Perché i ricercatori sul clima rilevano la temperatura della neve di montagna

Poiché il cambiamento climatico alimenta un tempo sempre più irregolare, gli scienziati hanno bisogno di una migliore lettura della temperatura del manto nevoso per capire quando l’acqua raggiungerà i bacini e quando rischia di inondarli.

In una frizzante mattinata di inizio aprile, Dan McEvoy e Bjoern Bingham hanno tagliato linee pulite lungo un’ampia pista dell’Heavenly Ski Resort di South Lake Tahoe, poi si sono infilati sotto una linea di corda che delimitava una zona di neve intatta.

Si sono messi di traverso su un piccolo pendio, hanno superato una fila di pini Jeffrey e hanno lasciato cadere gli zaini.

La coppia di ricercatori climatici del Desert Research Institute (DRI) di Reno, Nevada, è scesa con gli sci in questo terreno di ricerca nel mezzo del resort per testare un nuovo modo di rilevare la temperatura del manto nevoso della Sierra Nevada. Erano equipaggiati con un dispositivo sperimentale a infrarossi in grado di effettuare letture mentre viene calato da un buco nella neve fino al suolo.

Il bacino ghiacciato della Sierra fornisce circa un terzo dell’acqua della California e la maggior parte di quella che esce dai rubinetti, dalle docce e dagli irrigatori delle città del Nevada nordoccidentale. Mentre si scioglie durante la primavera e l’estate, gli operatori delle dighe, le agenzie idriche e le comunità devono gestire il flusso di miliardi di galloni di acqua di dilavamento, immagazzinando abbastanza per superare gli inevitabili mesi estivi di siccità senza permettere ai serbatoi e ai canali di allagarsi.

La necessità di disporre di dati migliori sulla temperatura del manto nevoso è diventata sempre più cruciale per prevedere quando l’acqua scenderà dalle montagne, dato che il cambiamento climatico alimenta un clima più caldo, scioglie la neve più velocemente e determina rapide oscillazioni tra periodi molto umidi e periodi molto secchi.

In passato, raccogliere tali osservazioni del manto nevoso è stato un lavoro arduo. Ora, una nuova generazione di strumenti, tecniche e modelli promette di facilitare questo processo, di migliorare le previsioni idriche e di aiutare la California e altri Stati a gestire in modo sicuro una delle loro maggiori fonti di acqua di fronte a siccità e inondazioni sempre più gravi.

Gli osservatori, tuttavia, temono che tali progressi possano essere vanificati dai tagli dell’amministrazione Trump alle agenzie federali, compresa quella che supervisiona il monitoraggio del manto nevoso e il lavoro di rilevamento. Ciò potrebbe compromettere gli sforzi in corso per produrre dati e previsioni sull’acqua su cui le comunità occidentali fanno affidamento.

“Se non abbiamo queste misurazioni, è come guidare l’auto senza l’indicatore del carburante”, dice Larry O’Neill, climatologo dello Stato dell’Oregon. “Non sapremo quanta acqua c’è sulle montagne e se ce n’è abbastanza per superare l’estate”.

La nascita delle indagini sulla neve

Il programma di rilevamento della neve negli Stati Uniti è nato nei pressi del lago Tahoe, il più grande lago alpino del Nord America, intorno all’inizio del XX secolo.

Senza un modo affidabile per sapere quanta acqua sarebbe scesa dalla montagna ogni primavera, i proprietari di case e attività commerciali sul lago, temendo le inondazioni, imploravano i gestori della diga di rilasciare l’acqua all’inizio della primavera. Le comunità a valle e gli agricoltori si sono però opposti, chiedendo che la diga fosse usata per trattenere quanta più acqua possibile per evitare carenze nel corso dell’anno.

Nel 1908, James Church, professore di scienze classiche all’Università del Nevada, Reno, la cui passione per le escursioni in montagna ha scatenato l’interesse per la scienza della neve, ha inventato un dispositivo che ha contribuito a risolvere la cosiddetta guerra dell’acqua del lago Tahoe: il campionatore di neve di Mt. Rose, che prende il nome dalla cima di uno sperone della Sierra che si protende nel Nevada.

Si tratta di un dispositivo abbastanza semplice, con sezioni di tubo che si avvitano insieme, un’estremità affilata e tacche di misurazione lungo il lato. I rilevatori di neve misurano la profondità della neve immergendo il campionatore al suolo. Poi pesano il tubo pieno su una bilancia specializzata per calcolare il contenuto d’acqua della neve.

Church ha utilizzato il dispositivo per effettuare misurazioni in vari punti della catena e ha calibrato le sue previsioni sull’acqua confrontando le letture con i livelli crescenti e decrescenti del lago Tahoe.

Ha funzionato così bene che a metà degli anni Trenta gli Stati Uniti hanno avviato un programma federale di rilevamento della neve, che si è evoluto in quello portato avanti oggi dal Natural Resources Conservation Service (NRCS) del Dipartimento dell’Agricoltura. Durante tutto l’inverno, centinaia di rilevatori di neve in tutto l’Ovest americano si recano in luoghi prestabiliti con le racchette da neve, gli sci da fondo o le motoslitte per distribuire i loro campionatori Mt. Rose, che sono rimasti invariati nel corso di oltre un secolo.

Negli anni ’60, il governo degli Stati Uniti ha iniziato a creare una rete di siti di monitoraggio permanenti sulle montagne, oggi nota come rete SNOTEL. Ci sono più di 900 stazioni che trasmettono continuamente letture da tutti gli Stati occidentali e dall’Alaska. Sono dotate di sensori che misurano la temperatura dell’aria, la profondità della neve e l’umidità del suolo e includono “cuscini di neve” sensibili alla pressione che pesano la neve per determinarne il contenuto d’acqua.

I dati provenienti dai rilievi nivologici e dai siti SNOTEL confluiscono nei rapporti sull’altezza della neve e sul contenuto d’acqua della neve pubblicati dal NRCS, insieme alle previsioni sulla quantità d’acqua che riempirà i corsi d’acqua e i bacini idrici durante la primavera e l’estate.

Misurazione della temperatura

Nessuno di questi programmi di rilevamento e monitoraggio, tuttavia, fornisce la temperatura dell’intero manto nevoso.

Il manto nevoso della Sierra Nevada può raggiungere più di 6 metri e la temperatura al suo interno può variare notevolmente, soprattutto verso la cima. Le letture effettuate ad intervalli regolari possono determinare il cosiddetto contenuto di freddo, ovvero la quantità di energia necessaria per portare il manto nevoso a una temperatura uniforme di 32˚F.

Conoscere il contenuto di freddo del manto nevoso aiuta i ricercatori a capire le condizioni in cui inizierà a sciogliersi rapidamente, in particolare quando si riscalda in primavera o dopo che la pioggia cade sopra la neve.

Se la temperatura della neve, ad esempio, è vicina ai 32˚F anche a diversi metri di profondità, qualche giorno di caldo potrebbe facilmente farla sciogliere. Se invece le misurazioni della temperatura mostrano un profilo più freddo nella parte centrale, il manto nevoso è più stabile e resisterà più a lungo quando il clima si riscalderà.

Il problema è che finora misurare la temperatura dell’intero manto nevoso è stato un lavoro difficile e lungo. Quando i ricercatori lo fanno, lo fanno principalmente scavando fosse di neve fino al suolo e poi effettuando letture con termometri a sonda lungo una parete interna.

Ci sono stati diversi tentativi di effettuare letture continue a distanza con sensori attaccati a recinzioni, fili o torri, che il manto nevoso finisce per seppellire. Ma il movimento e il peso della neve densa e mutevole tendono a rompere i dispositivi o a spezzare le strutture su cui sono montati.

“Raramente durano una stagione”, dice McAvoy.

Anne Heggli, docente di idrometeorologia di montagna al DRI, ha avuto l’idea di utilizzare un dispositivo a infrarossi per risolvere questo problema durante una visita al campus dell’istituto nel 2019, quando ha appreso che i ricercatori stavano utilizzando un termometro a infrarossi per la carne per effettuare letture senza contatto della superficie della neve.

Nel 2021, Heggli ha iniziato a collaborare con RPM Systems, un’azienda produttrice di gadget, per progettare un dispositivo a infrarossi ottimizzato per le condizioni del manto nevoso. Il profilatore di temperatura della neve che ne deriva è abbastanza sottile da poter essere inserito in una buca scavata dai rilevatori di neve e pende da un cavo contrassegnato da incrementi di 10 centimetri (4 pollici).

A Heavenly, in quella mattina di aprile, Bingham, uno scienziato del DRI, alimentava lentamente il dispositivo in un foro di campionamento della neve, indicando i valori di temperatura a ogni marcatura. McEvoy li ha annotati su un foglio di lavoro fissato alla sua cartellina, mentre usava un termometro a sonda per prendere le proprie letture da una buca di neve che i due avevano scavato fino a terra.

Le misurazioni sono state confrontate per valutare l’affidabilità del dispositivo a infrarossi sul campo, ma l’obiettivo finale è quello di eliminare la necessità di scavare fosse per la neve. La speranza è che i rilevatori statali e federali possano semplicemente portare con sé un profilatore di temperatura della neve e lasciarlo cadere nelle buche di rilevamento del manto nevoso che stanno comunque creando, per raccogliere letture regolari della temperatura del manto nevoso da tutte le montagne.

Nel 2023, l’US Bureau of Reclamation, l’agenzia federale che gestisce molte dighe del Paese, ha finanziato un progetto di ricerca triennale per esplorare l’uso dei gadget a infrarossi nella determinazione della temperatura del manto nevoso. Grazie a questo progetto, il team di ricerca del DRI ha distribuito i dispositivi a 20 squadre di rilevamento della neve in California, Colorado, Idaho, Montana, Nevada e Utah per testarne l’uso sul campo e integrare i dati sul manto nevoso che stanno raccogliendo.

Il laboratorio della neve

Il progetto di ricerca DRI è un tassello di un più ampio sforzo per ottenere dati sulla temperatura del manto nevoso nelle montagne dell’Ovest.

All’inizio di maggio, la profondità della neve era scesa da un picco di aprile di 114 pollici a 24 pollici (da 2,9 metri a 0,6 metri) presso il Central Sierra Snow Lab della UC Berkeley, una vecchia struttura in legno arroccata sulle alte montagne a nord-ovest del lago Tahoe.

Megan Mason, ricercatrice del laboratorio, ha usato una pala da sci per scavare un trio di strumenti da ciò che restava del manto nevoso dietro l’edificio. Ognuno di essi presentava diversi tipi di sensori di temperatura, disposti lungo una robusta trave di polimeri destinata a resistere al peso e ai movimenti del manto nevoso della Sierra.

Stava tirando su i dispositivi dopo aver eseguito l’ultima serie di osservazioni per la stagione, nell’ambito di uno sforzo per sviluppare un sistema resistente che possa sopravvivere all’inverno e trasmettere letture della temperatura ogni ora.

Il laboratorio sta lavorando al progetto, denominato California Cold Content Initiative, in collaborazione con il Dipartimento delle Risorse Idriche dello Stato. La California è l’unico Stato occidentale che ha scelto di mantenere un proprio programma di rilevamento della neve e di gestire le proprie stazioni di monitoraggio permanenti, tutte gestite dal dipartimento delle risorse idriche.

Il piano è di determinare quali strumenti hanno resistito e funzionato meglio quest’inverno. Poi si potrà iniziare a testare gli approcci più promettenti in altri siti nella prossima stagione. Alla fine, l’obiettivo è di collegare i dispositivi a più di 100 stazioni di monitoraggio della neve in California, dice Andrew Schwartz, direttore del laboratorio.

L’NRCS sta conducendo uno sforzo di ricerca simile in alcuni siti SNOTEL dotati di un cavo di temperatura con perline. Uno di questi cavi è visibile presso la stazione SNOTEL di Heavenly, accanto al punto in cui McEvoy e Bingham hanno scavato la loro buca per la neve, teso verticalmente tra un braccio esteso dalla torre principale e il terreno coperto di neve.

Schwartz ha dichiarato che i diversi gruppi di ricerca stanno comunicando e collaborando apertamente ai progetti, che promettono tutti di fornire informazioni complementari, ampliando il database dei rilevamenti della temperatura del manto nevoso in tutto l’Occidente.

Per decenni, le agenzie e i ricercatori hanno generalmente prodotto previsioni idriche utilizzando modelli di regressione relativamente semplici che traducevano la quantità d’acqua presente nel manto nevoso nella quantità d’acqua che scenderà lungo la montagna, basandosi in gran parte sulle relazioni storiche tra queste variabili.

Ma questi modelli stanno diventando sempre meno affidabili, dato che i cambiamenti climatici alterano le temperature, i livelli di neve, i tassi di scioglimento e l’evaporazione, e guidano in altro modo i modelli meteorologici alpini al di fuori degli schemi storici.

“Con anni che si discostano sempre più spesso dalla norma, i nostri modelli non sono preparati”, afferma Heggli.

Secondo Schwartz, l’inserimento delle osservazioni dirette della temperatura nei modelli più sofisticati che sono emersi negli ultimi anni promette di migliorare significativamente l’accuratezza delle previsioni idriche. Questo, a sua volta, dovrebbe aiutare le comunità a gestire le siccità e a prevenire lo straripamento delle dighe, anche se il cambiamento climatico alimenta un tempo alternativamente più umido, più secco, più caldo e più strano.

Circa un quarto della popolazione mondiale fa affidamento sull’acqua immagazzinata nella neve e nei ghiacciai di montagna e il cambiamento climatico sta alterando i cicli idrologici che sostengono questi serbatoi naturali ghiacciati in molte parti del mondo. Pertanto, qualsiasi progresso nelle osservazioni e nella modellazione potrebbe portare a benefici globali più ampi.

Tempo minaccioso

C’è però un’ovvia minaccia a questo progresso.

Anche se questi progetti dovessero funzionare come si spera, non è chiaro quanto questi strumenti e queste tecniche saranno diffusi in un momento in cui la Casa Bianca sta riducendo il personale delle agenzie federali, interrompendo migliaia di sovvenzioni scientifiche e cercando di eliminare decine di miliardi di dollari di finanziamenti ai dipartimenti di ricerca.

L’amministrazione Trump ha licenziato o messo in congedo amministrativo quasi 6.000 dipendenti dell’USDA, pari al 6% della forza lavoro del dipartimento. I tagli hanno raggiunto gli uffici regionali del NRCS, secondo quanto riportato da fonti commercialilocali e .

Secondo O’Neill, il climatologo dello Stato, questo comprende più della metà dei ruoli dell’ufficio di Portland. Queste riduzioni hanno spinto un gruppo bipartisan di legislatori a chiedere al Segretario all’Agricoltura di ripristinare le posizioni, avvertendo che le perdite potrebbero compromettere i dati e le analisi sull’acqua che sono fondamentali per i settori dell’agricoltura, degli incendi boschivi, dell’energia idroelettrica, del legname e del turismo dello Stato, come riporta lo Statesman Journal.

In Oregon ci sono più di 80 stazioni SNOTEL attive.

Il timore è che non ci sia abbastanza personale per raggiungere tutti i siti quest’estate per sostituire le batterie, i pannelli solari e i sensori alla deriva o rotti, che potrebbero rapidamente minare l’affidabilità dei dati o interrompere il flusso di informazioni.

“Le riduzioni del personale e del budget del NRCS renderanno impossibile la manutenzione degli strumenti SNOTEL e la conduzione delle osservazioni manuali di routine, portando all’inoperatività della rete entro un anno”, hanno avvertito i legislatori.

L’USDA e l’NRCS non hanno risposto alle richieste di MIT Technology Review.

Se i tagli federali dovessero esaurire i dati provenienti dalle stazioni SNOTEL o dal lavoro federale di rilevamento della neve, il metodo DRI a infrarossi potrebbe almeno “offrire ancora un modo semplicistico di misurare le temperature del manto nevoso” nei luoghi in cui le agenzie statali e regionali continuano a svolgere i rilevamenti, afferma McEvoy.

Ma la maggior parte dei ricercatori sottolinea che il campo ha bisogno di un maggior numero di rilevamenti, stazioni, sensori e letture per capire come il clima e i cicli dell’acqua cambiano di mese in mese e di stagione in stagione. Heggli sottolinea che dovrebbe esserci un ampio sostegno bipartisan per i programmi che raccolgono i dati sul manto nevoso e forniscono le previsioni idriche su cui fanno affidamento gli agricoltori e le comunità.

“È così che teniamo conto di una delle risorse più preziose, se non la più preziosa, che abbiamo”, spiega l’autrice. “In Occidente, ogni estate c’è una siccità stagionale; il nostro manto nevoso è ciò che si riversa verso il basso e ci fa superare la siccità. Dobbiamo sapere quanto ne abbiamo”.

 

Foto di copertina: il lago Tahoe circondato dalle cime innevate della Sierra Nevada. Getty Images