Cambiamento climatico: il sole non c'entra!

Un recente articolo di Pasini, Attanasio e Triacca ha portato nuova evidenza al fatto che il fattore principale che causa i cambiamenti climatici è l'aumento della concentrazione dei gas serra nell'atmosfera.

Come facciamo a sapere che sono proprio i gas serra, e non, per esempio, il sole a causare i cambiamenti climatici? Beh, c'è più di un modo, ma quello migliore è partire dalla fisica. Sappiamo come funziona il meccanismo di riscaldamento dei gas serra e possiamo misurare quanta energia questi gas trattengono nell'atmosfera e come questa energia varia con l'aumento della loro concentrazione (questo si chiama "forzante"). Il valore della forzante dovuto ai gas serra lo possiamo confrontare con quello dovuto ai cambiamenti dell'irradiazione solare, che è anche questa una cosa che possiamo misurare. Viene fuori che la forzante dovuta ai gas serra è molto superiore a quella delle variazioni solari. I risultati si possono riassumere in questo diagramma dell'IPCC del 2007 (che, fra le altre cose, sbufala la leggenda che la scienza del clima prenda in considerazione "soltanto" il biossido di carbonio).

Questi dati sono l'evidenza principale sul fatto che i cambiamenti climatici che osserviamo sono dovuti principalmente ai gas serra. Questo risultato, però, deve essere verificato. Se sono veramente i gas serra a causare l'aumento della temperatura, dovremmo vedere una correlazione fra le due cose. Ovvero, un aumento della concentrazione di gas serra deve corrispondere a un aumento di temperature. Se non vedessimo una correlazione, evidentemente il modello fisico sarebbe falsificato. Ma la correlazione la vediamo benissimo: l'aumento della concentrazione di CO2 è stato accompagnato nell'ultimo secolo da un aumento delle temperature planetarie. La correlazione non è perfetta, dato che è influenzata da altri fattori come la presenza di aerosol e altre cose. Ma funziona abbastanza bene e conferma il modello. (Immagine da skeptical science)

Ci potremmo però domandare se non potremmo invece seguire la logica opposta? Ovvero, potremmo cercare una correlazione fra le temperature e altre grandezze per vedere se da li' possiamo trovare qual'è la causa dei cambiamenti. Questa è un'idea che va per la maggiore in certi ambienti ed è stata utilizzata per cercare di dimostrare che è il sole, e non i gas serra, a causare i cambiamenti. Per esempio, gira parecchio su internet questa figura:

Viene da un vecchio articolo di Lassen che risale al 1991 (lo si vede anche dalla scala, dove i dati si fermano al 1990). Lassen aveva trovato una correlazione apparentemente molto buona fra un parametro che è la lunghezza del ciclo solare e la temperatura. Si, ma c'è un grosso problema: dove sta la fisica? Qual'è il meccanismo della correlazione? Lassen non è mai stato in grado di dirlo e questo era un grosso problema nella sua idea. In effetti, con il ciclo successivo la correlazione è andata perduta, (vedi la figura più sotto). Era solo una coincidenza, come ammesso da Lassen stesso, che si è dimostrato così un vero scienziato.

Figura da Skeptical Science che mostra come la correlazione fra cicli solari e temperatura osservata da Lassen nel 1991 sia andata perduta negli anni successivi.

C'è chi ancora cerca questo tipo di correlazioni e, con molta pazienza e massaggiando bene i dati, si riesce sempre a trovare qualcosa. Ma, di solito,  queste correlazioni fanno la fine di quella trovata da Lassen e vanno perdute poco dopo, come vi potete rendere conto da un recente dibattito con Stefano Caserini e Nicola Scafetta.

Tuttavia, con la statistica si può fare di meglio che semplicemente cercare correlazioni. Recentemente, Antonello Pasini, Alessandro Attanasio e Umberto Triacca hanno fatto uno studio di cui possiamo leggere un riassunto su "Le Scienze" del 5 Febbraio 2012. Pasini e gli altri hanno utilizzato un'approccio comparativo dei dati storici con il metodo detto di Granger.  Il principio di base del metodo è riassunto da Triacca in un commento su "ClimateMonitor"

..... nel 1969 Clive Granger, riprendendo una idea di Norbert Wiener del 1956, ha formulato la seguente definizione di causalità. Siano x ed y due variabili (due serie storiche). Diremo che la y causa la x, nel senso di Granger, se la previsione di x_t+1 ottenuta utilizzando sia il passato della x stessa che quello della y è migliore della previsione di x_t+1 ottenuta utilizzando soltanto il passato della x. Ciò significa che se la y causa la x, allora nel passato della y è contenuta una informazione unica (nel senso che non è contenuta nel passato della x) utile per prevedere la x.


Vedete che questo metodo è più evoluto di uno che cerca semplicemente una correlazione fra due serie storiche, come aveva fatto Lassen ai suoi tempi. Con questo metodo, Pasini e gli altri hanno trovato che, tenendo conto dell'evoluzione della concentrazione dei gas serra, la capacità predittiva del modello migliora nettamente. Il contrario succede se si utilizzano dati sui cicli solari (o anche sui flussi di raggi cosmici).

Bisogna stare attenti con queste cose, perché nessun modello statistico può provare una casualità intesa come effetto fisico. Ma lo studio basato sul metodo di Granger è importante perché è un altro tassello del puzzle che ci conferma che l'immagine che si sta formando è quella giusta. Sono i gas serra i principali (anche se non gli unici) fattori che causano il cambiamento climatico.

Sfortunatamente, tuttavia, non ci sono dati o analisi che tengano per chi ancora aspetta con fede incrollabile l'arrivo della nuova era glaciale: troverà le conferme che cerca in ogni nevicata invernale. Nel frattempo, il riscaldamento globale avanza.

Qui di seguito, un commento sul lavoro di Pasini e gli altri su "Le Scienze"
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Cambiamento climatico: una conferma indipendente del ruolo umano

Uno studio italiano ha ottenuto una chiara conferma delle cause antropiche del riscaldamento globale degli ultimi 60 anni ricorrendo a una metodologia statistica originale, mutuata dall'econometria e indipendente da quelle utilizzate nei classici modelli climatici criticati dagli scettici


Una chiara conferma dell'importanza determinante dei gas serra di origine antropica agli effetti del riscaldamento globale è arrivata da una ricerca condotta con una metodica originale, completamente differente da quelle utilizzate nei modelli climatici classici. Ed è proprio nel fatto che il risultato sia stato ottenuto con metodi indipendenti che risiede la rilevanza dello studio, che fornisce così una conferma che supera le critiche rivolte ai metodi solitamente impiegati dai climatologi.


Nello studio, pubblicato su "Atmospheric Science Letters", Antonello Pasini dell'Istituto sull'inquinamento atmosferico (Iia) del Cnr di Roma, e Alessandro Attanasio e Umberto Triacca dell'Università de L'Aquila, hanno infatti applicato al clima un metodo statistico ideato da Clive Granger, premio Nobel per l'economia del 2003. La tecnica è oggi ampiamente utilizzata dagli economisti per identificare, nell'ambito di un sistema complesso quale quello che essi studiano, i fattori che possono essere considerati le "cause" rilevanti di un fenomeno, andando al di là della constatazione dell'esistenza di una semplice correlazione.


"La matematica sottostante ai sistemi complessi sembra essere universale, e quindi si possono prendere modelli creati in economia e applicarli in altri campi come, per esempio, la climatologia", spiega Pasini.


Nello studio i ricercatori sono partiti costruendo un modello basato soltanto sui dati di temperatura, prendendo quelli relativi alle temperature dal 1850 al 1940, per "addestrare" il modello e usarlo quindi per prevedere le temperature dal 1941 al 2006. "In questo modo abbiamo ottenuto una determinata previsione di temperatura. Granger dice sostanzialmente che si può provare la causalità di una variabile su un fenomeno quando si vede che con il suo inserimento nel modello si ottiene un incremento positivo nella capacità di previsione. A questo punto abbiamo considerato tutti i dati relativi alle diverse variabili, o forzanti, sia naturali che antropogeniche, introducendole una per una nel modello, per poi tornare a fare la previsione dal 1941 al 2007."


Risultato: "Abbiamo così visto che, mentre le forzanti naturali non portavano ad alcun miglioramento della previsione, quando introducevamo i gas serra, ecco che la previsione di temperatura era molto, molto migliore." In questo modo, conclude Pasini, "abbiamo provato, con un 99 per cento di confidenza statistica, che sono proprio i gas serra a provocare un aumento della temperatura negli ultimi 60 anni."


In particolare, sottolinea Pasini, fra i possibili fattori naturali rilevanti, oltre alla variabilità dell'attività del Sole e alle emissioni dei vulcani, è stato preso in esame anche quello che è un cavallo di battaglia del fronte degli "scettici", ossia i raggi cosmici, che secondo molti avrebbero una notevole influenza sulla formazione delle nubi e quindi anche sulle temperature del pianeta. Ma anche questa variabile ha mostrato di non migliorare le capacità previsionali del modello basato sule sole temperature.


"Spesso - conclude Pasini - con metodologie diverse si vedono aspetti complementari di un problema. Con questo nuovo metodo avremmo potuto ricavare informazioni diverse e invece, guarda caso, abbiamo trovato risultati assolutamente concordanti con quanto detto dai metodi climatici classici. E questo corrobora fortemente l'idea che il riscaldamento globale degli ultimi 60 anni sia dovuto davvero a cause antropogeniche."