Nonostante i notevoli progressi nella modellistica del sistema Terra, la capacità di prevedere con precisione le oscillazioni climatiche resta una delle principali sfide della scienza del clima. I modelli attuali, infatti, mostrano difficoltà nel rappresentare correttamente fenomeni che si sviluppano su scale temporali che vanno da poche settimane a diversi anni. Questo limite influisce sia sulle previsioni a lungo termine sia sulla comprensione di come tali fenomeni possano evolvere in risposta al cambiamento climatico. In particolare, la soglia delle due settimane rappresenta ancora oggi un confine critico per la prevedibilità atmosferica. Superare questo limite significherebbe migliorare sensibilmente la capacità di anticipare eventi climatici rilevanti, con implicazioni importanti per la gestione dei rischi e delle risorse. È proprio in questo contesto che si inserisce la lecture organizzata dal CMCC, con l’obiettivo di discutere approcci innovativi in grado di ampliare le attuali conoscenze.
Le oscillazioni climatiche: fenomeni complessi e multiscala
La variabilità climatica si manifesta attraverso diverse oscillazioni che operano su scale temporali differenti, come il fenomeno dell’El Niño-Southern Oscillation (ENSO) e la Madden-Julian Oscillation (MJO). Questi sistemi rappresentano esempi emblematici della complessità del clima terrestre, poiché coinvolgono interazioni tra oceano e atmosfera, dinamiche radiative e processi convettivi. L’ENSO, ad esempio, si sviluppa su scale stagionali o interannuali ed è legato a fenomeni come il riscaldamento delle acque superficiali del Pacifico e le variazioni nella circolazione atmosferica. Al contrario, la MJO agisce su scale più brevi, influenzando la convezione tropicale e i modelli di precipitazione. La diversità dei meccanismi fisici alla base di queste oscillazioni ha portato a una frammentazione degli studi, con comunità scientifiche diverse che analizzano fenomeni specifici. Tuttavia, questa separazione limita la possibilità di sviluppare un quadro teorico unificato, necessario per comprendere pienamente la variabilità climatica globale.
Un nuovo approccio: la termodinamica fuori equilibrio
La lecture vedrà come protagonista Jeffrey Weiss, professore presso l’Università del Colorado Boulder e Bassi Fellow del CMCC, che presenterà un approccio innovativo basato sulla termodinamica stocastica fuori equilibrio. Questo campo emergente offre strumenti teorici capaci di descrivere sistemi complessi caratterizzati da fluttuazioni e dinamiche non lineari, come appunto il clima. In particolare, Weiss illustrerà come i modelli lineari inversi (LIM), già utilizzati per analizzare dati climatici multivariati, possano essere reinterpretati alla luce di questi sviluppi teorici. Tale prospettiva consente di trattare le oscillazioni climatiche come processi stocastici governati da principi generali, analogamente a quanto avviene nella termodinamica dei gas per le collisioni molecolari. Questo cambio di paradigma potrebbe aprire nuove direzioni di ricerca, permettendo di collegare fenomeni apparentemente diversi attraverso un quadro concettuale comune e coerente.
Verso una teoria unificata della variabilità climatica
Uno degli obiettivi più ambiziosi di questo nuovo approccio è la costruzione di una teoria unificata delle oscillazioni climatiche, capace di integrare fenomeni che operano su scale diverse e con meccanismi fisici eterogenei. La termodinamica stocastica fuori equilibrio offre infatti un linguaggio comune per descrivere tali sistemi, superando le barriere tra le diverse sottodiscipline della climatologia. Questo potrebbe migliorare significativamente la capacità predittiva dei modelli e fornire nuove chiavi di lettura per interpretare i cambiamenti in atto nel sistema climatico. Inoltre, una migliore comprensione della variabilità climatica potrebbe avere ricadute concrete in ambiti come l’agricoltura, la gestione delle risorse idriche e la prevenzione dei disastri naturali. La lecture del CMCC rappresenta dunque un’importante occasione di confronto tra teoria e applicazione, con l’obiettivo di tracciare nuove rotte per la ricerca climatica del futuro.
Relatore: Jeffrey Weiss, professore presso il Dipartimento di Scienze dell’Atmosfera e dell’Oceano, Università del Colorado Boulder, USA
Discussant: Andrea Castelletti, CMCC
Moderator: Giovanni Liguori, CMCC
28 aprile 2026, ore 12:00 CET.
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