo e di allerta, fondamentale per l’agricoltura e altri settori.

Inoltre, il “National Centre for Climate Services”, che include MeteoSvizzera, continua a svilupparsi e a stabilire  collaborazioni. Un progetto importante è anche l’Open Government Data, che renderà accessibili al pubblico  i dati meteorologici e climatologici” conclude con lo sguardo rivolto al futuro Francesco Isotta.