Giovedì, 21 Dicembre 2017

Un nuovo metodo per la simulazione degli eventi climatici estremi.

Francesco Ragone
Francesco Ragone Assegnista di Ricerca del Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e della Terra, in collaborazione con i ricercatori Freddy Bouchet del CNRS e dell'Ecole Normale Superiéure di Lione e Jeroen Wouters dell'Università di Reading, ha sviluppato un algoritmo per studiare in simulazione climatiche eventi rari ed estremi come onde di calore ed uragani, con tempi di calcolo da cento a mille volte minori rispetto a simulazioni tradizionali. I risultati sono stati pubblicati il 19 Dicembre 2017 sulla rivista PNAS in un articolo dal titolo "Computation of extreme heat waves in climate models using a large deviation algorithm".
 
Abbiamo intervistato il Dott. Ragone per comprendere la portata di uno studio che permette di effettuare analisi precedentemente impossibili:
 
Dott. Ragone in cosa consiste lo studio e quali applicazioni prevede attualmente?
 
Per studiare eventi e processi che non si possono analizzare con dati osservativi, i climatologi usano modelli numerici che simulano la dinamica dell'atmosfera, dell'oceano, dei ghiacci, e di tutti i processi fisico-chimici che determinano l'evoluzione del clima. Questi modelli sono estremamente complessi e vengono utilizzati ad esempio per fare gli esperimenti volti a determinare l'impatto delle emissioni di gas serra sul clima futuro. Effettuare simulazioni sufficientemente lunghe per studiare eventi rari ed estremi con questi modelli è spesso impossibile.
Applicando questo algoritmo al modello di clima PLASIM, sviluppato all'Università di Amburgo, è stato possibile calcolare la probabilità di onde di calore estreme sull'Europa con tempi di ritorno di centinaia di migliaia e milioni di anni, eventi che non avrebbero mai potuto essere osservati in una simulazione diretta. 
Si tratta di un primo importante passo per poter fornire un avanzamento metodologico che renda possibili studi finora ritenuti realisticamente non effettuabili. 
 
In che modo la collaborazione con studiosi di altre discipline ha reso possibile i risultati ottenuti?
 
L'idea di base del metodo è di simulare un insieme di traiettorie del modello in parallelo, e attraverso operazioni di soppressione e clonazione delle traiettorie modificarne la statistica per osservare molto più frequentemente gli eventi estremi, al fine di calcolarne correttamente la probabilità. 
Questo approccio innovativo è stato reso possibile attraverso un lavoro interdisciplinare che ha richiesto di coniugare conoscenze di fisica dell'atmosfera e del clima a concetti sviluppati nel campo della fisica statistica (algoritmi di calcolo di eventi rari e teoria delle grandi deviazioni) e della matematica applicata (importance sampling). 
 
In cosa consisteranno gli sviluppi futuri? 
 
Questo avanzamento metodologico consente di immaginare nuovi progressi nello studio quantitativo degli estremi e della loro dinamica. I prossimi studi saranno volti all'applicazione del metodo ai modelli di clima più complessi, nella classe di quelli utilizzati ad esempio per effettuare gli scenari di cambiamento climatico contenuti dei report dell'International Panel on Climate Change (IPCC). Una migliore stima dei tempi di ritorno degli estremi sarà di interesse per governi e istituzioni per pianificare investimenti futuri. Si prevede inoltre una ricaduta importante nel settore delle assicurazioni e delle riassicurazioni per quanto riguarda la valutazione dell'impatto economico degli eventi estremi.
a cura di Redazione Centrale, ultimo aggiornamento il 21/12/2017