Cambiamento climatico: le prove dallo spazio

Dal loro punto di vista unico, i satelliti forniscono linee chiave di prove scientifiche per comprendere il clima.

I satelliti hanno osservato continuamente la Terra negli ultimi cinque decenni fino ad oggi. Queste informazioni aiutano gli scienziati a tracciare l’evoluzione dei componenti chiave del clima, a comprendere meglio i processi del sistema Terra, a prevedere i cambiamenti futuri e a guidare l’azione internazionale.

Dallo spazio, le prove del cambiamento climatico sono convincenti.

Livelli senza precedenti di gas serra

I livelli di anidride carbonica e metano nell’atmosfera – i principali motori del cambiamento climatico indotto dall’uomo – sono a livelli record e continuano a salire.

I satelliti sono utilizzati per rilevare il più piccolo cambiamento nella concentrazione atmosferica. Mostrano che l’anidride carbonica è salita a 407 ppm nel 2018, mentre le concentrazioni di metano sono ora circa il 150% sopra i livelli pre-industriali (Buchwitz, M. et al. 2018) – e continuano a salire.

Rilevando accuratamente questi piccoli cambiamenti – entro 1 parte per milione per l’anidride carbonica – le osservazioni satellitari stanno aiutando la comunità scientifica a migliorare i modelli climatici globali e a prevedere meglio il probabile effetto di riscaldamento e gli impatti derivanti dall’aumento dei livelli di gas serra nell’atmosfera.

Il progetto Climate Change Initiative Greenhouse Gas dell’ESA sta mappando la distribuzione globale di anidride carbonica e metano vicino alla superficie. Il team intraprende una ricerca per migliorare gli attuali prodotti operativi sviluppati inizialmente dalla Climate Change Initiative, ma ora trasferiti ed estesi annualmente dal Copernicus Climate Change Service dell’UE.

Il team del progetto sta utilizzando i dati dell’ultima generazione di satelliti, tra cui la missione Copernicus Sentinel-5P, l’Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) della NASA e la missione TanSat della China National Space Administration per osservare questi gas a effetto serra con il massimo dettaglio. Questi satelliti forniscono dati a risoluzione ancora più alta e sono dotati della capacità di distinguere tra le fonti naturali e umane di anidride carbonica e metano e a loro volta supportano le politiche di riduzione delle emissioni come l’Accordo di Parigi che stanno affrontando il riscaldamento globale.

La riduzione della criosfera è diffusa

La criosfera – le aree sulla Terra dove l’acqua è congelata – svolge un ruolo importante nel moderare il clima globale.

Il riscaldamento globale ha portato a un diffuso restringimento della criosfera negli ultimi decenni, attraverso le lastre di ghiaccio polari e i ghiacciai, la copertura nevosa terrestre, l’estensione e lo spessore del ghiaccio marino artico, con le temperature del permafrost in aumento anche, secondo un recente rapporto dell’IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).

In queste aree spesso vaste e remote, i satelliti hanno fornito intuizioni cruciali sui rapidi cambiamenti in corso.

Cambiamento delle lastre di ghiaccio

Le lastre di ghiaccio polari conservano più del 99% del ghiaccio di acqua dolce della Terra sulla terra. Anche modesti cambiamenti possono influenzare il livello globale del mare, aumentare le inondazioni costiere e disturbare le correnti oceaniche.

Sia le calotte antartiche che quelle della Groenlandia stanno cambiando rapidamente. Una recente valutazione internazionale finanziata dall’ESA / NASA mostra che stanno perdendo massa di ghiaccio sei volte più velocemente che negli anni ’90 – un tasso che sta attualmente seguendo lo scenario di riscaldamento climatico di fascia alta dell’IPCC (IMBIE Shepherd, A. et al, 2020).

La perdita totale combinata di massa di ghiaccio in Groenlandia e Antartide è stimata a 6. 4 trilioni di tonnellate tra il 1992 e il 2020.4 trilioni di tonnellate tra il 1992 e il 2017 – spingendo il livello globale del mare verso l’alto di 17,8 millimetri.

Del totale dell’innalzamento del livello del mare proveniente dallo scioglimento delle calotte polari, circa il 60% (10. 6 millimetri) era dovuto allo scioglimento dei ghiacci.6 millimetri) è dovuto alle perdite di ghiaccio della Groenlandia e il 40% è dovuto all’Antartide (7,2 millimetri).

Utilizzando i dati satellitari gli scienziati stimano che le lastre di ghiaccio polari sono responsabili di un terzo di tutto l’aumento del livello del mare.

Ricreazione dei ghiacciai

La perdita di massa dei ghiacciai è legata all’aumento della temperatura dell’aria, rendendoli un indicatore affidabile del cambiamento climatico. In un mondo che si riscalda, l’acqua di fusione dei ghiacciai contribuisce all’innalzamento del livello del mare e questi cambiamenti influenzano la disponibilità di acqua in tutto il mondo.

Le scansioni satellitari aiutano a tracciare i cambiamenti dei ghiacciai a lungo termine su scala locale, regionale e globale. La loro capacità di monitorare a distanza il cambiamento della superficie, l’altezza, la massa e la velocità di scorrimento dei ghiacciai aiuta a stimare come questi fattori contribuiscono all’aumento del livello del mare e al rilascio di più acqua dolce.

I ghiacciai di tutto il mondo hanno perso ben oltre 9.000 gigatonnellate (nove trilioni di tonnellate) di ghiaccio dal 1961 (Zemp, M., et al., 2019). Poiché i ghiacciai si sono ritirati, gli scienziati stimano che la perdita di ghiaccio dei ghiacciai abbia rappresentato il 21% dell’aumento globale del livello del mare tra il 1993 e il 2017 (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

Fondamentale per valutare questi cambiamenti o per modellare la loro evoluzione futura è l’esistenza di un inventario dettagliato – una raccolta di caratteristiche fisiche chiave dei ghiacciai. Il progetto sui ghiacciai dell’ESA Climate Change Initiative ha fornito un terzo dei 198.000 profili dei ghiacciai che compongono il Randolph Glacier Inventory, il primo inventario completo a livello globale. Questa risorsa fornisce l’autorevole evidenza osservata sulle tendenze e ha costituito un importante contributo alle valutazioni del cambiamento del livello del mare fatte nel quinto rapporto di valutazione dell’IPCC.

Il declino del ghiaccio marino

Il declino a lungo termine del ghiaccio marino polare fornisce una delle più chiare indicazioni del cambiamento dell’ambiente terrestre.

Dallo spazio possiamo osservare un declino a lungo termine dell’estensione del ghiaccio marino artico, in tutti i mesi dal 1979 ad oggi.

La riduzione più forte si osserva ogni anno alla fine dell’estate e le stime suggeriscono che l’area del ghiaccio marino è scesa da 8 milioni di km² durante il mese di settembre alla fine degli anni ’70 a circa 4 milioni di km², la sua estensione più bassa, durante il 2012.

Sviluppato congiuntamente dal progetto Climate Change Initiative Sea Ice dell’ESA e dall’EUMETSAT OSI SAF, la registrazione satellitare del ghiaccio marino copre oltre quarant’anni fino ad oggi. Si tratta di uno strumento chiave, che consente alla comunità scientifica di valutare e migliorare l’accuratezza delle previsioni dei modelli climatici, e di monitorare il cambiamento e valutare le tendenze con maggiore fiducia.

Utilizzando questi dati, i modellatori climatici hanno usato stabilito un chiaro legame tra la diminuzione della copertura estiva del ghiaccio marino artico e le emissioni cumulative di anidride carbonica da attività umane.

Un recente studio stima che tre metri quadrati di ghiaccio marino artico si perdono per ogni tonnellata di emissioni di anidride carbonica (Notz e Stoeve, 2016).

L’ultima generazione di modelli climatici, che sono convalidati utilizzando la registrazione satellitare del ghiaccio marino dell’ESA CCI, indicano che l’Oceano Artico potrebbe essere privo di ghiaccio durante i mesi estivi già nel 2050.

L’aumento del livello del mare

Il livello del mare è aumentato globalmente di circa 15 cm durante il XX secolo e attualmente sta aumentando più del doppio ad un tasso di 3.6 mm all’anno (tra il 2006-2015).

Secondo il rapporto speciale dell’IPCC sugli oceani e la criosfera in un clima che cambia, l’aumento del livello del mare potrebbe raggiungere i 60-110 cm entro il 2100 nelle proiezioni dei modelli che presuppongono che i paesi prendano poche misure per ridurre le emissioni di gas serra. Questo renderebbe le inondazioni un evento annuale, aumentando i rischi per 1,9 miliardi di persone che vivono in regioni costiere basse.

Importanti contributi all’aumento del livello del mare includono: l’espansione termica in risposta all’aumento della temperatura dell’acqua del mare e l’aggiunta di acqua dolce quando gli strati di ghiaccio e i ghiacciai perdono massa. Lo sappiamo perché sensori specializzati sui satelliti di osservazione della Terra misurano la temperatura della superficie del mare e i cambiamenti nel ghiaccio e nei ghiacciai.

Fondendo le osservazioni di 11 diverse missioni satellitari, il progetto ESA Climate Change Initiative Sea Level ha generato un record altamente preciso e continuo di 25 anni di altezza della superficie del mare (Ablain, M. et al.(2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).

Un’accurata comprensione dei cambiamenti del livello del mare globale, comprese importanti differenze regionali, è vitale per la comunità internazionale per sviluppare una risposta efficace.

Il livello del mare non aumenta uniformemente ovunque – le misurazioni possibili solo da satellite mostrano come i livelli del mare in tutto il mondo variano a causa dei venti, della pressione atmosferica, del fondo dell’oceano, della rotazione della Terra, nonché della temperatura e della salinità dell’acqua.

Riduzione della copertura nevosa e della massa nevosa

La copertura nevosa è molto sensibile a un aumento della temperatura. I dati satellitari mostrano che con l’aumento delle temperature globali, l’estensione della neve è diminuita ad un tasso di (-0,55 ± 0,21) × 106 km² per decennio in primavera su tutto l’emisfero settentrionale negli anni ’80 e nel XXI secolo (Thackeray, C. et al. (2016)).

Il progetto neve Climate Change Initiative dell’ESA fornisce la prima stima affidabile del cambiamento della massa nevosa, utilizzando una serie temporale globale di 39 anni basata su osservazioni satellitari passive a microonde. Sono state osservate tendenze continentali. Per esempio, la massa di neve è diminuita di 46 gigatonnellate per decennio in tutto il Nord America. Anche se questo non si è riflesso in Eurasia, è stata osservata un’alta variabilità regionale.

Sulla base delle tendenze attuali e della soglia di 1,5 °C di aumento della temperatura superficiale, i modelli climatici hanno previsto che la massa di neve diminuirà fino al 40% nel Nord America centrale, nell’Europa occidentale e nella Russia nordoccidentale, rispetto al 1986-2005.

Monitoraggio del clima dallo spazio

Le misurazioni delle missioni ESA forniscono un contributo sostanziale al monitoraggio del clima. Le osservazioni provenienti dall’archivio satellitare dell’ESA di 40 anni e dalle attuali missioni dell’ESA, le Sentinelle Copernicus e le missioni di terzi sono sfruttate dalla Climate Change Initiative dell’ESA per generare dati coerenti, a lungo termine e globali per 21 variabili climatiche essenziali.

Questi dati affidabili sostengono il processo UNFCCC che guida l’azione internazionale sul clima. Vengono utilizzati in associazione con i modelli del sistema terrestre per studiare i driver, le interazioni e i feedback dovuti ai cambiamenti climatici, nonché i serbatoi, le teleconnessioni, i punti critici e i flussi di energia, acqua, carbonio e altro ancora.

Esplora i dati climatici

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