Cosa intendiamo per "cambiamento climatico" - Parte II

Nella Parte I di questa serie dedicata a cosa si intenda per "cambiamento climatico", ho spiegato che la variazione di temperatura misurata durante una stessa giornata è dovuta principalmente alla variazione di altezza del Sole sopra l'orizzonte. Variando l'altezza sopra l'orizzonte cambia la quantità di calore ricevuta in superficie, con un conseguente più o meno graduale passaggio da temperature minime notturne a temperature massime diurne.

Nella Parte II di questa serie, considero le variazioni di temperatura misurate durante tempi scala più lunghi del giorno, precisamente variazioni di temperatura durante una settimana, un mese, e un anno.

A) Tempo scala: settimana

Durante l'arco di una settimana, alla variazione diurna di temperatura legata all'altezza del Sole sull'orizzonte, si aggiunge una seconda variazione, che chiamiamo inter-giornaliera. Questa seconda componente è prodotta dalle variabili condizioni meteorologiche (cambiamento da un giorno al successivo della copertura nuvolosa, della direzione e intensità dei venti, del tasso di umidità, della precipitazione piovosa).

Figura 1 mostra un esempio di come la temperatura generalmente cambi da un giorno al successivo:  cambiano sia la temperatura minima giornaliera (pallini blu)  sia la massima giornaliera (pallini rossi). Questa variazione è dovuta alle variabili condizioni meteorologiche che si presentano durante la settimana.

Figura 1: Variazione inter-giornaliera (settimanale) della temperatura.

 In questo caso, ciò che misuriamo sono la temperatura minima settimanale, la massima e la media settimanali, nonché la dispersione delle temperature rispetto al valore medio (che indico con la lettera greca sigma σ), indicate in Figura 2. La dispersione σ (detta anche deviazione standard) dà una misura di come i valori di temperatura durante la settimana presa come esempio si distribuiscano rispetto al valore medio. Un valore grande di σ indica che c'è stata un'alta variabilità della temperatura da un giorno all'altro, mentre un valore piccolo di σ indica che la temperatura si è mantenuta pressappoco costante da un giorno al successivo.

Figura 2: Variazione settimanale della temperatura con indicazione di alcuni indici statistici come temperatura minima  settimanale (T = 19.5 °C), massima (T = 37.3 °C), media ( T = 28.6 °C), e sigma (σ = 4.1 °C).

B) Tempo scala: mese

In maniera analoga, i calcoli fatti per una serie di misure della durata di una settimana possono essere estesi a intervalli di tempo della lunghezza di un mese, come in Figura 3. Anche in questo caso consideriamo  la temperatura massima, minima, e media mensili insieme alla dispersione intorno al valore medio. Su questo tempo scala si osservano sia la variazione diurna, sia quella settimanale dovuta alle variabili condizioni meteorologiche, sia quella stagionale dovuta alla variazione dell'altezza massima del Sole sull'orizzonte.

Figura 3: Variazione mensile della temperatura con indicazione di alcuni indici statistici come temperatura minima  mensile (T = 7 °C), massima (T = 21 °C), media ( T = 13.4 °C), e sigma (σ = 2.6 °C).

C) Tempo scala: anno


Per ultimo, consideriamo l'anno solare come intervallo più lungo nel quale calcolare il valore degli indici statistici (cioè temperatura minima, massima, media annuale e la dispersione). Figura 4 mostra un esempio di come la temperatura generalmente cambi durante un anno: si osservano tutte le componenti di variabilità, quella diurna, inter-giornaliera, mensile.
Possiamo notare alcune caratteristiche interessanti.

• La differenza di temperatura tra estate e inverno è ben maggiore della differenza di temperatura tra giorno e notte.
• Le temperature massime non si registrano in prossimità del solstizio d'estate, ma con circa più di un mese di ritardo, verso fine Luglio.
• Le temperature minime non si registrano intorno al solstizio d'inverno, ma con circa più di un mese di ritardo verso la fine di Gennaio (i cosiddetti "giorni della merla").
• L'aumento delle temperature, da minime invernali a massime estive, avviene più rapidamente della diminuzione da temperature estive a invernali (5 mesi e mezzo per aumentare e circa 6 mesi e mezzo per diminuire).
  

Queste proprietà verranno discusse successivamente più in dettaglio.

Figura 4: Variazione annuale della temperatura con indicazione di alcuni indici statistici come temperatura minima annuale (T = 0.3 °C), massima (T = 38.9 °C), media ( T = 16.1 °C), e sigma (σ = 8.3 °C).

Per capire se stia avvenendo un cambiamento climatico, non ci si limita soltanto al valore della temperatura, ma si utilizzano anche le proprietà statistiche, cioè si analizza se stanno cambiando anche i valori di:

• temperatura minima, massima e media;
• dispersione;
• differenza tra temperatura massima e minima;
• epoche dei minimi e massimi di temperatura;
• tasso di variazione tra minimi e massimi;
• ... 

Nella parte III di questa serie, considereremo non solo le serie temporali di temperature, ma anche le serie temporali degli indici statistici. Questa analisi ci permetterà di capire le proprietà termiche della zona geografica presa come esempio (Palazzolo Acreide) e di come queste proprietà possano cambiare a causa del cambiamento climatico.

Sergio Messina