La ricerca sul clima ha previsto correttamente molti aspetti del sistema climatico e la sua risposta all'aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera. Recentemente, tuttavia, la realtà si è sempre più discostata dalle aspettative degli scienziati, soprattutto per quanto riguarda i cambiamenti climatici regionali. Allo stesso tempo, stanno emergendo nuovi approcci computazionali.
Le discipline scientifiche evolvono. Emergono paradigmi, ma emergono anche deviazioni o discrepanze. Spesso c'è una spiegazione per queste. Tuttavia, se le discrepanze si accumulano, il paradigma prevalente viene messo in discussione. La filosofia della scienza parla allora di una crisi della disciplina. La fisica classica, ad esempio, ha attraversato una crisi simile all'inizio del XX secolo, in seguito alla quale si è sviluppata la fisica quantistica. Un esempio attuale è la fisica delle particelle, dove l'incapacità di trovare nuove particelle elementari sta costringendo i fisici a ripensare i presupposti del Modello Standard. E ci sono segnali che anche la ricerca sul clima stia attraversando un simile processo di maturazione e quindi si trovi in una situazione simile. Questo è il risultato di un'analisi di Tiffany Shaw dell'Università di Chicago – in precedenza visiting scientist presso il Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) – e del direttore dell'MPI-M Bjorn Stevens.
Quello che gli autori descrivono come il paradigma prevalente, o "approccio standard", nella climatologia si basa sugli sviluppi degli ultimi 60 anni. I ricercatori hanno applicato le leggi fisiche fondamentali al sistema climatico partendo dal presupposto che i processi su piccola scala siano determinati da medie statistiche che dipendono da processi su larga scala (parametrizzazione). Ciò ha permesso agli scienziati di scoprire la fisica relativamente semplice che governa il comportamento del complesso sistema climatico. Per i loro successi in questo campo, il direttore fondatore dell'MPI-M Klaus Hasselmann e il ricercatore climatico statunitense Syukuro Manabe hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2021.
"L'approccio standard può spiegare con grande efficacia le caratteristiche generali del sistema climatico e alcuni aspetti della sua risposta all'aumento delle concentrazioni di anidride carbonica", afferma Tiffany Shaw. Tra questi, ad esempio, la struttura verticale dell'atmosfera e alcuni aspetti della distribuzione spaziale del riscaldamento globale derivante dall'aumento dell'anidride carbonica atmosferica.
Come in altri campi scientifici, sono emerse discrepanze nella climatologia, soprattutto per quanto riguarda i cambiamenti climatici regionali. Ad esempio, il Pacifico tropicale orientale si è raffreddato, contrariamente a tutte le previsioni dei modelli. Anche la crescente frequenza di fenomeni meteorologici bloccanti sulla Groenlandia in estate è stata inaspettata. E anche laddove i cambiamenti erano stati previsti, gli scienziati a volte rimangono sorpresi dalla loro intensità: ad esempio, sebbene i modelli climatici avessero correttamente previsto che l'Artico si sarebbe riscaldato più velocemente del resto del mondo, il riscaldamento artico osservato supera le aspettative.
Gran parte di ciò che inizialmente sorprende può essere spiegato a posteriori utilizzando l'approccio standard. Tuttavia, Shaw e Stevens sostengono che le discrepanze indicano anche lacune nella conoscenza, ad esempio per quanto riguarda le ipotesi su come i processi e le componenti del sistema climatico su larga e piccola scala siano interconnessi. Tali discrepanze sono particolarmente evidenti ai tropici: ad esempio, i cambiamenti nella circolazione tropicale su larga scala derivano da instabilità che si verificano su piccola e media scala. Tuttavia, questi meccanismi di accoppiamento di scala non funzionano nell'attuale generazione di modelli climatici.
Non è chiaro se le discrepanze regionali persisteranno. In tal caso, e se dovessero diventare più frequenti, i climatologi potrebbero dover ripensare il paradigma prevalente. Shaw e Stevens sostengono che, con le discrepanze che inevitabilmente derivano da osservazioni sempre più complete, la strada da seguire risiede nell'accettazione. Ciò crea l'opportunità di migliorare la comprensione del cambiamento climatico regionale e di testare nuovi approcci computazionali. Prevedere i cambiamenti in un mondo più caldo richiederà un ritorno al metodo collaudato di generazione e verifica di ipotesi per sviluppare teorie.
"La sfida per il lavoro concettuale sarà identificare quale fisica, mancante nell'approccio standard, sia più importante per i cambiamenti regionali e come possiamo incorporarla", afferma Bjorn Stevens. Nuovi approcci computazionali potrebbero svolgere un ruolo importante in questo contesto. Ad esempio, nuovi modelli climatici eseguiti su computer ad alte prestazioni consentono di considerare l'accoppiamento di scala. In alternativa, l'apprendimento automatico applicato alle osservazioni potrebbe fornire spunti sull'accoppiamento tra scale spaziali e componenti del sistema climatico.
I ricercatori sottolineano: indipendentemente dal fatto che la disciplina sia in crisi o meno, la conoscenza di come le temperature globali risponderanno all'aumento delle concentrazioni di gas serra si basa su conoscenze fisiche fondamentali. Anche il riscaldamento globale è stato previsto con successo. Pertanto, l'aumento delle discrepanze non mette in discussione la necessità di misure di riduzione delle emissioni. Allo stesso tempo, affrontare le discrepanze a livello regionale offre alla ricerca sul clima l'opportunità di approfondire la comprensione del sistema climatico e, soprattutto, del cambiamento climatico locale, necessaria per orientare le misure di adattamento regionali e valutare meglio il rischio di cambiamenti catastrofici.
pubblicazione originale
Shaw, TA, Stevens, B. L'altra crisi climatica. Nature 639, 877–887 (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08680-1
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