Il clima è ciò che ti aspetti, il tempo è quello che trovi: dadi, carte e probabilità

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  • 1. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 Il clima è ciò che ti aspetti, il tempo è quello che trovi: dadi, carte e probabilità. Tempo e clima Che differenza c’è fra tempo atmosferico e clima? In molte occasioni questi due termini vengono usati in maniera indifferente: si parla di clima che cambia e di tempo che cambia, di tempo rovente e di clima torrido… Ma il tempo e il clima sono davvero la stessa cosa? Beh non è proprio così, il tempo e il clima sono due cose ben distinte, anche se la differenza è forse più sottile di quanto si possa pensare. Nei più grandi centri di ricerca sul clima e divulgazione scientifica del mondo è stata coniata la seguente definizione: “Climate is what you expect, weather is what you get” che tradotta in italiano suona così: Il clima è ciò che ti aspetti, il tempo è quello trovi. Cosa significa esattamente? Immaginate di dover fare un viaggio in un paese che non conoscete. Prima di preparare il bagaglio vi informerete sulle condizioni meteorologiche tipiche della vostra meta in quel periodo dell’anno; ovvero la temperatura media, la piovosità, la possibilità di avere bruschi cambiamenti di tempo. In base a queste informazioni vi farete un’idea di ciò che vi “aspetta” e vi preparerete di conseguenza. All’arrivo verificherete se ciò che vi aspettate (il clima) corrisponde a ciò che trovate (il tempo). Poiché il clima rappresenta una condizione tipica di una regione in un certo periodo dell’anno, mentre il tempo rappresenta lo stato dell’atmosfera un certo giorno a una certa ora, molto probabilmente non vi sarà sempre una totale corrispondenza fra ciò che si aspetta e ciò che si trova. Se per esempio la meta del vostro viaggio è l’Inghilterra in autunno, porterete con voi un ombrello perché avrete letto che l’autunno inglese è molto piovoso. Se al vostro arrivo trovate una bella giornata di sole, cosa pensate? “Il clima inglese è cambiato!” oppure “Che fortuna, abbiamo trovato il sole!”? Credo che la maggior parte di voi opterà per la seconda opzione… Trovare sole quando ci si aspetta pioggia, oppure caldo invece che freddo (e viceversa) non significa necessariamente che il clima di quella regione in quella stagione è cambiato, l’anomalia di 1
  • 2. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 un giorno o di alcuni giorni non rappresenta un’anomalia climatica. Ma allora, quand`è che il tempo diventa clima? Ritorniamo al nostro viaggio in Inghilterra e immaginiamo questa volta che, invece di un viaggio saltuario, il nostro sia un viaggio che compiamo, sempre in autunno, tutti gli anni. Ogni anno mettiamo nella nostra valigia un ombrello e un impermeabile perché sappiamo che in autunno piove spesso. Ebbene, abbiamo notato che da un po’di tempo a questa parte quell’ombrello e quell’impermeabile non li usiamo quasi mai, tanto che siamo tentati di non portarli più con noi al prossimo viaggio, anzi siamo anche tentati di scrivere all’editore della nostra guida di viaggio perché aggiorni i suoi dati sul numero di giorni di sole e di pioggia durante l’autunno inglese. Forse il tempo sta diventando clima.. Possiamo prevedere in anticipo il tempo e il clima? Se qualche volta vi è capitato di ascoltare o leggere le previsioni del tempo avrete senz’altro notato che: 1) non sono sempre molto accurate (e di tanto in tanto possono perfino essere sbagliate); 2) non vengono mai fatte con più di qualche giorno (al massimo una settimana) di anticipo. Perché non è possibile fare previsioni del tempo “perfette”? Perché non si possono fare previsioni del tempo con più di qualche giorno di anticipo? Beh, la natura qualche volta è molto complicata. Il tempo meteorologico in particolare è “caotico”, ovvero è talmente complesso che bastano piccoli cambiamenti in una situazione per avere risultati molto diversi. Piccole variazioni nei moti dell’atmosfera adesso possono avere grandi conseguenze sul tempo futuro. E quando diciamo “piccole variazioni”, intendiamo davvero piccole. Il più famoso fisico meteorologo del mondo, Edward Lorenz, una volta arrivò a chiedere se il battito d’ali di una farfalla in Brasile poteva scatenare un tornado nel Texas. Da allora, per indicare la sensibilità delle previsioni rispetto a variazioni infinitesime, si parla di Effetto Farfalla. Perciò, a meno di non conoscere esattamente come si sta muovendo l’atmosfera in un certo istante (conoscere perfettamente ogni più piccolo e minimo movimento… fino alla scala del battito d’ali di una farfalla), non vi è alcuna speranza di poter prevedere il tempo che ci sarà fra un mese, una stagione, un anno. Ovviamente, poiché risulta pressoché impossibile conoscere lo stato dell’atmosfera con una tale esattezza, le previsioni vengono fatte solo con qualche giorno di anticipo cercando di tenere in considerazione tutti i possibili fenomeni che possono accadere a partire da ciò che sappiamo. Naturalmente tali previsioni saranno sempre, più o meno, “imperfette” (non è possibile tenere in considerazione ogni volta proprio tutto). 2
  • 3. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 Ma allora, se non possiamo prevedere il tempo al di là di pochi giorni di anticipo, cosa possiamo dire del clima del futuro? Perché gli scienziati si preoccupano di fare le previsioni di come sarà il clima alla fine di questo secolo, non è forse una cosa completamente priva di senso? Apparentemente sembrerebbe di sì… se non fosse che queste previsioni “climatiche” sono un po’diverse dalle previsioni che abbiamo appena descritto…. Si tratta di previsioni probabilistiche. Ovvero non si cerca di prevedere il tempo che farà per esempio il 28 febbraio del 2050 (non si può, sarebbe sciocco provarci; e se qualcuno lo stesso ci provasse e magari facesse anche centro sarebbe solo per caso, un colpo di fortuna..). Si cerca di prevedere se un inverno tipico (“medio”) degli anni ‘50 di questo secolo sarà più o meno piovoso, più o meno caldo, di un inverno tipico (“medio”) degli anni ‘50 del secolo scorso. In altre parole si cerca di prevedere come cambia la probabilità che in un certo luogo, in una certa stagione ci sia più o meno pioggia, più o meno sole, più o meno caldo, più o meno freddo. La differenza fra una previsione probabilistica e una previsione del primo tipo è la stessa che c’è fra la previsione del risultato del lancio di un dado (ci si prende per caso) e la previsione di quale sarà la media di tutti i lanci dopo che abbiamo tirato il dado 100 volte… quale sarà la media? Indovinate… Che cosa serve per l’esperimento • mazzi di carte da poker con il dorso rosso e blu • dadi “buoni” • dadi “truccati” (per esempio con 5 al posto di 1 e 4 al posto di 2) Come si procede? • Mescolare le carte rosse e blu. Il mazzo conterrà alcune carte rosse in più del numero delle blu. • Dividere i ragazzi in gruppi, che si possono immaginare come "climatologi" in missione presso le diverse zone climatiche 3
  • 4. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 del pianeta, dai Poli all'Equatore, per misurare la temperatura media annua di ogni zona. • Ogni gruppo estrae a caso una sequenza di 3 carte. Se prevale il blu (2-1 o 3-0) per quel dato anno si registra in quella zona una temperatura "un po' più fredda" della media climatica (all'opposto per il caso "rosso"). Ripetere la sequenza per otto volte (serie di otto anni). • Utilizzare una mappa planetaria e bollini rossi e blu per realizzare un display dei risultati. • Che cosa si osserva? • Lanciamo almeno 100 volte i dadi (divisi per gruppi, ciascuno dei quali può realizzare la propria tabella di frequenza) e scriviamo i risultati dei lanci in una tabella di frequenza delle uscite da 2 a 12 (nella figura, istogramma su un totale di 100 lanci) • Ripetere l’esperimento con i dadi “truccati” • Che cosa si osserva? Che cosa si osserva? Nel primo esperimento si osservano le frequenze delle fluttuazioni casuali della temperatura attorno al valore medio climatico, sia nel tempo (8 anni, colonne) che nello spazio (nella figura, 6 righe da Nord a Sud). Possiamo osservare zone dove prevale un segno (caldo o freddo) e/o anni dove prevale un segno. Globalmente, prevale un segno ? E' sufficiente per dedurre se nel mazzo di carte c'era un colore prevalente ? 4
  • 5. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 Nel secondo esperimento, il primo istogramma (lanci con dadi buoni) ci mostra quante volte sono usciti i numeri. Si nota che Il 7 è molto più probabile del 12 (o del 2) perché possiamo ottenere 7 in più modi (4+3, 5+2, 6+1).. Partiamo dal numero uscito più volte (7 nella figura), contiamo quante volte è uscito (22) e diciamo che nella nostra città c’è una probabilità di 22/100 di avere la temperatura corrispondente al No. 7. Se contiamo poi quante sono le uscite cumulative del 5, 6, 7, 8 e 9 (dai valori nella figura: 11+14+22+9+10=66) e diciamo che nella nostra città vi è una probabilità di 66/100 di avere una temperatura fra quella corrispondente a 6 e quella corrispondente a 9. Dal secondo istogramma (lanci con i dadi truccati) possiamo vedere come cambiano le uscite dei lanci e quindi la probabilità di avere la temperatura compresa nell’intervallo precedente (5-9). Ma cosa c'entra tutto questo col clima? Spiegazione I climatologi devono arguire da osservazioni come quelle riprodotte col mazzo di carte se il sistema climatico è in equilibrio oppure no. Quello che non possono proprio fare, e' una analisi diretta del complesso sistema climatico, che nel nostro caso è il mazzo di carte nel suo insieme (ogni singola carta invece vuole rappresentare, quando estratta, l'accadimento "casuale" del tempo atmosferico, ogni giorno un po' diverso dal tempo atteso -clima del luogo-). Invece noi possiamo verificare il numero delle carte rosse e delle carte blu del mazzo e vedere se, e in che modo, è coerente con quanto "avvenuto" negli otto anni dell'esperimento. Nella analogia/modello del secondo esperimento, il risultato di un lancio dei dadi è il tempo, l’istogramma risultato dopo molti lanci è il clima. Come si è detto non è possibile prevedere il tempo (il risultato di un lancio) con certezza, è però possibile prevedere il clima (quale sarà la media e come sarà fatto l’istogramma dopo molti lanci). Un cambiamento climatico è analogo a una coppia di dadi truccati. Non 5
  • 6. Progetto PEDAL: a cura di Marco Cervino e Susanna Corti Ottobre 2006 possiamo stabilire se due dadi sono truccati (a meno che non li abbiamo truccati noi..) se non dopo aver eseguito un certo numero di lanci, cioè se non dopo aver costruito l’istogramma dei dadi truccati e averlo confrontato con quello dei dadi buoni. Allo stesso modo per il clima, non possiamo stabilire se esso sia stato “truccato” se non dopo aver osservato il susseguirsi di “molte” stagioni. Problema: guardando questa classifica degli anni più caldi, è possibile concludere che il clima sta cambiando? Il mondo si sta scaldando ? 6