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Effetto degli aerosol in zone di alta quota

Figura 1: Confronto sull’HKKH dell’AOD nella banda visibile simulata da RegCM4 (con condizioni al contorno ERA-Interim) con l’AOD a 550 nm riprodotta dalla rianalisi MACC e da MODIS, nella stagione monsonica estiva (JJAS). I rettangoli bianchi nel pannelo a sinistra indicano le regioni sulle quali sono state calcolate le medie areali su HKK e Himalaya.

Questo studio pilota mira a definire gli effetti degli aerosol sul clima in zone di alta quota, considerando in particolare gli effetti delle polveri e del black carbon. Saranno analizzati sia effetti diretti di tipo radiativo, che effetti indiretti di tipo termodinamico e di microfisica della precipitazione ed effetti legati alla deposizione degli aerosol sulle superfici innevate. Particolare attenzione verrà data alla dinamica degli aerosol nella regione Himalaya-Karakorum, dove il potenziamento delle reti di misura nell’ambito del progetto NextData permetterà di ottenere una caratterizzazione quantitativa dell’impatto degli aerosol sull’ambiente montano.

Nell’ambito di questo studio pilota, l’aerosol optical depth (AOD) riprodotta nella regione dell’HKKH da un modello di clima regionale (RegCM4) è stata confrontata con misure da satellite (MODIS-Terra) e con un prodotto di rianalisi di aerosol fornito dal progetto MACC (Monitoring Atmospheric Composition and Climate). Il modello è stato eseguito in un dominio regionale che include il subcontinente indiano definito per il progetto CORDEX. Sono disponibili due simulazioni per il clima corrente (2000-2009), con condizioni al contorno fornite da ERA-Interim e da una simulazione creata con il modello globale di clima EC-Earth per CMIP5 da parte di ISAC-CNR. In aggiunta è stato creato un run per uno scenario futuro nel periodo 2040-2050 utilizzando quali condizioni al contorno una proiezione realizzata con EC-Earth nello scenario di emissioni RCP 4.5.

E’ stata valutata la capacità del modello nel riprodurre le distribuzioni spaziali di AOD osservate e la loro stagionalità, attraverso un confronto con le distribuzioni spaziali climatologiche di MACC e MODIS. Il confronto è avvenuto è stato effettuato su tutto il dominio di simulazione con una valutazione in dettaglio sulla regione dell’HKKH. La Figura 1 riporta un esempio di tale confronto per la stagione monsonica estiva (JJAS), mediata sugli anni 2003-2009, comuni a tutti i dataset, per l’esperimento di RegCM con condizioni al contorno ERA-Interim. Questo tipo di analisi conferma che in inverno RegCM è capace di riprodurre l’ampiezza e la distribuzione spaziale dell’optical depth degli aerosol nelle aree di interesse, con una buona riproduzione di un minimo sul plateau Tibetano e di un massimo di AOD a sud del range dell’Himalaya, principalmente associato con sorgenti antropiche. In estate troviamo una buona riproduzione di un massimo di AOD centrato sul confine tra Pakistan ed India, anche se la posizione del massimo è situata più a est rispetto ai dataset da satellite e di rianalisi. Esperimenti condotti con lo schema dinamico per il sollevamento di polveri usato nel modello hanno permesso di stabilire l’importanza di una accurata rappresentazione di emissioni di polveri minerali dalle aree desertiche confinanti (particolarmente il deserto del Thar), al fine di rappresentare correttamente questo massimo durante la stagione monsonica.

E’ stato possibile analizzare più in dettaglio le fluttuazioni stagionali sulle due principali aree di interesse dell’’Hindu-Kush-Karakorum (HKK) a ovest e dell’Himalaya a est, considerando medie areali definite su due box illustrati in Figura 1. Un confronto della climatologia mensile media di AOD su queste aree con MODIS e MACC mostra un buon accordo nell’AOD media in estate, mentre in inverno (da ottobre a febbraio) RegCM riporta un’AOD media significativamente più alta. Analogamente ai due database osservativi, RegCM raggiunge un massimo in Luglio per l’HKK. Nella regione Himalayana MACC e MODIS mostrano significative differenze tra di loro durante tutto l’anno, che possono essere attribuite ad una stima dell’AOD maggiore in MODIS sul plateau Tibetano. Mentre tra dicembre e maggio RegCM si mantiene tra i valori dei dati satellitari e quelli di rianalisi, in estate i suoi valori sono molto più alti di entrambi, giustificati da valori sul nord dell’India maggiori, associati ad intense sorgenti di polveri minerali ed al loro trasporto durante la stagione monsonica. Serie temporali di AOD mediata su queste stesse aree mostrano che nell’HKK RegCM riproduce la variabilità osservata e la comparsa di alcuni estremi di AOD, particolarmente in confronto a MODIS. Alcuni estremi alti di AOD in inverno di RegCM non trovano corrispondenza nei dataset da satellite e di rianalisi. Questi possono essere associati con episodi di trasporto a grande distanza di polveri ed inquinanti antropogenici che andranno esplorati ulteriormente. Nell’Himalaya RegCM presenta una serie temporale più irregolare al confronto dei dataset osservativi e non è in grado di riprodurre alcuni alti valori estremi osservati in estate, in particolare da MODIS.

Un’analisi dei flussi di deposizione di aerosol con significativo assorbimento della luce (black carbon e polveri) conferma l’importanza dei processi di deposizione di polveri in particolare durante la stagione estiva sul pendio sud dell’Himalaya. Lo scenario futuro RCP 4.5 (2040-2050) rivela una possibile diminuzione nella deposizione invernale di BC, principalmente associata con una diminuzione delle emissioni antropogeniche nel sud-est asiatico nello scenario. Il modello prevede inoltre una diminuzione significativa nelle emissioni di polveri che vanno a depositarsi sull’Himalaya, sia in estate (dal deserto del Thar) che in inverno (dal deserto del Gobi). Gli associati cambiamenti a grande scala nei pattern di trasporto e nella climatologia dei venti andranno esplorati in maggiore dettaglio, assieme a possibili impatti sull’albedo della neve e sul forcing radiativo locale.