Frontiers in Earth Science

Come materia di studio, le scienze dell’atmosfera comprendono tutti i processi che avvengono nell’atmosfera, insieme ai suoi collegamenti con altri sistemi, principalmente l’idrosfera, la criosfera, la litosfera, la biosfera e lo spazio esterno. Come tale è una disciplina estesa e il compito di descrivere le sfide principali non è facile, e comporta un buon grado di sovrapposizione con alcune delle altre grandi sfide nelle scienze della terra e dell’ambiente. Poiché una speciale sovrapposizione potrebbe verificarsi con le scienze del clima, vale la pena ricordare che i processi atmosferici differiscono da quelli climatici nella scala temporale, essendo questi ultimi quelli che si verificano su lunghi periodi, tipicamente superiori ai 30 anni, ma in ogni caso abbastanza lunghi da produrre medie significative. I processi atmosferici sono centrali per configurare lo stato del clima ma anche per molti dei forzanti e dei feedback che determinano l’ampiezza del cambiamento climatico e i suoi possibili impatti. Inoltre, ci sono stati progressi impressionanti di recente nelle scienze atmosferiche in termini di benefici forniti agli individui e alle organizzazioni. Il flusso di “informazioni” atmosferiche è di notevole importanza nelle decisioni relative a salute, agricoltura, energia, potere e ambiente. Questo articolo sulle “Grandi Sfide” si concentra sull’atmosfera, anche se la forte interazione con altre parti della terra e del suo ambiente, insieme alle implicazioni sociali coinvolte, è un tema comune a tutte le sfide descritte.

Nei prossimi anni, il progresso nelle scienze atmosferiche è essenziale per migliorare la comprensione dei processi di base e la loro modellazione; questo richiederà veri progressi negli approcci osservativi, concettuali e tecnologici. Per questo motivo la seguente lista non esaustiva di 12 sfide selezionate include quelle relative alle osservazioni e all’assimilazione dei dati, quelle coperte all’interno delle discipline tradizionali (fisica e chimica dell’atmosfera, dinamica atmosferica e previsioni meteorologiche), quelle che riguardano le interazioni tra l’atmosfera e i suoi confini, e quelle relative alla componente atmosferica degli studi sul clima.

Sfida 1: Assimilazione dei dati

Le sfide in termini di assimilazione dei dati per l’osservazione della terra nei prossimi anni riguardano aspetti tecnici e tematici generali, così come la capacità di sfruttare nuove ed eccitanti opportunità nei sistemi di osservazione della terra. I benefici derivanti dall’affrontare queste sfide includeranno probabilmente miglioramenti alle rianalisi, miglioramenti alle previsioni meteorologiche, un sistema di osservazione migliorato e una base migliore su cui costruire gli elementi dei modelli climatici. Tra le sfide tecniche, cinque aree sono le più significative: (1) l’assimilazione di dati accoppiati per rendere conto dei collegamenti tra i diversi elementi del sistema terrestre; gli esempi includono l’accoppiamento dell’atmosfera e dell’oceano, dell’oceano e della criosfera, e dell’atmosfera e della terra; (2) l’assimilazione di dati di insieme per rendere conto della variabilità naturale e/o per rappresentare gli errori nel sistema terrestre – qui, lo sforzo tecnico si concentrerà sulla progettazione di insiemi realistici; (3) esecuzione dell’assimilazione dei dati a risoluzioni spaziali maggiori, rappresentando il sistema terrestre a scale più fini (mesoscala e più fini), compresi gli sviluppi teorici per rendere conto dei cambiamenti nelle condizioni di equilibrio; (4) migliore rappresentazione degli errori (casuali e bias) nelle osservazioni e nei modelli usati nell’assimilazione dei dati, compresa la rappresentazione degli errori di previsione, gli errori del modello e la correzione bias online; (5) estensione e consolidamento della stima congiunta dello stato e dell’approccio di modellazione inversa per studiare i cicli biogeochimici (es.g., il ciclo del carbonio). La sfida principale qui è il consolidamento e l’integrazione degli sforzi comunitari di assimilazione dei dati delle agenzie meteorologiche e spaziali, delle attività di ricerca e operative, e delle piattaforme di osservazione in situ e satellitari, comprese tutte le collaborazioni continentali e globali, e l’applicazione efficace di questi sforzi verso lo sviluppo di nuove missioni di osservazione della terra.

Sfida 2: Processi su piccola scala nell’atmosfera

Sono evidenti diverse sfide in termini di comprensione fondamentale dei processi su piccola scala e delle relative applicazioni, molte delle quali sono attualmente oggetto di dibattito e studio. In primo luogo, l’aumento della potenza di calcolo permette la simulazione più dettagliata dei problemi di meccanica dei fluidi, quindi, anche i flussi stratificati in modo stabile sono ora modellati dalla simulazione numerica diretta. Allo stesso tempo, queste tecniche di calcolo avanzate richiedono anche una nuova generazione di schemi di parametrizzazione per la previsione numerica del tempo (NWP) e la modellazione del clima. Ad alte risoluzioni, per esempio, le dinamiche complesse che si verificano nelle aree urbane non possono essere trascurate e sono necessari schemi NWP specifici per rappresentarle. A griglie più piccole, la cosiddetta zona grigia della turbolenza viene affrontata nella NWP, e l’impatto di questo deve essere compreso e quantificato. C’è un certo margine di miglioramento in termini di rappresentazione delle nuvole e del ciclo diurno della convezione profonda, e lo stesso vale anche per i processi fisici che governano gli strati limite stabili e il ciclo diurno, e la natura intermittente della turbolenza, soprattutto in condizioni di calma. Inoltre, risoluzioni più elevate richiedono anche tecniche più avanzate per consentire l’interpretazione delle osservazioni effettuate. Nella meteorologia dello strato limite, la chiusura del bilancio energetico superficiale e del bilancio termico nelle osservazioni sul campo richiede ulteriore attenzione. Infine, anche le sfide dei dati che la meteorologia dovrà affrontare aumenteranno, in particolare a causa della maggiore disponibilità di osservazioni sia professionali che crowd-sourced (Muller et al., 2013).

Sfida 3: Chimica dell’inquinamento atmosferico

Le componenti chiave di un programma per affrontare le sfide più importanti per i ricercatori nella chimica dell’inquinamento atmosferico possono essere descritte sotto i seguenti tre titoli: (1) Inquinamento interno e salute: data la tendenza delle persone a rimanere in gran parte al chiuso per lavoro, scuola e tempo libero, è importante studiare l’impatto dell’inquinamento interno sulla salute umana come risultato delle emissioni interne e/o dell’infiltrazione dell’aria ambiente esterna. Negli ultimi anni i processi che regolano la qualità dell’aria interna sono cambiati notevolmente come risultato delle modifiche ai regolamenti edilizi con l’obiettivo di una migliore efficienza energetica. Ci sono ancora notevoli incognite in relazione alle fonti, ai composti e ai processi che influenzano la qualità dell’aria interna e il suo impatto sul benessere umano. (2) Polvere e qualità dell’aria: con i continui miglioramenti nelle caratteristiche delle emissioni dei veicoli, gli effetti dell’inquinamento da aerosol nelle aree urbane possono ora essere sempre più ricondotti ad altre fonti di emissioni, come il trasporto di polvere naturale e la risospensione della polvere stradale, soprattutto nelle aree dell’Europa meridionale con climi più secchi nelle aree interessate dal trasporto di polvere dai deserti del Nord Africa. La comprensione di questi impatti e l’applicazione di misure di mitigazione (per la risospensione della polvere stradale) sono entrambe aree di ricerca futura. (3) La combustione di biomassa: con il cambiamento climatico e le preoccupazioni per l’impatto e il costo dei combustibili fossili, la combustione di biomassa è ora comunemente usata per il riscaldamento domestico in Europa. In molte aree urbane, principalmente in inverno, la biomassa domestica è stata trovata essere una fonte importante di inquinamento atmosferico da particolato. Attualmente si sta ponendo una certa enfasi sulla valutazione dell’impatto della combustione della biomassa in termini di qualità dell’aria urbana, nonché sullo studio delle caratteristiche di emissione delle attrezzature e degli impianti di combustione della biomassa, così come sull’impatto della composizione delle particelle bruciate dalla biomassa sulla salute umana.

Sfida 4: Interazioni tra aerosol e nuvole

Non c’è dubbio che le particelle di aerosol sono attivamente coinvolte nella formazione delle nuvole attraverso la fornitura di nuclei di condensazione delle nuvole (CCN) e nuclei di ghiaccio (IN). È stato suggerito che i cambiamenti nelle concentrazioni di aerosol altereranno la durata di vita delle nuvole e l’efficienza delle precipitazioni, e quindi influiranno sul forcing radiativo del sistema terrestre. Grandi sforzi sono stati dedicati a questo argomento, con conseguenti rapidi sviluppi in termini di conoscenze, metodologie e tecniche (ad esempio, Wang, 2013). Nonostante questi progressi, è ancora difficile trarre conclusioni significative sugli effetti climatologici degli aerosol a scala regionale e globale. Al contrario, le interazioni aerosol-nuvola su scala molecolare e microfisica sono diventate sempre più prevedibili e la loro modellazione più deterministica. Sembra esserci un divario significativo nella nostra conoscenza tra i processi su piccola scala (molecolare e microfisica) e gli eventi su larga scala (regionale/globale) in questo settore. Suggeriamo che rimane la necessità di sintetizzare i risultati multi-scala per identificare chiaramente i problemi coinvolti e migliorare l’attuale serie di strumenti e metodologie necessarie per colmare il divario.

Sfida 5: Previsione del tempo

I fenomeni descritti dai fluidi sono complessi, tuttavia, l’aspetto delle leggi del moto dei fluidi è ingannevolmente semplice, le equazioni che governano queste leggi sono non lineari, ciò che implica molteplici (e difficili da capire) tipi di effetti di feedback. L’atmosfera e l’evoluzione temporale del suo stato non sono esenti da questo problema. In ogni caso, uno dei fiori all’occhiello del corpo di ricerca sulle scienze atmosferiche negli ultimi decenni è stato l’istituzione di previsioni affidabili nell’intervallo 2-7 giorni, in vista degli enormi benefici economici potenziali; tuttavia, tali tecniche soffrono ancora di problemi derivati dalla raccolta e dall’utilizzo dei dati, che sono per lo più raccolti sugli oceani. L’uso di nuovi dati dai satelliti e dal telerilevamento a terra potrebbe aiutare in questo senso, così come la corretta manutenzione dei set di dati tradizionali, come la rete globale di rawinsonde, ormai un po’ superata. Anche i miglioramenti nelle misurazioni del vapore acqueo e delle proprietà della superficie terrestre sono prioritari. Le sfide fisiche continuano ad essere le stesse di quando furono definite più di un decennio fa (National Research Council, 1998), vale a dire: una migliore comprensione della natura dell’interazione tra i processi atmosferici e quelli della superficie terrestre, il ciclo idrologico, la dinamica della convezione profonda, il ruolo della tropopausa nella dinamica atmosferica, un nuovo slancio nello sviluppo di modelli a mesoscala e un miglioramento delle parametrizzazioni usate nei modelli di tempo e clima basati sulle onde. Un esempio dell’importanza di questi miglioramenti è la resistenza delle onde gravitazionali orografiche, la cui parametrizzazione nei modelli di previsione del tempo e del clima deve essere aggiornata data l’importanza di alcuni effetti dimostratisi importanti nelle ricerche recenti. Tra questi c’è l’impatto del taglio del vento sia sulla resistenza superficiale che sul flusso di quantità di moto dell’onda (e la sua dissipazione), e la resistenza prodotta dalle onde lee intrappolate, la cui energia si propaga, e viene dissipata, a valle della loro sorgente piuttosto che verso l’alto. Le implicazioni di queste onde gravitazionali orografiche per la clear-air-turbulence (CAT), un pericolo molto serio per l’aviazione, non sono state quantificate in modo soddisfacente. La maggior parte dei metodi di previsione CAT usano predittori empirici non esplicitamente legati alle onde gravitazionali, ma è ben noto che lo shear direzionale (che è onnipresente in natura) porta alla rottura delle onde gravitazionali, che può essere una fonte importante di CAT. L’intrappolamento delle onde gravitazionali sottovento alle montagne o alle colline porta alla formazione di circolazioni instabili, turbolente e chiuse note come rotori, che sono anche un serio pericolo per l’aviazione. La nostra comprensione delle condizioni necessarie per l’insorgenza di queste strutture di flusso è incompleta, e senza dubbio beneficerà dei recenti progressi nella teoria delle onde di montagna.

Sfida 6: Telerilevamento per la meteorologia e il clima

Il telerilevamento terrestre e satellitare ha fornito importanti progressi nella nostra comprensione dei sistemi meteorologici e climatici, così come dei loro cambiamenti (Yang et al., 2013), permettendo la quantificazione dei processi e degli stati spazio-temporali dell’atmosfera, della terra e degli oceani. L’uso intensivo di immagini satellitari in meteorologia, e i modelli spaziali dell’innalzamento del livello del mare, forniscono buoni esempi di questo. La durata delle serie temporali in questione è di solito troppo breve per permettere il loro utilizzo per catturare le tendenze a lungo termine di molte variabili climatiche, quindi una sfida importante è quella di estendere la durata di queste serie temporali. Il telerilevamento dei cicli regionali e globali delle nuvole e delle precipitazioni è anche necessario per il monitoraggio del clima e la verifica dei risultati dei modelli. Ci sono due sfide notevoli nella fisica atmosferica; la prima è quella di progettare studi innovativi incentrati sulla microfisica delle nuvole e la relazione con la fisica delle scariche dei fulmini, insieme a tutti gli aspetti relativi all’osservazione e alla misurazione dell’elettricità atmosferica, e la seconda è quella di sviluppare nuovi studi radiometrici e radar passivi per aiutarci a capire la struttura delle nuvole e delle precipitazioni con particolare attenzione ai processi di pioggia calda tropicale, alle precipitazioni leggere alle medie latitudini, alle nevicate, al contenuto di acqua liquida e di ghiaccio delle nuvole, all’acqua precipitabile e ai profili di vapore acqueo. Una sfida idrometeorologica è quella di estendere e migliorare le nostre osservazioni e la modellazione delle parti atmosferiche e continentali del ciclo dell’acqua per permetterne la chiusura (per esempio, aree montane, regioni polari).

Sfida 7: Il ramo atmosferico del ciclo idrologico

Tra le molte sfide legate al ciclo idrologico, quelle relative al trasporto atmosferico dell’umidità devono ricevere una menzione speciale a causa della loro esistenza interamente nel regno delle scienze atmosferiche. Qui consideriamo la più pressante delle sfide descritte nella recente revisione di Gimeno et al. (2012). La diagnosi delle fonti di umidità è diventata un importante strumento di ricerca nell’analisi degli eventi estremi (ad esempio, inondazioni, siccità), e può essere pensato come uno strumento di base per le valutazioni climatiche regionali e globali; è quindi necessario verificare la coerenza dei diversi approcci utilizzati per stabilire le relazioni fonte-sink per il vapore acqueo atmosferico. Di fondamentale importanza è il miglioramento della nostra comprensione di come le fonti di umidità influenzino gli isotopi delle precipitazioni; questo è importante di per sé, ma è anche cruciale per interpretare correttamente gli archivi paleoclimatici più importanti, comprese le carote di ghiaccio e i sedimenti delle grotte. Un’ulteriore sfida è la migliore comprensione del ruolo del trasporto di umidità come principale fattore responsabile degli estremi meteorologici (forti precipitazioni attraverso strutture come getti a basso livello e fiumi atmosferici, o siccità attraverso la prolungata diminuzione dell’apporto di vapore acqueo dalle regioni sorgenti di umidità). Per valutare se le regioni sorgenti di umidità sono rimaste stazionarie negli anni passati, è necessario comprendere gli effetti dei principali modi di variabilità del clima sulla variabilità delle regioni di umidità, e come avviene il trasporto di umidità in un clima che cambia. Queste domande irrisolte costituiscono una sfida sostanziale per gli scienziati del clima.

Sfida 8: Interazione delle scale nella simulazione del clima

L’interazione tra varie scale spaziali e temporali risulta in ciò che chiamiamo clima. (Lorenz 1967) fu tra i primi a sottolineare l’importanza delle interazioni di scala nello spiegare alcune delle caratteristiche chiave del clima osservate in varie regioni. Il carattere non lineare della maggior parte di queste interazioni di scala le ha rese difficili da modellare, e di conseguenza ciò costituisce ancora una fonte di incertezza nelle simulazioni climatiche. Alcuni metodi empirici sono stati proposti per ridimensionare l’output dei modelli climatici, ma questi sono ancora piuttosto controversi (Pielke e Wilby, 2011), in particolare quando vengono utilizzati per interpretare le proiezioni climatiche a lungo termine su scala regionale. L’uso di condizioni al contorno di un modello globale in cui sono previste interazioni accoppiate tra tutti i principali sottosistemi del sistema climatico (atmosfera, oceano, biosfera e criosfera) ha una serie di problemi come il mantenimento di errori climatici su larga scala nei modelli globali, la sua grande dipendenza dalle condizioni al contorno laterali o la mancanza di interazione bidirezionale tra i modelli regionali e globali. Il ruolo dei processi atmosferici su piccola scala, di solito in fenomeni di breve durata, risulta essere molto rilevante soprattutto nelle regioni tropicali, dove i sistemi convettivi su mesoscala interagiscono con le circolazioni su larga scala, e sono di cruciale importanza nel ciclo idrologico. Per esempio, i cicloni tropicali possono provocare anni molto umidi o secchi in alcune regioni, a seconda della loro attività e traiettoria. Questo elemento è piuttosto difficile da simulare nei modelli climatici, ma il suo contributo al clima regionale è indubbio e deve essere meglio compreso per poterlo incorporare nei sistemi di modellazione del clima.

Sfida 9: Eventi estremi

Negli ultimi anni gli effetti di diversi fenomeni meteorologici e climatici hanno guadagnato importanza agli occhi dei media e della popolazione in generale, in parte come conseguenza di eventi estremi come le ondate di calore in Europa (2003), Russia (2010) o Stati Uniti (2011), o gli uragani mortali ed estremamente costosi che hanno colpito aree densamente popolate negli ultimi anni, tra cui New Orleans (Katrina, 2005) e l’area metropolitana di New York (Sandy, 2012). Allo stesso modo, prolungati periodi di siccità hanno causato gravi problemi ai produttori di cereali, anche nell’Australia meridionale (2002-2010), o nel sud-ovest degli Stati Uniti, o attraverso l’aumento della probabilità di incendi boschivi (Amazzonia, 2005 e 2010). Alcuni di questi eventi estremi sono strettamente legati al verificarsi di modelli di circolazione vigorosi come l’Oscillazione Nord Atlantica (NAO), o al blocco e allo spostamento delle tracce delle tempeste e del jet stream. Per definizione, gli estremi sono rari in una serie temporale, c’è quindi una pressante necessità, legata all’analisi degli eventi estremi, di estendere il più possibile le serie climatiche, e per questo motivo le ricostruzioni del clima passato basate su dati strumentali, storici e proxy continuano ad essere indispensabili. Il recente rapporto dell’IPCC (IPCC, 2013) mostra che questo crescente interesse per gli eventi climatici estremi deve essere affrontato nel più ampio contesto del cambiamento climatico, dato che i cambiamenti attesi nei climi globali, regionali e anche locali saranno molto probabilmente avvertiti attraverso cambiamenti nella grandezza e nella frequenza degli eventi estremi.

Sfida 10: Influenza solare sul clima

È stato stimato che circa l’8% del recente cambiamento climatico globale può essere attribuito alla variabilità solare, ma questa cifra deve essere trattata con cautela dato che un certo numero di aspetti del forcing solare e i meccanismi che accoppiano la variabilità solare al sistema climatico terrestre rimangono poco compresi (Gray et al, 2010). Con la crescente complessità e sofisticazione dei modelli atmosferici e climatici, e la necessità di una maggiore accuratezza delle previsioni fatte, è importante poter includere un quadro più completo del forcing solare in questi modelli. Le fonti di forzatura solare possono essere divise in componenti guidate da radiazioni e da particelle. L’attenzione scientifica per il forcing radiativo si sta attualmente spostando dalle risposte globali a quelle regionali guidate dalle variazioni dell’irradianza spettrale solare (SSI). Rimane una serie di domande sulla natura delle variazioni della SSI, su come queste dovrebbero essere implementate nei modelli e su come cambieranno nei futuri cicli solari se il sole si allontanerà dal suo attuale massimo di attività solare verso un nuovo minimo. La componente guidata dalle particelle è ulteriormente suddivisa in effetti di precipitazione di particelle energetiche (EPP) e raggi cosmici (CR). L’effetto EPP influenza inizialmente la stratosfera superiore e la termosfera inferiore. Mentre gli effetti chimici dell’EPP sull’atmosfera sono ora ben compresi, c’è un urgente bisogno di capire ulteriori effetti dinamici, così come i potenziali meccanismi e le grandezze in termini di clima terrestre. La potenziale influenza dell’EPP sul clima è un’area di ricerca emergente, che sta assumendo un’importanza maggiore ora che i modelli climatici si stanno estendendo ad altitudini più elevate che sono più direttamente influenzate dall’EPP. L’EPP fornisce una delle vie di trasporto chiave dalla termosfera inferiore fino alla stratosfera e oltre, fino alla troposfera attraverso l’accoppiamento stratosfera-troposfera nelle regioni polari. L’effetto dell’EPP potrebbe anche diventare più pronunciato nel prossimo futuro, dato che il forcing radiativo diventa più influenzato da un passaggio a tipi di attività solare minima. La componente guidata dal CR è attualmente considerata la meno compresa tra le fonti del forcing solare, anche se sono in corso sforzi di ricerca internazionali dedicati per affrontare questa questione. Risultati recenti hanno suggerito che sebbene le CR possano stimolare la nucleazione dell’aerosol, in termini globali questi effetti non sono grandi, e rimangono domande sui meccanismi fisici che collegano le CR e la nucleazione dell’aerosol.

Sfida 11: Meteo e clima urbano

L’isola di calore urbano (UHI) è forse l’effetto più noto della presenza delle città sul microclima locale; la temperatura dell’aria in una città di notte può essere molto più alta (fino a 10°C o più) rispetto all’area circostante. Il clima urbano, un ramo emergente della meteorologia 20 anni fa, è ora un campo di ricerca maturo. Copre una gamma di argomenti, da studi teorici fondamentali a ricerche più applicate, avendo come obiettivo principale l’applicazione delle conoscenze climatiche per una migliore progettazione delle città di tutto il mondo. La micrometeorologia è sempre stata un’area centrale di interesse negli studi urbani a causa delle scale coinvolte. Gli strumentisti della climatologia urbana sono stati pionieri del continuo sviluppo della strumentazione e dell’analisi dei processi fin dagli anni ’70. I processi che portano alla formazione dell’UHI (per lo più di natura fisica a causa della forma 3D e dei materiali che compongono il tessuto urbano), sono emersi da questi primi studi. Oggi, una serie di sfide rimangono in relazione alla misurazione di questo strato limite urbano piuttosto complesso. Nuovi strumenti di telerilevamento a corto raggio sono utilizzati per ottenere una visione specialistica dei processi fisici coinvolti. Questi sviluppi strumentali continueranno inevitabilmente. Il clima urbano è stato affrontato dai modellisti atmosferici solo quando i modelli atmosferici hanno raggiunto una risoluzione sufficientemente alta (alcuni km) per poter rappresentare esplicitamente le città. I primi modelli che rappresentano gli scambi di energia e di acqua tra le superfici urbane e l’atmosfera sono apparsi all’inizio degli anni 2000 (vedi recensioni in Masson, 2006 e Martilli, 2007), e sono ora sempre più utilizzati nei modelli numerici di previsione meteorologica. I primi intercomparti internazionali di modelli urbani (Grimmond et al., 2010, 2011) hanno discusso alcuni mezzi evidenti di miglioramento, per esempio nella rappresentazione della vegetazione urbana. Inoltre, circa 15 anni dopo i modelli atmosferici, i modelli climatici regionali hanno ora risoluzioni spaziali compatibili con le scale urbane. Questo ovviamente presenta una nuova sfida nella corretta rappresentazione delle città nei modelli climatici. Allo stesso modo, gli studi di meteorologia urbana non possono limitarsi alla fisica o alla chimica, ma devono tenere conto del comportamento degli abitanti. Sebbene esistano già studi biometeorologici, soprattutto in termini di livelli di comfort umano, le interazioni tra il mondo meteorologico e quello sociale, sia in termini di comfort umano ma anche in termini di uso di energia dipendente dalla meteorologia, per esempio, costituiscono ancora una delle principali sfide per i meteorologi urbani.

Sfida 12: esaurimento dell’ozono e recupero

Anche se i minimi di concentrazione di ozono stratosferico sono ancora presenti in molte regioni, si cominciano a percepire segni di recupero. Nella stratosfera antartica la concentrazione di alocarburi ha raggiunto un picco intorno all’anno 2000 e poi ha cominciato a diminuire. Le proiezioni attuali suggeriscono che il recupero completo potrebbe avvenire intorno all’anno 2050. Ciò significa che una delle maggiori sfide è assicurare il monitoraggio continuo sia dell’ozono che dei gas che riducono l’ozono per garantire il recupero. I miglioramenti nella comprensione di base dei processi, e le loro simulazioni, sono particolarmente importanti nel contesto di un clima che cambia. Entrambe le direzioni devono essere simulate, cioè, come un clima che cambia influenzerà lo strato di ozono, e come il recupero dell’ozono influenzerà il tempo e il clima. I cosiddetti modelli climatico-chimici (CCM, Lamarque et al., 2013) sembrano essere di fondamentale importanza in questo caso.

La precedente lista di sfide per i prossimi anni nella ricerca sulle scienze atmosferiche si riferisce solo ad alcune delle domande irrisolte più urgenti e naturalmente rimane incompleta. Le sfide qui descritte non devono essere considerate come i probabili argomenti di ricerca principali di Frontiers in Atmospheric Science; qualsiasi lavoro interessante legato all’ombrello delle scienze atmosferiche dovrebbe trovare una sistemazione nella rivista.

Acknowledgments

Sostenuto in parte da MINECO (Spagna), progetto TRAMO e FEDER. Il team di Associated Editors di Frontiers in Atmospheric Science fornisce utili commenti.

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