C3S e la criosfera: come i satelliti ci aiutano a monitorare l’evoluzione del ghiaccio terrestre

La criosfera è un componente fondamentale del sistema Terra, con un ruolo determinante nella regolazione del clima globale, nel bilancio energetico planetario e nella disponibilità di risorse idriche.

Grazie ai progressi nell’osservazione satellitare, programmi come il Copernicus Climate Change Service (C3S) monitorano con continuità i cambiamenti di ghiaccio e neve, fornendo dati essenziali per comprendere l’impatto dei cambiamenti climatici, supportare modelli previsionali e informare le politiche energetiche e climatiche a livello globale.

Che cos’è la criosfera e perché è centrale nel sistema climatico globale

La criosfera comprende tutte le componenti della Terra in cui l’acqua è presente in forma solida: ghiacciai, calotte glaciali, ghiaccio marino, permafrost e copertura nevosa stagionale. Questi elementi, pur essendo geograficamente confinati alle regioni fredde del pianeta, esercitano un’influenza climatica globale ben oltre le latitudini in cui sono situati.

Il meccanismo di regolazione climatica della criosfera si basa su principi fisici ben definiti:

• Albedo elevato: la superficie dei ghiacci riflette una frazione significativa della radiazione solare incidente, contribuendo a mantenere l’equilibrio energetico terrestre e contrastando l’aumento delle temperature globali.
• Stoccaggio di acqua dolce: ghiacciai e calotte glaciali immagazzinano grandi volumi di acqua dolce. Il loro scioglimento modifica direttamente il livello medio del mare, con effetti sulla stabilità delle coste e sugli ecosistemi marini e terrestri.
• Permafrost e gas serra: il permafrost intrappola grandi quantità di materiale organico. Il suo riscaldamento rilascia carbonio sotto forma di CO₂ e metano, aggravando il riscaldamento climatico.
• Ecosistemi unici: molte specie animali e vegetali hanno evoluto adattamenti specializzati per vivere in condizioni estreme, rendendo la criosfera un laboratorio naturale per lo studio della biologia d’alta quota o ad alta latitudine.

In termini energetici e climatici, la criosfera agisce quindi sia come regolatore del clima sia come indicatore sensibile dei cambiamenti in corso.

Perché monitorare la criosfera: variabili critiche e rischi connessi

Il cambiamento climatico sta modificando profondamente gli equilibri della criosfera. Tra gli effetti più documentati e preoccupanti:

• Riduzione del ghiaccio marino artico, con potenziali impatti sulle correnti oceaniche e sulle condizioni meteorologiche a scala emisferica.
• Ritiro generalizzato dei ghiacciai, che influisce sulle risorse idriche stagionali di molte regioni del pianeta, comprese aree densamente popolate.
• Perdita di massa delle calotte glaciali terrestri, come quelle di Groenlandia e Antartide, con contributi significativi all’innalzamento dei livelli marini.
• Degassificazione del permafrost, che alimenta un circolo vizioso di emissioni di gas serra e riscaldamento.

Questi fenomeni non sono meri aspetti di interesse accademico: essi si riflettono in fenomeni con impatti economici, sociali ed energetici reali, come la gestione delle risorse idriche, la sicurezza delle infrastrutture costiere o la programmazione di impianti idroelettrici o rinnovabili in regioni di alta latitudine.

Il ruolo di C3S nel monitoraggio della criosfera

Il Copernicus Climate Change Service (C3S), implementato dal European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) per conto della Commissione europea, è un programma essenziale per la produzione di dati climatici affidabili e coerenti nel tempo. In particolare, i prodotti Essential Climate Variables (ECV) relativi alla criosfera consentono di osservare e quantificare i cambiamenti in atto attraverso:

• Sensori ottici e radar, per misurare aree di copertura nevosa, estensione e spessore del ghiaccio marino e profili superficiali dei ghiacciai.
• Altimetri satellitari, che misurano variazioni di elevazione della superficie glaciale con precisione centimetrica.
• Missioni satellitari gravitazionali, che osservano variazioni di massa sui grandi sistemi glaciali, come le calotte di Groenlandia e Antartide.

Questi dati vengono elaborati e resi disponibili attraverso il Climate Data Store (CDS), una piattaforma aperta e accessibile che consente a ricercatori, decisori politici, gestori di infrastrutture energetiche e altri stakeholder di analizzare trend climatici su scala temporale e spaziale.

Come funzionano le osservazioni satellitari della criosfera

Osservare la criosfera da satellite richiede l’integrazione di diverse tecnologie di osservazione remota:

• Sensori ottici: catturano immagini ad alta risoluzione della superficie terrestre, utili per distinguere neve, ghiaccio e acqua.
• Sensori radar: penetrano le nuvole e funzionano anche in assenza di luce solare, perfetti per monitorare regioni polari durante i mesi invernali.
• Altimetri: misurano la distanza tra il satellite e la superficie terrestre, permettendo di calcolare variazioni di quota della superficie glaciale nel tempo.
• Rilevatori gravitazionali: missioni come GRACE e GRACE-FO misurano variazioni del campo gravitazionale terrestre, correlate alla redistribuzione di massa (ad esempio nel caso di scioglimento dei ghiacci).

L’integrazione di queste osservazioni consente di derivare misure affidabili e confrontabili nel tempo, essenziali per studi climatici e scenari di cambiamento.

Trend osservati nella criosfera: dati decennali confermano un chiaro andamento di declino

L’analisi dei dataset multi-decennali mostra un quadro coerente e allarmante:

• le serie di dati su neve, ghiaccio marino e ghiacciai coprono oltre quattro decenni;
• le serie di dati sulle calotte glaciali terrestri sono disponibili da oltre trent’anni;
• il trend generale è inequivocabilmente di riduzione estensiva della criosfera, associata all’aumento delle temperature globali.

Una delle applicazioni più diffuse dei dati satellitari riguarda il monitoraggio dell’Ice Sheet della Groenlandia, la seconda massa glaciale più estesa al mondo dopo l’Antartide.

L’esempio dell’Ice Sheet della Groenlandia

Il ghiacciaio della Groenlandia copre circa l’80% della superficie dell’isola e rappresenta un importante contributore all’innalzamento del livello medio del mare. Differenze chiave rispetto alle calotte antartiche includono:

• Maggiore tasso di perdita di massa dovuto a temperature medie più elevate e interazione con l’oceano;
• Combinazione di processi di massa: scioglimento superficiale e scorrimento/frammentazione all’interfaccia ghiaccio-oceano;
• Contributo significativo all’innalzamento del livello del mare, stimato in centinaia di miliardi di tonnellate di ghiaccio perso ogni anno.

Tra il 2002 e il 2024, la perdita media annua di ghiaccio si è attestata intorno a 252 ± 14 gigatonnellate, equivalente a un cubo di ghiaccio di circa 6,5 km di lato. Questa massa perde massa sia attraverso lo scioglimento atmosferico sia attraverso l’ice discharge verso l’oceano.

L’integrazione dei dati satellitari con modelli e reanalisi meteorologiche

Osservazioni satellitari come quelle descritte sono fondamentali, ma non sufficienti da sole per comprendere appieno i processi alla base della criosfera. Per questo motivo, servizi come C3S integrano le osservazioni con reanalisi meteorologiche come:

• ERA5, una reanalisi globale ad alta risoluzione delle condizioni atmosferiche passate;
• CARRA (Copernicus Arctic Regional Reanalysis), specifica per il clima artico.

Queste reanalisi forniscono variabili meteorologiche essenziali (temperatura dell’aria, precipitazioni, radiazione solare) che, combinate con i dati satellitari ECV, consentono una visione completa e coerente dell’evoluzione della criosfera.

Applicazioni dei dati sulla criosfera nel contesto energetico

I dati sulla criosfera hanno ricadute significative anche nell’ambito dell’energia e della pianificazione energetica sostenibile. Tra le principali applicazioni:

• Valutazione delle risorse idriche in bacini alimentati da scioglimento glaciale, critici per la generazione idroelettrica;
• Pianificazione di infrastrutture costiere e impianti offshore, considerando l’innalzamento del livello del mare;
• Calibrazione dei modelli climatici integrati usati per simulazioni di lungo periodo;
• Supporto alle politiche energetiche nazionali e internazionali con dati aggiornati sulla dinamica dei ghiacci.

La criosfera come indicatore di cambiamento climatico: limiti e prospettive future

La criosfera resta uno degli elementi più difficili da rappresentare nei modelli climatici a causa delle complesse interazioni tra atmosfera, oceano e ghiaccio. Osservazioni satellitari continue sono quindi indispensabili per:

• sostenere la ricerca scientifica di base;
• fornire indicatori utilizzabili nei modelli previsionali;
• informare decisioni politiche;
• supportare la transizione energetica in un contesto di cambiamento climatico accelerato.

L’importanza di osservazioni coerenti e continuative della criosfera

Il monitoraggio della criosfera mediante osservazioni satellitari rappresenta uno dei pilastri della scienza climatica moderna. Programmi come C3S forniscono dati coerenti nel tempo e utilizzabili per:

• quantificare i trend di perdita di ghiaccio;
• contestualizzare i cambiamenti nelle dinamiche climatiche;
• supportare modelli climatici con dati empirici;
• informare politiche pubbliche e strategie di adattamento;
• sostenere la pianificazione di infrastrutture energetiche in un mondo in cambiamento.