Tutta colpa del Sole?

Che il Sole abbia effetti sul clima non ci piove. Il minimo di Maunder, un periodo tra il 1645 e il 1715 in cui non si osservarono macchie solari, corrisponde molto bene con il momento più rigido della piccola era glaciale. In generale, quando l'attività solare (misurata ad esempio contando le macchie) si è ridotta, la temperatura è diminuita. Periodi freddi corrispondono ad es. al minimo di Dalton (ispiratore di un blog che cerca di dimostrare come sia tutta colpa del Sole), intorno al 1800. Quindi è naturale che si cerchi di capire se e quanto il Sole contribuisca al riscaldamento globale in atto. Ed è comprensibile lo facciano con maggior foga le persone che dubitano, per altri motivi, della tesi per cui è colpa nostra.

Lavorando in un osservatorio che è tuttora molto coinvolto nella fisica solare, ho modo di parlare con i colleghi di queste cose. Il consenso generale è che il Sole contribuisca piuttosto poco, tra il 15 e il 25% del totale, al riscaldamento. Ultimamente una teoria aveva ipotizzato che quando il Sole è quieto arrivino sulla Terra più raggi cosmici, questi producano nuvole e quindi alterino il clima. Si è quindi misurato anche quanti raggi cosmici arrivano effettivamente[1] e ancora le variazioni che si vedono non sono sufficienti a spiegare il recente aumento della temperatura. Se ne è anche parlato in questo blog, facendo notare come l'accordo tra sunspot number e temperatura vada a farsi benedire negli ultimi 15-20 anni.

Ma (giustamente) uno scienziato non demorde, e si continua a sfornare ipotesi. Qualche anno fa alcuni astronomi hanno osservato che la correlazione con la temperatura era migliore se come indice dell'attività solare si utilizzava il cosiddetto indice di attività geomagnetica AA. In particolare la cosa è molto gettonata sul blog climatemonitor, ma ho ritrovato articoli che ne parlano[2]. Mi sono quindi preso i dati, grazie anche a un lettore di quel blog, e ho fatto il grafico qui sotto.

Tutti questi grafici son fatti nello steso modo, per cui spiego solo il primo. In nero ho graficato l'andamento della temperatura globale, riferita alla media degli anni '50 (uguale in tutti i grafici). In blu ho riportato l'indice che tento di correlare, scalato in modo da riprodurre al meglio la curva di temperatura (regressione lineare, una tecnica statistica standard). In rosso c'è quel che resta, la parte di variazioni di temperatura che non è possibile spiegare con l'indice che ho esaminato. L'ampiezza media della curva rossa è riportata in basso, in questo caso circa 0.12 gradi. Più piccolo è questo numero, tanto meglio ho riprodotto la mia curva di temperatura. Insomma lo scopo del giochino è trovare una curva blu (modello) il più uguale possibile a quella nera (vera), e la curva rossa (residui) mi dice quanto ho sbagliato

L'attività solare oscilla con un periodo di 11 anni e la temperatura no, e per questo ho mediato i dati su 11 anni. Come conseguenza della media ho dovuto scartare i primi e gli ultimi 5 anni, in cui non ho i dati per calcolare una media sensata.

Bene, se non si tiene conto degli ultimi anni l'accordo è impressionante, il coefficiente di correlazione che si ottiene è R=0.84. Ma non c'è verso di far sparire quel picco finale nei residui, quasi mezzo grado che il Sole proprio non spiega.

L'accordo diventa molto migliore se si media su 22 anni (due cicli solari, o un ciclo solare completo), con R=0,9. Ma in questo caso devo buttar via altri 5 anni e gli articoli che trovano questa bella correlazione sono del 2005, altri 4 anni scartati. Alla fine sparisce proprio quel problematico picco finale tra +0,2 e +0,4 gradi nella curva rossa.

Bene, ma la CO2? Se faccio lo stesso lavoro utilizzando come forzante la concentrazione di CO2 in atmosfera ottengo questo:

La CO2 varia molto più regolarmente, con meno bozzi, ma riproduce l'andamento delle temperature osservate molto meglio (R=0,94). I residui sono quasi la metà che nel caso precedente anche se la rampa tra il 1910 e il 1940 è chiaramente dovuto ad altro. Evidentemente la verità sta nel mezzo, ma quanto? Bene, basta provare a utilizzare un mix dei due, e vedere per quale "ricetta" ci riproduce meglio i dati.


Detto fatto, ci vuole un 22% di Sole e un 78% di CO2. Probabilmente c'è dell'altro, e difatti i modelli dell'IPCC non sono così semplici, ma siamo arrivati da qualche parte anche solo con questi semplici conti:

• L'accordo tra AA-Index e temperatura non è molto migliore di quello tra altri indicatori di attività solare e temperatura. Tutti questi indicatori non spiegano assolutamente l'aumento di temperatura degli ultimi 20 anni, che invece corrisponde benissimo all'incremento di CO2


• Se confronto una temperatura, una concentrazione di CO2, e un'attività solare che stanno aumentando tutti nel tempo, otterrò comunque buone correlazioni. Per discriminare devo usare periodi in cui un indice aumenta ed uno cala, altrimenti correlo benissimo gli aumenti di temperatura anche con la crescita del pino secolare al Ponte al Pino a Firenze.
  


• Per ottenere un buon accordo si media i dati su un periodo lunghissimo. Ma in questo modo si scartano quelli degli ultimi anni, in cui appunto la CO2 sale e l'AA scende
  


• Se medio su tempi lunghissimi ho pochi dati (un secolo campionato ogni 22 anni fa circa 5 punti buoni). Con pochi punti un accordo si ottiene più facilmente


• Devo confrontare le due ipotesi. La bontà di una correlazione da sola dice poco. Meglio se faccio un fit con le due ipotesi, e mi faccio dire dai dati il peso relativo delle due componenti.

Ultima nota: l'attività solare spiega benissimo come mai ultimamente la temperatura non sia cresciuta. Il che significa che se l'attività solare non contasse, le temperature sarebbero un decimo di grado più calde di quanto siano ora.

Qualche riferimento:
[1] A. D. Erlykin, T. Sloan, A. W. Wolfendale: "Solar activity and the mean global temperature" Environmental Research Letters (2009)
[2] K. Georgieva, C. Bianchi, B. Kirov; "Once again about global warming and solar activity", Mem. SAIt 76, 969 (2005)