Il monsone africano e l'importanza per il clima globale - Il Clima - Ambiente, cambiamenti climatici e sviluppo sostenibile

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Il monsone africano e l'importanza per il clima globale


Intervista a Paolo Ruti, ENEA, Dipartimento Ambiente, Responsabile Progetto AMMA

L’Africa Occidentale è da sempre un’area contraddistinta da un fragilissimo equilibrio tra la domanda alimentare di una popolazione in costante aumento e la scarsa offerta di risorse naturali messe in pericolo da eventi climatici calamitosi, come le devastanti siccità del Sahel degli anni ’70 e ’80 che produssero più di un milione di morti e di profughi ambientali.

Più che altrove, in queste regioni la variabilità climatica condiziona la vita di milioni di persone: un diverso andamento della stagione delle piogge è determinante in un paese dove la sopravvivenza della popolazione è condizionata dall’agricoltura di sussistenza. 

L’andamento del monsone africano e la sua relazione con l’attuale cambiamento climatico è il cuore scientifico del progetto “AMMA” (African Monsoon Multidisciplinary Analysis), a cui l’Unione Europea, all’interno del Sesto Programma Quadro per la Ricerca Scientifica, ha contribuito con un finanziamento di circa 15 milioni di euro in 5 anni. Il progetto è caratterizzato da una task scientifica internazionale di grande livello di cui fanno parte anche moltissimi centri di ricerca africani. Su un totale di 59 enti scientifici, sono ben 22 quelli africani: centri macro-regionali, servizi meteorologici nazionali, università e centri di ricerca agronomici e ambientali. In dettaglio i paesi partner sono Belgio, Benin, Burkina Faso, Danimarca, Francia, Germania, Ghana, Guinee, Italia, Mali, Olanda, Niger, Nigeria, Senegal, Spagna e Gran Bretagna sotto il coordinamento dell’Institut Pierre Simon Laplace – CNRS (Francia).

L’obiettivo del progetto è quello di migliorare la comprensione dei meccanismi fisici alla base del monsone africano e di sviluppare strumenti operativi al fine di fornire informazioni importanti per monitorare la vulnerabilità della regione saheliana alle crisi alimentari e sviluppare strategie colturali da adottare a livello locale. A livello scientifico, gli stessi risultati serviranno a validare le proiezioni fornite dall’IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) sugli impatti del cambiamento climatico nella regione.

La qualificata partecipazione italiana a questa sfida  di grande respiro scientifico si esprime in numerosi ambiti del progetto: Osservazioni, Previsioni, Impatti mediante l’impegno di 25 ricercatori e 1,6 milioni di euro, oltre all’impiego di apparecchiature tecnologicamente avanzate e di sofisticati modelli di analisi dati. Al progetto partecipano il CNR (ISAC Bologna, IBIMET Firenze), l’ENEA e l’Università di Perugia. L’Italia ha un ruolo di rilievo nella gestione delle attività di ricerca a livello europeo ed internazionale. Federico Fierli (CNR-ISAC) è stato il responsabile per quanto riguardo lo studio del bilancio idrologico nella regione, mentre Lorenzo Genesio è tuttora responsabile della parte di impatti nel settore agricolo ed agro-alimentare.

L’ENEA partecipa attivamente sia alla parte di previsione climatica del progetto, sia alla messa a punto di strumenti di misura degli aerosols e di analisi dei dati da satellite per il Golfo di Guinea. Il dott. Guido Didonfrancesco ha partecipato attivamente alla campagna di misure con la messa a punto di micro-lidar per lo studio degli aerosols. L’ENEA sta inoltre coordinando il gruppo di ricerca del progetto AMMA sui modelli climatici (PM Ruti), che sta analizzando la capacità dei principali modelli climatici globali nel riprodurre il ciclo stagionale del monsone Africano e le perturbazioni atmosferiche che si sviluppano in Africa ed arrivando sull’oceano Atlantico trasformandosi in cicloni tropicali, che a loro volta si possono mutare in uragani.

L’ENEA sta mettendo a disposizione del progetto i suoi mezzi di calcolo per le previsioni climatiche e sta inoltre intensificando l’interazione Italia-Africa avendo attivato alcune borse internazionali con istituti scientifici in Senegal ed Niger.

Perché tanta attenzione degli scienziati europei per la fascia del Sahel?

L’interesse per quell’area è nato intorno agli anni ’70 quando si è registrata la più forte e prolungata condizione di siccità e si è sviluppato dopo che le stime della popolazione continuavano a crescere a livelli eccezionali.  La popolazione del West Africa, stimata in 60 milioni nel 1950, ha raggiunto i 230 milioni nel 2000 ed è probabile che raggiungerà i 400 milioni entro il 2030. In questo contesto la produttività agricola, pastorale e forestale - che rappresenta un fattore chiave per lo sviluppo sostenibile e la stabilità politica della regione - è direttamente legata alla variabilità climatica. I lunghi periodi di siccità, gravando sul bilancio idrico minano gravemente la possibilità del territorio di supportare la vita delle popolazioni favorendo movimenti migratori stagionali o irreversibili verso i paesi limitrofi. L’esodo di queste popolazioni, costrette a spostarsi dalle condizioni di vita avverse, è spesso all’origine di conflitti per l’accesso alle risorse tra i paesi del Sahel e quelli costieri del Golfo di Guinea ed è alla base del fenomeno di spostamento delle popolazioni da sud verso nord. 

Con conseguenze disastrose sul fronte degli equilibri europei.

Effettivamente per una popolazione fragile che vive di un’agricoltura legata alla stagione delle piogge qualsiasi modificazione crea disastri, e purtroppo per sfuggire alla morte fuggono per spirito di salvezza. Questo rende il problema del cambiamento climatico nell’Africa sub-sahariana di interesse europeo non solo per i suoi aspetti scientifici, ad esempio gli aerosols che provengono dal deserto Sahariano, ma in termini geopolitici. Nell’eventualità di un’altra siccità come quella degli anni ’70 porterebbe a degli effetti ancora più devastanti perché parliamo di una popolazione che è già di quattro volte superiore ad allora. L’inizio della stagione delle piogge nell’Africa sub-sahariana arriva improvvisa dopo lunghi mesi caldi e siccitosi. Alla fine del mese di Giugno il motore a diesel dei tropici, la forte convezione che si genera nella zona di convergenza degli alisei, ha un sussulto e si sposta di 4-5° gradi più a nord, circa 500 km in pochi giorni. Poi rimane lì paziente per altri due mesi circa, ma non inattivo, continuando a trasportare umidità dal golfo di Guinea nel continente Africano fornendo così energia alle perturbazioni tropicali, che seppure intense, forniscono l’elemento vitale per le popolazioni del Sahel: la pioggia (Figura 1). La pioggia annuale e media in Niamey (Niger) è la stessa come per Bruxelles, ma l'intero ammontare cade in solo 3 mesi. Coltivare è perciò solamente possibile durante questa stagione piovosa. Ma nella normalità nulla questio. Il problema si verifica quando questa alternanza non c’è più con regolarità e la sua intensità è fuori controllo.

Sono state rintracciate le cause della grande siccità per evitare che si ripeta?

La differenza di temperatura e umidità dei bassi strati dell’atmosfera tra il golfo di Guinea e il continente Africano genera il carburante necessario a innescare il monsone, l’aria umida fluisce dal mare verso il continente dove la convezione si innesca e comincia a bruciare l’aria umida che viene dal Golfo di Guinea come un lento, ma inesorabile motore diesel. Questo delicato motore può essere spostato più a nord o a sud dall’influenza di oceani lontani (Indiano e Pacifico) e vicini come quello Atlantico. Negli ultimi decenni L’Oceano Pacifico e quello Indiano hanno giocato un ruolo importante nel determinare la fase siccitosa. Negli anni più recenti l’Oceano Atlantico fa sentire la sua “potere”.   


Perché l’evoluzione del monsone africano ha una forte influenza nella formazione degli uragani?
 
Siamo nel deserto! A questo punto abbiamo uno strano motore a due pistoni asimmetrici, uno più potente a sud  che brucia aria umida che viene dal Golfo di Guinea, ed uno più piccolo a nord che brucia aria secca del deserto. Il risultato finale è la produzione di una forte corrente a getto a circa 3-4 km di quota, con venti attorno ai 10-15 metri al secondo che si dirigono verso l’Atlantico. Per comprendere l’importanza di questo fenomeno, basti pensare che questa corrente a getto produce perturbazioni atmosferiche che velocemente attraversano il continente Africano e vengono sparate sull’oceano Atlantico, divenendo cicloni tropicali e spesso trasformandosi in uragani. La natura ha sviluppato un intricato alambicco per fabbricare uragani e lo ha collocato in Africa (Figura 2). Circa l’80% degli uragani intensi nasce dalle perturbazioni che arrivano sull’oceano Atlantico dal continente Africano. Le ricerche più recenti suggeriscono che negli anni più piovosi le perturbazioni africane generano più cicloni tropicali: quindi anni siccitosi vedrebbero meno uragani mentre in anni piovosi ne avremo un incremento. L’evoluzione del monsone Africano nei prossimi 20-30 anni potrà influenzare la genesi degli uragani più che l’aumento delle temperature superficiali dell’Atlantico. 

Quali sono i fattori che possono modificare questo flusso di aria dal golfo di Guinea e l’innesco della convezione sul continente Africano?

L’oceano è uno dei principali indiziati, come ha rilevato Alessandra Giannini (ricercatrice italiana all’IRI di New York) nel 2003 in un lavoro sul prestigioso “Science”, l’aumento delle temperature superficiali dell’Oceano Indiano negli ultimi decenni e la concomitanza di un Atlantico equatoriale più caldo ha modificato il delicato equilibrio tra il golfo di Guinea e il continente Africano riducendo il contrasto terra-mare e quindi il vigore del monsone.

Come mai l’aumento del monsone determina l’insorgenza e la trasmissione di malattie?

Dati alla mano possiamo dire che le epidemie di meningite ricorrono ogni 5-12 anni nell’area sub-sahariana, e sono responsabili di circa 3000-10000 decessi l’anno. Una delle maggiori epidemie risale al 1996-97 con 200.000 casi e 20.000 morti e soprattutto nella popolazione molto giovane. Nel 2006 se ne sono registrati circa 40000, una cifra già raggiunta nei primi 5 mesi del 2007. L’aumento di tempeste di sabbia incrementa la probabilità di trasmissione dell’infezione. Lo sviluppo della Rift Valley Fever, trasmessa all’uomo dal bestiame, è condizionato dal carattere della stagione delle piogge.  Nella settimana della conferenza si è registrata un focolaio di infezione che ha determinato 161 decessi in Sudan. Dal 2000 il virus è passato dal continente africano a quello asiatico.

E’ vero che il continente Africano è una delle principali sorgenti di aerosols naturali?

Un'ambiziosa campagna condotta con aerei attrezzati per osservazioni dell'atmosfera, palloni e misure al suolo, ha permesso di scoprire che il livello di ozono nelle regioni urbane del Sahel è superiore rispetto al previsto, con un potenziale impatto sulla salute e sulle coltivazioni. Sorprese negative sono giunte anche dalle misure di aerosol prodotti dagli incendi e dall’uso di legna da ardere. Questi aerosol possono essere trasportati anche a migliaia di chilometri dalle regioni di emissione, con un potenziale impatto climatico su tutto il continente. Nella Figura 3 rappresentiamo il fenomeno. Le polveri Sahariane vengono immesse in atmosfera dal vento e trasportate verso i Tropici e verso le medie latitudini, in particolare il Mediterraneo. Gli aerosols, come evidenziato dall’ultimo rapporto IPCC, contribuiscono significativamente al bilancio dei gas-serra, ma in termini spesso negativi. Mentre, la CO2 e gli altri gas-serra incrementano le temperature aumentando la capacità dell’atmosfera di trattenere la radiazione irradiata dalla superficie terrestre, con un effetto raffreddante. Ma non solo. Assorbono e ri-emettono verso lo spazio parte della radiazione solare, impedendo a questa di raggiungere la superficie della Terra, e sono anche i principali nuclei di condensazione per la formazione delle nubi, che a loro volta riflettono la radiazione solare. Vengono studiati con particolare attenzione nell’area dell’Africa Sub-sahariana (Fig. 4) poiché ad alti livelli di ozono condizionano il clima e mettono a rischio la salute e le coltivazioni.

Che cosa ci aspetta nei prossimi anni?

Sicuramente significativi cambiamenti nella struttura e distribuzione della vegetazione in molte aree  agricole e pastorali della regione. Lo studio della relazione di tali cambiamenti con il clima è fondamentale per fornire una fotografia aggiornata sulla vulnerabilità del territorio a rischio di crisi alimentari. La campagna di analisi a scala locale ha permesso lo sviluppo di nuovi modelli di previsione dei rendimenti agricoli per le principali colture alimentari.

Negli ultimi 10 anni l’Oceano Indiano non si riscalda più come nei 20 anni precedenti e l’oceano Atlantico tropicale ha iniziato a scaldarsi significativamente. Se consideriamo le previsioni più ottimistiche sull’incremento dei gas-serra in atmosfera la morsa potrebbe allentarsi ancor più, ma nell’eventualità di continuare ad immettere in atmosfera una quantità sempre maggiore di gas-serra la situazione potrebbe peggiorare per la fine del secolo con conseguenze rovinose. L'Africa è una area “calda” per i cambiamenti climatici,  questo è probabilmente dovuto alla sua vulnerabilità. In tal senso, diminuendo l’incertezza dei modelli climatici per la regione si migliorano le strategie di adattamento. I modelli climatici sono utilizzati come strumenti per la previsione dei cambiamenti climatici per i prossimi 30-50 anni. Nell’ultimo rapporto dell’IPCC si legge che l’Africa sub-sahariana rimane un area con grandi incertezze per le previsioni a 30-50 anni. Il 2006 è stato l’anno  di una grande campagna di osservazioni intensive nell’Africa sub-sahariana (Figura 5). Il monsone è un sistema basato sull’accoppiamento tra oceano, atmosfera e biosfera. Mai come ora sono stati messi in campo strumenti e potenti mezzi per analizzare le interazioni tra queste tre componenti. Più di 800 persone, ricercatori e tecnici (Figura 6), hanno lavorato sul campo per condurre le osservazioni, sei aerei di ricerca hanno effettuato circa 500 ore di volo (Figura 7 e 8), una nuova rete di radio-sondaggi è stata sviluppata, e tre navi da ricerca hanno compiuto campagne di misura nel Golfo di Guinea e nell'Atlantico tropicale. La campagna dati svolta nel 2006 permetterà di migliorare la descrizione dei processi fisici, termodinamici e chimici nei modelli climatici, e di conseguenza sviluppare previsioni climatiche più attendibili.

Il 2006 si è da subito dimostrato un anno interessante, infatti il normale raffreddamento estivo dell’oceano Atlantico equatoriale verso le coste dell’Africa (si veda figura 9 confronto temperature superficiali del mare per il 2005 ed il 2006) ha subito un ritardo impedendo al contrasto terra-mare di rafforzarsi e quindi l’innesco del Monsone. Il tutto si è risolto con un posticipo della stagione delle piogge di poche settimane, ma questo ci fa capire come la puntualità dell’oceano Atlantico sia cruciale per l’avvio di una buona stagione delle piogge. Purtroppo nei modelli climatici usati nel rapporto dell’IPCC l’oceano Atlantico è spesso un punto dolente ed è probabilmente questa la ragione per cui nell’ultimo rapporto dell’IPCC si legge che l’Africa sub-sahariana rimane un area con grandi incertezze per gli scenari futuri. Una risposta concreta arriva dal progetto AMMA che sta collaborando con un altro progetto europeo (ENSEMBLES, www.ensemble.org), specializzato nello sviluppo di previsioni climatiche globali e regionali, per la produzione entro il 2009 di previsioni climatiche più accurate per il periodo 2010-2030.

Il futuro della ricerca quindi?

I gruppi di ricerca del progetto AMMA, partendo dall’analisi dei sistemi esistenti, stanno migliorando diversi aspetti delle previsioni climatiche ottenendo una serie di rilevanti risultati scientifici:

  • Miglioramento delle stime di pioggia da satellite, elemento fondamentale per la programmazione agricola in una regione scarsamente coperta dalla rete di pluviometri;
  • Creazione “in loco” di sistemi di misura regolari di variabili atmosferiche e di aerosol sahariani, fondamentali per il miglioramento delle previsioni meteorologiche; 
  • Miglioramento dei modelli di previsione meteorologica e dunque dei programmi di allerta per le emergenze idrologiche legate ad eventi estremi;
  • Miglioramento dei modelli di previsioni stagionali grazie alla più attenta comprensione dei meccanismi atmosferici alla base del monsone, fondamentali per fornire una allerta precoce sulla probabilità che si verifichino crisi alimentari;
  • Miglioramento degli scenari climatici della regione al 2020 grazie ad una collaborazione con il progetto ENSEMBLE (progetto europeo basato su un insieme di modelli climatici);
  • Miglioramento della capacità previsionale per le perturbazioni atmosferiche che si sviluppano in Africa e si trasformano in cicloni tropicali sull’oceano Atlantico;
  • Sviluppo di modelli climatici per migliorare la comprensione dei cicli di vita dei parassiti in modo da agire per tempo con misure di prevenzione e vaccinazione contro malattie come meningite e malaria.

Altro aspetto da sottolineare è il miglioramento degli scenari IPCC sull’area tropicale. L’Oceano Indiano e quello Atlantico competono nel produrre il trend delle precipitazioni in Africa. Per i prossimi anni, se si realizzeranno gli scenari più ottimistici di riduzione dei gas-serra in atmosfera, la morsa della siccità potrebbe allentarsi, altrimenti la situazione potrebbe peggiorare per la fine del secolo con conseguenze catastrofiche. Su questo punto vi sono delle incertezze sui modelli IPCC: sebbene non vi sia un accordo tra tutti i modelli, i lavori della conferenza di Karlsruhe di fine 2007  hanno evidenziato che la rappresentazione delle temperature superficiali del mare nel Golfo di Guinea, su cui sono basate molte delle previsioni, è in molti casi errata.

Il progetto dovrà ora trasformare queste acquisizioni scientifiche in strumenti operativi che permettano nel breve periodo di prevenire e gestire gli eventi estremi di origine climatica, come le crisi alimentari, e nel lungo periodo di fornire una base per la pianificazione delle politiche di sviluppo legate alla capacità di adattamento della regione ai cambiamenti climatici.

 

Immagine vento nel periodo estivo
Figura 1: Vento a 10m medio per il periodo estivo (la lunghezza delle frecce è proporzionale all’intensità del vento) e precipitazione media estiva in mm/giorno. Il massimo della precipitazione è lungo la Costa Atlantica dell’Africa a nord dell’equatore. Dati forniti dal NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center, Boulder, Colorado, USA. (AMMA copyright, A dell’Aquila ENEA)
 

 

Traiettoria Uragano IVAN
Figura 2: Traiettoria dell’uragano IVAN, che nel 2004 è stato il più forte uragano. IVAN nasce il 2 Settembre come ciclone tropicale ad ovest delle coste africane quando le perturbazioni nate sul continente africano arrivano sull’oceano Atlantico. Il 24 Settembre arriva sul continente americano ed dissipa tutta la sua energia. Causa la morte di più di cento persone e danni per 20 miliardi di dollari.

 

Tramonto a Bamaki (Mali)
Figura 3: Tramonto a Bamako (Mali) lungo il fiume Niger. Le polveri sahariane colorano il cielo (AMMA copyright PM Ruti ENEA)
Sito per misure di aerosols Niger 
Figura 4: Sito per misure di aerosols Niger (AMMA copyright, ChristianeGrappin-INSU-CNRS)
 

 

Immagine campagna misure 2006
Figura 5: Rappresentazione schematica della campagna di misure effettuata nell’estate 2006 all’interno del progetto internazionale AMMA. 3 navi oceanografiche e 3 aerei attrezzati per misure atmosferiche hanno partecipato alla campagna, raccogliendo misure sulla struttura superficiale dell’oceano (temperatura e salinità) e sulla struttura verticale dell’atmosfera (temperatura, specie chimiche, aerosols). La  rete di radiosondaggi è stata notevolmente potenziata per la misura dei profili verticali di temperatura, vento e umidità. 2 radar e diverse sonde rilasciate da palloni hanno raccolto misure sulla struttura dei sistemi convettivi tropicali. Una rete di micro-lidar è stata messa a punto per l’analisi degli aerosols sahariani.
(AMMA-copyright)

 

 

Radar Ronsard
Figura 6: Radar Ronsard in azione a  Djougou  durante  la  SOP 2 Luglio 2006. Questo radar misura la velocità, intensità e dimensione dei sistemi convettivi nella regione. (AMMA/Photo P.Collot CNES)

 

 

Immagine aereo
immagine aereo
Figura 7: Due tipi di aerei sono stati utilizzati durante la campagna di misure del progetto AMMA. L’aereo francese ATR 42  con voli tra i 300 e i 7000 metri. Il Falcon2 tedesco arriva sino a 14000 metri.  (© AMMA/Photo P. Taburet (Météo-France)
 

 

Laser
Figura 8:  Il potente laser  a  bordo degli aerei per lo studio delle concentrazioni di specie chimiche e per lo studio del diametro degli aerosols. (© AMMA/Photo P. Taburet (Météo-France)
Temperatura superficiale del mare 2006  
Temperatura superficale del mare 2006
Figura 9: Temperatura media superficiale del mare nel Giugno 2006 (a) e Giugno 2005 (b). La lingua di acqua fredda all’altezza dell’equatore sotto il golfo di Guinea nel 2006 è più calda rispetto al 2005 di circa 2,5°C . Dati forniti dal NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center, Boulder, Colorado,USA.

Per approfondimenti: elenco link utili

Sito istituzionale: https://www.amma-eu.org/

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