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Discussione: Cambiamenti climatici dell'ultimo mezzo secolo -

  1. #691
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    Mentre studi precedenti hanno quantificato le variazioni di lunghezza di una singola stagione o in scale regionali (Christidis et al., 2007 ; Park et al., 2018 ; Peca-Ortiz et al., 2015 ; Yan et al., 2011), manca una risposta emisferica delle quattro stagioni. Qui, consideriamo come le quattro stagioni sono cambiate nel periodo 1952-2011 e cambieranno entro la fine di questo secolo nel riscaldamento delle medie latitudini dell'emisfero settentrionale (30-60 N), dove la divisione delle quattro stagioni in base alla temperatura è prontamente disponibile. Alle basse latitudini (0-30 N), le temperature dell'aria variano così poco durante tutto l'anno che le differenze di temperatura tra le quattro stagioni non sono evidenti (Santer et al., 2018). Le stagioni tropicali sono generalmente divisi in stagioni umide e stagioni secche in base alle precipitazioni. Di conseguenza, in base alla temperatura, la divisione dell'anno in quattro stagioni a basse latitudini non è appropriata, quindi sono alte latitudini (60-90 N), dove l'inverno è lungo e freddo, e l'estate è breve e calda (Trenberth, 1983).

  2. #692
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    I dati di temperatura in questo studio sono stati ottenuti da osservazioni e simulazioni multimodello. I dati osservati sono stati ottenuti dal Global Historical Climatology Network Daily (HadGHCND) del Centro Hadley Centre e includono dati in griglia di temperatura giornaliera massima e minima su terra con una risoluzione orizzontale di 3,75 gradi di longitudine di 2,5 gradiitudine (Caesar et al., 2006). La temperatura media giornaliera osservata per il periodo 1951-2011 è stata calcolata come media del massimo e del minimo. Le simulazioni multimodello dell'ensemble per il periodo 1951-2100 sono state ottenute dal Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5) e 6 (CMIP6). Per il CMIP5 sono state selezionate due diverse vie di concentrazione rappresentative (RCP). RCP4.5 è uno scenario di stabilizzazione, con il forcing radiativo totale che sale fino al 2070 seguito da concentrazioni stabili (senza un percorso di superamento) a 4,5 W m2 dopo 2070 (Thomson et al., 2011). RCP8.5 è un percorso di forzatura radiativa in continuo aumento in cui il livello di forzatura radiativo entro la fine del XXI secolo sarà di circa 8,5 W m2 (Riahi et al., 2011). SSP2-4.5 e SSP5-8.5 sono stati selezionati per CMIP6. Per SSPx-y, SSP rappresenta percorsi socioeconomici condivisi, e x e y rappresentano rispettivamente la SSP specifica e il percorso di forzatura. In particolare, SSP2-4.5 rappresenta il centro del futuro range di forcing Pathway, e SSP5-8.5 rappresenta la fascia alta del futuro forcing Pathway range. SSP2-4.5 e SSP5-8.5 aggiornano rispettivamente i percorsi RCP4.5 e RCP8.5 (Gidden et al., 2019; O'Neill et al., 2016). Nel nostro studio (Figura S1S1) e 21 modelli climatici globali di CMIP5 e 16 da CMIP6 sono stati presi in considerazione sia nelle simulazioni storiche del clima (1951-2011) che proiezioni climatiche (2015-2100). Si noti che le simulazioni storiche del clima (1951-2011) di CMIP5 sono state costruite con la fusione di esperimenti storici (1951-2005) con proiezioni future basate sullo scenario RCP4.5 (2006-2011).

  3. #693
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    Definizione delle quattro stagioni

    Per comodità dell’analisi, le temperature del 29 febbraio degli anni bisestili sono state escluse per limitare ogni anno a 365 giorni, il che non ha avuto alcun effetto sul calcolo delle tendenze a lungo termine. Per ridivilare le quattro stagioni, abbiamo definito le soglie di temperatura locali seguendo i metodi precedenti (Christidis et al., 2007 ; Park et al., 2018) come indicato di seguito. L'estate è iniziata quando la temperatura ha superato il 75esimo percentile di temperatura media nel periodo 1952-2011 e si è conclusa quando la temperatura era inferiore al 75esimo percentile. La soglia di temperatura per l'inverno è stata definita come il 25o percentile. La primavera è stata considerata come il passaggio dall'inverno all'estate con l'aumento della temperatura, e l'autunno è stato definito come il passaggio dall'estate all'inverno con la diminuzione della temperatura. Un polinomio di terzo grado montato sui dati osservati grezzi è stato impiegato per attenuare le fluttuazioni di temperatura quotidiane per evitare più di due intersezioni tra ciascuna soglia di temperatura e la temperatura giornaliera osservata (Christidis et al., 2007 ; Park et al., 2018) (Figura S2S2). Le soglie di temperatura che variano da regioni a regioni ben riflettono la risposta delle quattro stagioni ai rapidi cambiamenti climatici e le differenze nelle quattro stagioni tra le diverse regioni. I valori relativi alle variazioni stagionali sia dalle osservazioni che dai dati dei modelli sono stati calcolati con le stesse soglie.

  4. #694
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    I risultati

    3.1 Cambiamenti osservati nei cicli stagionali

    Per fornire una spiegazione completa delle variazioni nelle quattro stagioni in caso di riscaldamento climatico, abbiamo calcolato per la prima volta le tendenze lineari modificate di lunghezze dal 1952 al 2011 nelle medie latitudini dell'emisfero settentrionale. Per gli osservati, abbiamo scoperto che l'estate in scala emisferica si è estesa, si è contratto primaverile, autunno e inverno (figure 1a-1c e 1d). Le tendenze delle quattro stagioni in alcune aree del Nord America sono state contrarie alle tendenze generali (figure 1a-1c e 1d), che è probabilmente attribuito alla forte influenza della variabilità climatica interna (Huang et al., 2017). Nell'area di studio, i cambiamenti più importanti nelle durate stagionali erano nella direzione di estati più lunghe e inverni più brevi. Dal 1952 al 2011, la durata estiva si è estesa ad un tasso medio di 4,2 giorni ogni 10 anni (d/10 anni), mentre la durata invernale si è ridotta ad un tasso medio di 2,1 d/10 anni (tabella S1S1). Le durate della primavera e dell'autunno sono leggermente cambiate, in calo rispettivamente a tassi di 1,0 e 1,1 d/10 anni (tabella S1S1). L'area più ovvia di cambiamenti di lunghezza delle quattro stagioni è vicino alla regione del Mediterraneo, il che è coerente con il rafforzamento della stagionalità intorno alla regione mediterranea dal 1950 nel contesto in cui la stagionalità si sta indebolendo nelle latitudini medio-alte emisferiche settentrionali (Qian & Zhang, 2019). Anche l'altopiano del Tibet e le sue regioni occidentali mostrano maggiori cambiamenti.

  5. #695
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    Le variazioni sia nelle fasi stagionali che nelle temperature stagionali sono state rilevate alla definizione della soglia di temperatura. La temperatura è aumentata chiaramente in estati estese e inverni accorciati dal 1952 al 2011 (figure 2b e 2d). In estate, la temperatura è aumentata al ritmo di 0,089 C per 10 anni (-C/10 anni) (Tabella S3S3). Poiché la soglia di temperatura che definisce ogni stagione è certa, la variazione di temperatura in estate è coerente con il fatto che gli eventi ad alta temperatura estremi si sono verificati più frequentemente in estate (Sheridan & Lee, 2018). Nella lunga stagione estiva, da maggio a settembre nell'emisfero settentrionale, la frequenza, la durata e il calore cumulativo dell'ondata di calore sono aumentati significativamente dagli anni '50 (Perkins-Kirkpatrick & Lewis, 2020). Le estati più calde e più lunghe interrompono seriamente la produttività e l'utilizzo dell'energia (Orlov et al., 2020), come l'aumento della domanda di energia elettrica per il raffreddamento e l'influenza della produzione di energia idroelettrica. Le estati affliggono anche la vegetazione e le foreste, una maggiore frequenza di grandi incendi e stagioni più lunghe di incendi durante le ondate di calore (Westerling et al., 2006). Inoltre, le prove esistenti suggeriscono che l’alta temperatura è persino legata alla salute fisica e mentale umana. I gruppi che lavorano all'aperto o all'interno senza sistemi di raffreddamento si trovano ad affrontare un grave esaurimento da calore (Kjellstrom, 2015). Lo stesso vale per la salute mentale: più alta è la temperatura, maggiore è la prevalenza della salute mentale (Obradovich et al., 2018).

  6. #696
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    Le distribuzioni spaziali delle tendenze lineari delle temperature entro le quattro stagioni nel periodo 1952-2011. Distribuzioni stagionali della primavera (a ed e), estate (b e f), autunno (c e g), e inverno (d e h). Le griglie punteggiate indicano tendenze statisticamente significative al livello del 5% in base al tt-test dello studente.

  7. #697
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    In inverno, la temperatura è aumentata al ritmo di 0,260oC/10 anni (tabella S3S3). Le temperature in tutto l’emisfero orientale sono cambiate di oltre 0,2 gradi ’10 anni, soprattutto nell’Asia orientale. La tendenza al riscaldamento dell'inverno è stata più pronunciata nel nord del Nord America, dove la temperatura è aumentata al ritmo di oltre 0,4 ?C / 10 anni (Figura 2d). Gli inverni più caldi hanno un grande impatto sulle rese delle colture. L'insufficiente domanda di temperatura delle cime delle cime a causa di inverni più miti bloccati la crescita delle piante, con conseguente riduzione delle rese e della qualità (Bartolini et al., 2019; Fu et al., 2015). Inoltre, gli inverni più miti e più brevi hanno grandi sfide visibili nella sicurezza pubblica. Temperature più elevate e periodi invernali più brevi causano tassi di criminalità più elevati in diverse regioni degli Stati Uniti (Harp & Karnauskas, 2018). Anche il turismo ha anche affrontato la pressione dei cambiamenti invernali. Le aree sciistiche altamente dipendenti dalle nevi innevatrici sono più facilmente e direttamente interessate dall'inverno (Beniston, 2003).

  8. #698
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    Per trovare i contributi di diversi fattori tra cui gas serra, aerosol antropogenici e forzatura naturale alle tendenze osservate in lunghezze e insiti delle quattro stagioni, abbiamo confrontato le tendenze medie multimodello delle lunghezze e degli insiti delle quattro stagioni con le osservazioni (Tabella S4 e Figura 33). Le tendenze di tutte le simulazioni di forzatura mostrano una tendenza simile alle osservazioni e le tendenze forzate da gas serra ben miscelati sono simili a tutte le simulazioni forzanti. Tuttavia, le simulazioni effettuate solo da aerosol antropogenici che forzavano o solo forzanti naturali producono tendenze deboli o addirittura contrarie. I risultati suggeriscono che la forzatura dei gas serra domina i cambiamenti di lunghezza e l'inizio delle quattro stagioni. Le variazioni di lunghezza e gli insiti delle quattro stagioni sono calcolati anche sulla base di dati osservativi detrizzati (Figura S3S3). Dopo aver rimosso le tendenze del riscaldamento, i cambiamenti nei cicli stagionali sono notevolmente indeboliti, il che indica anche che le tendenze del riscaldamento della serra hanno indotto variazioni nelle quattro stagioni.

  9. #699
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    Tendenze temporali per gli ultimi e le lunghezze delle quattro stagioni nel periodo 1952-2011 da osservazioni di HadGHCND e diversi esperimenti di CMIP6. Tendenze stagionali di lunghezza (a-d) e insordini (e-h) della primavera (a ed e), dell'estate (b e f), dell'autunno (c e g) e dell'inverno (d e h). CMIP6-ALL rappresenta tutta la simulazione forcing, CMIP6-GHG rappresenta gas serra ben miscelati, CMIP6-AER rappresenta aerosol antropogenici che forcing run e CMIP6-NAT rappresenta la forzatura naturale. L'incertezza è calcolata come doppi errori standard, che riflettono l'intervallo di confidenza del 95%. HadGHCND, il Global Historical Climatology Network Daily del Centro di Hadley Centre; CMIP6, progetto di intercomparazione di modelli di coppia 6.

  10. #700
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    Cambiamenti previsti nei cicli stagionali

    Precedenti studi non hanno valutato i cambiamenti futuri nelle quattro stagioni dell'emisfero settentrionale a media latitudine, in quanto tali cambiamenti continuano è un problema importante. Usiamo la stessa definizione di ciclo stagionale che in futuro nel previsto di cambiamenti nei cicli stagionali. Abbiamo prima valutato i modelli CMIP5 e CMIP6 utilizzando l'analisi del diagramma Taylor e selezionato 21 modelli CMIP5 e 16 modelli CMIP6 i cui esperimenti storici riproducevano bene la climatologia della temperatura (Figura S1S1). Sia le simulazioni di CMIP5 che CMIP6 da esperimenti storici hanno anche riprodotto bene la direzione di tendenza stagionale modificata (Figura 4, Tabelle S1-S3 e Figure S4–S6S4-S6). Basato sulla temperatura dell’aria superficiale multimodello di 2 m da CMIP5 e CMIP6, le tendenze modificate delle quattro stagioni dovrebbero amplificarsi in futuro. Nello scenario di stabilizzazione (RCP4.5 e SSP2-4.5), le tendenze di lunghezza e esordio dal 2016 al 2100 sono vicine all'estrapolazione osservata (le tendenze di lunghezza e insorgenza delle quattro stagioni nel 2016-2100 sono le stesse delle tendenze osservate da HadGHCND durante il 1952-2011) (Figura 4 e Figure S7-S8), indicando che anche se le stagioni devono continuare al ritmo attuale osservato, un'estate più lunga.

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