Sulle tracce del particolato
L'effetto del particolato sulle nuvole è una delle maggiori incertezze nelle previsioni dei cambiamenti climatici. Yu Wang utilizza l'apprendimento automatico e i dati satellitari per indagare il ruolo sorprendente delle piccole particelle nell'atmosfera.
Nell'autunno del 2014, il vulcano Holuhraun ha eruttato in Islanda, sputando nell'aria fino a 120.000 tonnellate di anidride solforosa al giorno. Un enorme pennacchio di minuscole particelle note come aerosol - un noto inquinante atmosferico - si è formato nell'atmosfera sopra la regione, altrimenti quasi incontaminata. L'eruzione vulcanica è stata l'inizio di un esperimento naturale in cui i ricercatori climatici hanno potuto studiare come l'improvviso aumento del particolato abbia influenzato le nuvole. "Poiché gli aerosol possono promuovere la formazione di gocce di nuvole, sono un fattore importante per prevedere i cambiamenti climatici, ma ne sappiamo ancora molto poco", spiega Yu Wang. Il trentenne scienziato ambientale sta conducendo ricerche dal settembre 2021 come ricercatore di Borsista dell'ETH presso l'Istituto di scienze dell'atmosfera e del clima dell'ETH di Zurigo nel gruppo di Ulrike Lohmann, professoressa di fisica dell'atmosfera.
Wang parla con entusiasmo dello studio che ha recentemente pubblicato su "Nature Geoscience", insieme a suo marito Ying Chen, Ulrike Lohmann e altri ricercatori dell'Ufficio meteorologico britannico, delle università di Exeter, Cambridge, Leeds e Monaco e della NASA. Tra una risata e l'altra, l'autrice si rallegra dell'interesse suscitato dalle sue scoperte. "Il mio lavoro è davvero entusiasmante", spiega: "Le emissioni che influenzano il clima sono costituite essenzialmente da due parti. Una è costituita dai gas serra e l'altra dagli aerosol". I gas serra riscaldano il pianeta. Gli aerosol, invece, contrastano questo effetto, principalmente attraverso la formazione di nuvole.
"Le nuvole sono un ombrello per la terra e la raffreddano", dice la scienziata, allargando le braccia davanti a sé per sottolineare questa immagine. Il problema, tuttavia, è che non è possibile quantificare esattamente il funzionamento degli aerosol e dell'effetto di raffreddamento delle nuvole. Secondo il Gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico (IPCC), gli aerosol sono una delle maggiori fonti di incertezza quando si tratta di comprendere gli effetti dell'attività umana sul clima odierno.
I climatologi hanno quindi colto l'occasione dell'eruzione vulcanica in Islanda per studiare l'effetto degli aerosol rilasciati, confrontando le nuvole sull'Atlantico settentrionale nell'autunno 2014 con la situazione degli anni precedenti e successivi. Tuttavia, questo confronto era imperfetto perché la formazione delle nuvole dipende in larga misura anche dalle condizioni meteorologiche, che durante l'eruzione non erano le stesse degli altri anni.
Il meteorologo della macchina
"Abbiamo utilizzato anche l'eruzione vulcanica", spiega Wang: "Ma abbiamo usato un metodo di apprendimento automatico che, come un meteorologo, può indicare l'aspetto delle nuvole in determinate condizioni atmosferiche"."In questo modo, gli anni "puliti" possono essere utilizzati per determinare come sarebbe stata la situazione delle nuvole nell'anno dell'eruzione se non ci fosse stata l'eruzione vulcanica. "? come una previsione del tempo", dice Wang. Se si conoscono le nuvole previste senza l'eruzione vulcanica di Holuhraun e la situazione negli stessi mesi negli anni precedenti e successivi all'eruzione sulla base dell'apprendimento automatico, si sa che la differenza è dovuta solo agli aerosol".
Il risultato di questo studio ha sorpreso i ricercatori perché contraddice le idee precedenti. "Bisogna sapere", dice Wang, "che ci sono due effetti diversi nell'interazione tra aerosol e nuvole": se le emissioni sono più forti, il numero di goccioline delle nuvole aumenta, ma sono più piccole. Questo rende le nuvole più leggere. Riflettono più luce solare nello spazio. Se le goccioline sono più piccole, ma anche più numerose, la nuvola può trattenere più acqua prima che piova. Le nuvole durano più a lungo. "In passato si pensava che la luminosità delle nuvole dominasse come effetto di raffreddamento, ma abbiamo scoperto che la durata di una nuvola o la formazione di nuove nuvole è più importante", dice Wang. Nel complesso, gli aerosol provenienti dall'eruzione vulcanica hanno aumentato la copertura nuvolosa di circa il dieci per cento.
"Gli aerosol non sono solo inquinanti atmosferici, ma stimolano anche la formazione di nuvole e quindi influenzano il clima".Yu Wang
Wang era interessata al particolato molto prima di essere coinvolta nella ricerca sul clima. "Sono nata vicino a Pechino, dove l'aria è molto inquinata", racconta: "Ha studiato scienze ambientali a Changchun e a Pechino e nella sua tesi di laurea magistrale ha voluto scoprire perché la concentrazione di inquinanti responsabili dell'inquinamento atmosferico è così alta a Pechino. "Durante le mie osservazioni sul campo, mi sono resa conto che la situazione nell'atmosfera reale è così complessa che bisogna andare in laboratorio per capirla meglio", dice la ricercatrice.
Dalla Cina alla Gran Bretagna
Ha fatto domanda per un dottorato all'Università di Manchester, è stata accettata e si è trasferita dalla Cina al Regno Unito nel 2017. "Un passo enorme", ricorda e sospira, prima di sorridere di nuovo e dire: "Voglio scoprire cose nuove, lo trovo eccitante". A Manchester, ha lavorato con una camera sperimentale in cui veniva pompato del gas per osservare la formazione di aerosol. "? stato allora che ho capito che gli aerosol non sono solo inquinanti atmosferici, ma stimolano anche la formazione delle nuvole e quindi influenzano il clima", racconta: "? stato quello il momento in cui ho iniziato a fare ricerca sul clima".
Lo studio recentemente pubblicato sull'interazione tra aerosol e nuvole si differenzia in modo sostanziale dai lavori precedenti, poiché non si basa su modelli climatici ma utilizza tecniche di apprendimento automatico, spiega Wang. Il team di ricerca ha utilizzato come input le osservazioni satellitari della copertura nuvolosa. Ha alimentato la macchina con i dati raccolti dagli strumenti a bordo di due satelliti Nasa per un periodo di vent'anni. La Nasa era responsabile dell'elaborazione e dell'analisi dei dati. "Abbiamo bisogno di un set di dati molto ampio per l'apprendimento automatico", spiega il ricercatore: "Le osservazioni dal 2000 al 2020 ci danno molta fiducia sul funzionamento del metodo".
Le nuove scoperte devono ora essere incorporate nei modelli climatici esistenti. "Vogliamo motivare l'intera comunità di ricerca ad adattare i loro modelli alle nostre osservazioni", afferma Wang, che spera che questo porti a modelli climatici migliori che consentano previsioni più affidabili per il futuro.
L'autrice ammette tuttavia che si tratta solo di uno studio pilota. Basarsi su una sola eruzione vulcanica non è sufficiente. I ricercatori stanno quindi esaminando anche altri eventi in cui le emissioni di aerosol sono aumentate o diminuite, comprese le osservazioni effettuate prima e durante la pandemia di coronavirus. "Speriamo che il nostro lavoro fornisca ulteriori prove e chiarisca i risultati nel prossimo futuro", afferma Wang.
Corona è una parola chiave che fa riflettere Wang. Prima della pandemia, i suoi genitori e i suoi amici potevano andare a trovarla nel Regno Unito e lei si recava in Cina per le vacanze. "Ma ora non ci vediamo da tre anni", dice: "? felice che ora che la Cina ha alleggerito le restrizioni, possa pianificare il viaggio per incontrarli di nuovo. Ma insieme al marito, che attualmente lavora come ricercatore sul clima presso l'Istituto Paul Scherrer, si sente a casa anche in Europa.
Ammissione dell'ispirazione in viaggio
Per farsi venire nuove idee, le piace fare escursioni o viaggiare con il marito. L'idea di utilizzare l'apprendimento automatico nella ricerca sul clima è nata da una discussione durante una gita sulla spiaggia di Teignmouth, vicino a Exeter.
Come specialista delle nuvole, le viene spesso chiesto se il riscaldamento globale potrebbe essere rallentato dalla formazione artificiale di nuvole. "Si chiama geoingegneria", spiega e cita due proposte in fase di discussione: Si potrebbero iniettare aerosol nella stratosfera o pompare particelle di sale marino nelle nuvole di Chi siamo, "il che sarebbe qualcosa di simile a un antidolorifico, ma non una soluzione a lungo termine". Inoltre, il sistema Terra è così complesso che un intervento del genere potrebbe essere molto pericoloso: "Ecco perché tutti i progetti di geoingegneria sono stati sospesi".
Ma rimane ottimista e riconosce qualcosa di buono in quasi tutto, anche nelle inondazioni estreme, nelle siccità e nelle ondate di calore sempre più frequenti. "Anche le persone che non credevano nel riscaldamento iniziano a pensare che sia una questione importante", dice, ma il suo motto è: "Ricerchiamo, impariamo e ci adattiamo".
Riferimento alla letteratura
Chen Y, Haywood J, Wang Y, Malavelle F, Jordan G, Patridge D, Fieldsend J, De Leeuw J, Schmidt A, Cho N, Oreopoulos L, Platnick S, Grosvenor D, Field P, Lohmann U. Machine learning reveals forcing from aerosols is dominated by increased cloud cover. Nature Geoscience 15, 609-614 (2022). pagina esternahttps://doi.org/10.1038/s41561-022-00991-6