Ciclo idrologico globale 1900-2020

Giugno 17, 2022 Off Di miometeo

In un commento ad un articolo su WUWT ho trovato in riferimento ad una serie che descrive il flusso complessivo di acqua dolce che entra annualmente nell’oceano globale (global discharge) che, come scrivono in Zanchettin et al. (2008), a partire dalla loro equazione (1), è

D=P-E±ΔR

con D=flusso finale; P=precipitazione; E=evapotraspirazione; R=riserve (terreno, sottosuolo, laghi, ghiaccio, … e quindi con ΔR= variazione nel tempo delle riserve).

Come si immagina facilmente, disporre dei dati non è semplice, e in particolare bisogna fare ipotesi su ΔR, ma l’avvento dei satelliti ha permesso una valutazione di D accettabilmente accurata.
Koutsoyiannis (2020) ha elencato tutta una serie di problematiche che riguardano il ciclo idrologico ed ha raccolto dati da un vasto numero di fonti per chiedersi se il bilancio dell’acqua (water balance) stia aumentando. Annota anche, nella sua figura 12, il bilancio dell’acqua ottenuto come differenza tra precipitazione ed evaporazione sulla terra e sul mare, che deriva da due serie di dati da satellite (NCEP-NCAR e ERA5), dal 1950 e dal 1980. Sottolinea anche che non vuole usare i dati di rianalisi su un intervallo temporale più lungo (1900-2010), in particolare i dati noti come ERA-20C, perché hanno minore affidabilità (these have lower reliability).

Ritornando alla serie di dati indicata dal commento, all’inizio, bisogna dire che è stata ricavata dalla figura del sito https://www.bafg.de/GRDC/EN/03_dtprdcts/31_FWFLX/freshflux_node. html, del Bundesanstalt für Gewässerkunde – BfG, l’istituto idrologico federale tedesco, ma che non contiene nessuna indicazione sulla sua origine e se in qualche modo possa essere collegata agli esempi portati da Koutsoyiannis (2020), anche se l’uguaglianza dell’estensione temporale può dare adito a qualche incertezza.

In ogni caso disponevo della sola figura indicata nel commento (sembra che l’accesso ai dati numerici del BfG sia disabilitato) che ho digitalizzato e che mostro in figura 1, insieme al suo spettro MEM.

Fig.1: Digitalizzazione della figura del BfG realizzata al passo costante di 0.517 anni per punto. La riga rossa è lo smussamento dei dati con finestra di 20 punti (o 10.3 anni). Lo spettro, in basso, mostra periodi riconducibili ad AMO e NAO ma solo con difficoltà a PDO. Ricordo che lo spettro MEM risente del passo dei dati e che i valori numerici del periodo (prima colonna) non corrispondono a quelli del grafico e devono essere moltiplicati per il passo.

Il flusso di acqua dolce verso l’oceano sembra essere salito (guardiamo alla linea smussata) da 38500 km³ per anno nel 1900 a 41000 km³ per anno attorno al 1950 per poi iniziare una lenta discesa che si è accentuata a partire dal 1975 fino al 1990. Da questa data è iniziata una più lenta, ma decisa, salita che si è conclusa nel 2010 quando è iniziata una nuova discesa. Oltre alla caratteristica generale evidenziata dalla linea rossa del filtraggio, l’aspetto del deflusso di acqua dolce è punteggiato di oscillazioni che iniziano e si concludono nel periodo di 5 anni (una divisione piccola del grafico) e in questo tempo la portata cambia di 3-5 mila km³ per anno. La variabilità è davvero il fattore importante in questa serie ed è evidenziata, nello spettro, dai massimi a circa 6 e 13 anni. Il potente massimo a 77.6 anni (all’interno del quale mostro una “increspatura” a 66.5 anni o, se si preferisce, il massimo a 66.5 anni con una increspatura a 77.6) credo sia da riferire principalmente ad AMO (66.7 anni) e a NAO (76 anni), come si evince dal loro spettro. Una possibile influenza di PDO non si nota se non nei (poco potenti) massimi enso-like tra 2 e 10 anni, peraltro presenti anche negli spettri delle altre due oscillazioni.
In un lavoro del 2012, Schroeder e Zodiatis in The Climate of the Mediterranean region (v. Science Direct in bibliografia) scrivono:

Andamenti decrescenti delle precipitazioni durante la seconda metà del secolo scorso sono stati evidenziati come un aspetto generale nella regione mediterranea. Sono consistenti con un chiaro trend positivo dell’indice NAO in inverno dagli anni ’60 alla fine del secolo. NAO è generalmente conosciuto come anticorrelato al flusso in uscita dai fiumi della regione mediterranea …

Per quanto detto sopra a proposito degli spettri e anche per questa frase che certamente fa pensare a legami con le grandi oscillazioni anche al di fuori del Mediterraneo, ho evidenziato nella figura successiva i minimi (blu) e i massimi (rosso) di PDO, AMO, NAO secondo questo schema

|------|-----------------------|----------------------|
|      |  Minimo, BLU, anni    | Massimo, ROSSO, anni |
|------|-----------------------|----------------------|
|# PDO | 1895, 1915, 1950, 2010|1905, 1940, 1962, 1985|
|* AMO | 1915, 1972            |1877, 1940, 1958, 2020|
|= NAO | 1890, 1960, 2005      |1905, 1990, 2020      |
|------|-----------------------|----------------------|

sovrapposti al quadro superiore di figura 1:

Fig.2: La serie del flusso globale di acqua dolce e la stessa filtrata su una finestra di 20 punti (linea rossa), con sovrapposti i minimi (blu) e i massimi (rossi) di PDO (#), AMO (*) e NAO (=).

La situazione è senz’altro confusa, anche se la discesa del flusso, iniziata dagli anni ’60 del secolo scorso, sembra essere compatibile con una crescita dell’indice NAO culminata nel 1990-95, confermando con ciò un aspetto generale già evidenziato sopra per Mediterraneo e Mar Nero (NAO è generalmente conosciuto come anticorrelato al flusso in uscita …).

Mi sono anche chiesto, vista la formula all’inizio del post e l’importanza che in quella formula riveste la precipitazione, se fosse possibile dedurre dallo spettro del flusso verso l’oceano anche l’influenza lunare (il ciclo di Saros a 18 anni e il ciclo dei nodi lunari a 18.6 anni; per sicurezza, considero i massimi spettrali tra 18 e 20 anni) già osservata in diversi esempi, quasi sempre legati all’acqua e alla precipitazione: nello spettro del deflusso (figura 1), però, si osserva solo un accenno di massimo a circa 18 anni, a mio parere troppo debole per giustificare un’influenza lunare che alcuni giudicano importante ma che, mi sembra di poter dire, si diluisce molto quando si tratta di estensione globale, sempre ammettendo che il debole massimo indicato possa considerarsi reale.

Commenti conclusivi
La disponibilità di una serie del deflusso globale di acqua dolce verso l’oceano sembra un arricchimento per una visione complessiva del clima globale, che vale la pena indagare.
E’ importante aver potuto verificare l’influenza di alcune tra le principali oscillazioni di oceano e atmosfera nel deflusso e quindi anche nelle precipitazioni globali.
Non si è verificata, invece, l’influenza lunare (periodo 18-20 anni), presente con un massimo spettrale di potenza tanto bassa da non poter essere preso in considerazione.

Bibliografia

Koutsoyiannis D.: Revisiting the global hydrological cycle: is it intensifying?, Hydrol. Earth Syst.Sci., 24, 3899-3932, 2020. https://doi.org/10.5194/hess-24-3899-2020
Davide Zanchettin, Pietro Traverso, Mario Tomasino: Po River discharges: a preliminary analysis of a 200-year time series, Climate Change, 89, 411-433, 2008. https://doi.org/10.1007/s10584-008-9395-z
Science Direct: Series of abstracts on Mediterranean rivers runoff (varie date)

Tutti i dati e i grafici sono disponibi nel sito di supporto