Siccità

Indicatori di precipitazione ed evaporazione

Osservazioni

I grafici riportano i valori degli indicatori dal 1980 al 2022 espressi come media spaziale sull’Alto Adige. La media spaziale è calcolata sulle sole aree poste a bassa e media altitudine (< 1500 m). Per leggere i grafici bisogna considerare che i valori di SPI (SPEI) negativi (in rosso) corrispondono a deficit pluviometrico (idrico); viceversa, valori di SPI (SPEI) positivi (in blu) indicano apporti precipitativi (disponibilità idrica) superiori alla media del trentennio di riferimento 1981-2010 per la stessa scala temporale.

SPI e SPEI sono calcolati mensilmente sulla base del totale delle precipitazioni e del bilancio idrico degli ultimi tre o 12 mesi. Le due scale temporali forniscono informazioni diverse. La scala sui tre mesi (SPI/SPEI-3) fornisce informazioni rilevanti per la siccità agricola cioè il deficit di contenuto idrico nelle parti più superficiali del suolo che influenza maggiormente la crescita delle colture. La scala temporale più lunga (SPI/SPEI-12) riflette invece la siccità idrologica, che accentua la scarsità idrica nei suoli ma influenza anche le falde acquifere in profondità e la portata dei corsi d’acqua.

La serie temporale di SPI-12 dal 1980 al 2022 riporta un trend di crescita statisticamente significativo, cioè indica un trend di aumento delle precipitazioni cumulate su 12 mesi. In particolare, i decenni più recenti mostrano un evidente aumento nella frequenza di mesi in cui SPI è positivo, ossia con apporti pluviometrici cumulati sui 12 mesi più elevati rispetto alla media sul trentennio 1981-2010. I periodi siccitosi più significativi si sono invece registrati nel periodo 2003-2007 e nella seconda metà degli anni Novanta (barre rosse).

La serie di SPEI-12 non riporta nessun trend significativo sul lungo periodo. L’andamento temporale è in accordo con quello dell’indice SPI-12 seppur accentuando i periodi siccitosi più rilevanti e riducendo i recenti episodi di surplus idrico.

Su scale temporali più brevi (SPI/SPEI-3) emerge un maggiore variabilità temporale e si conferma l’assenza di trend sul lungo periodo in entrambi i casi.

Metodologia

I grafici sono ottenuti a partire dalle osservazioni meteorologiche giornaliere di oltre 80 siti di misura fornite dall’Ufficio di meteorologia e prevenzione valanghe della Provincia autonoma di Bolzano e integrate con i dati osservativi disponibili per alcuni siti in Svizzera e Austria in prossimità del confine provinciale. Le serie raccolte sono state interpolate mediante una procedura geostatistica su una griglia regolare di 1 km di risoluzione estesa sull’intero territorio provinciale. 

Prima dell’interpolazione, tutte le serie osservative sono state controllate per rimuovere eventuali errori di misura e per verificarne l’omogeneità temporale. Inoltre, i valori giornalieri mancanti sono stati ricostruiti mediante una procedura statistica al fine di massimizzare la continuità temporale delle serie.  

L’interpolazione consente di estrarre un valore medio regionale più rappresentativo e robusto rispetto a quello basato sulle singole stazioni di misura.

L’indice SPI è calcolato come la deviazione della precipitazione rispetto al suo valore medio di riferimento (sul trentennio 1981-2010) su una data scala temporale (in questo caso tre e 12 mesi), divisa per la sua deviazione standard. Dato che la precipitazione non è normalmente distribuita, almeno su scale temporali inferiori all’anno, viene eseguito un aggiustamento della variabile in modo che lo SPI abbia distribuzione con media nulla e varianza unitaria. L’indice standardizzato consente di rendere confrontabili i valori calcolati per aree con caratteristiche climatiche diverse e di considerare periodi umidi e siccitosi nello stesso modo.

L’indice SPEI è calcolato in maniera analoga, ma considerando il bilancio idrico, ossia la differenza tra precipitazioni e evapotraspirazione potenziale, rispetto al valore medio di riferimento sulla data scala temporale (in questo caso tre e 12 mesi). L’evapotraspirazione potenziale è calcolata a partire dai valori di temperatura massima e minima secondo la formula di Hargreaves-Samani (Hargreaves and Samani, 1985).

Poiché il contributo evapotraspirativo risulta poco significativo alle quote più elevate dove la presenza di specie vegetative al suolo si riduce, le serie temporali di SPEI sono state calcolate come medie spaziali sull’Alto Adige considerando solo le aree poste a quote inferiori a 1500 m. Al fine di rendere i due indicatori confrontabili, anche le medie spaziali della serie di SPI sono state calcolate sulle stesse aree.

I trend sono calcolati mediante il metodo di Theil-Sen e la significatività mediante il test di Mann Kendall. Il trend è considerato significativo se il p-value risultante è inferiore a 0.05.

Settori interessati

• Acqua

• Agricoltura

• Flora e fauna

• Gestione idrica

• Suolo

• Rischi naturali

Indicatori correlati

Ricerca in corso di Eurac Research

Anche la scala temporale a 6 mesi può essere utile per valutare le possibili riduzioni nella portata dei corsi d’acqua e dello stoccaggio dei bacini idrici dovuti a deficit del bilancio idrico sul medio periodo. Per questo anche gli indici SPI e SPEI a 6 mesi sono stati inclusi nel portale di monitoraggio del progetto ADO.  

SPEI-6

Analizzando l’andamento dell’indice SPEI-6 negli anni più recenti per l’Alto Adige, la stagione primaverile 2022 mostra valori particolarmente negativi. In particolare, i valori più bassi si sono raggiunti nel mese di Maggio quando la media mensile di SPEI-6 è stata di -1.4 che corrisponde ad una condizione di “siccità moderata”, secondo la classificazione standard (Mckee et al., 1993). Tale condizione è determinata dalla combinazione di precipitazioni inferiori alla media ed elevate temperature a partire dalla stagione invernale.  È interessante notare che all’inizio del mese i valori giornalieri dell’indice sono stati anche inferiori a -1.5 che corrisponde alla soglia per definire una condizione di “siccità severa”.

Progetto ADO

Scenari futuri

Le proiezioni climatiche per l’Alto Adige per l’indicatore SPI-12 prevedono un debole incremento delle condizioni di umidità a scala annuale nel corso del secolo, in accordo con le proiezioni future delle precipitazioni annuali per la provincia. Al contrario, l’indicatore SPEI-12 riporta una decrescita dei valori annuali, particolarmente evidente per lo scenario RCP 8.5, ossia un aumento delle condizioni di siccità in Alto Adige. In questo caso, la continua crescita della temperatura proiettata dallo scenario più pessimistico determina l’incremento della richiesta idrica per l’evapotraspirazione e di conseguenza bilanci idrici sempre più negativi rispetto ai valori medi di riferimento. Entrambi gli indici sono riportati come media spaziale su tutte le aree del territorio al di sotto dei 1500 m di quota.

Proiezioni climatiche di SPI-12 e SPEI-12 annuali per l’Alto Adige (media spaziale) sulle aree al di sotto dei 1500 m di quota secondo gli scenari di emissione RCP 4.5 e RCP 8.5: la linea continua rappresenta la mediana delle simulazioni modellistiche considerate: 11 (RCP 4.5) e 17 (RCP 8.5) per SPI-12 e 8 per SPEI-12. L’ area colorata riporta il range di valori tra il 25 esimo ed il 75 esimo percentile delle simulazioni. I valori sono riportati come media mobile su 10 anni. Fonte: EURO-CORDEX; Elabrazione e rappresentazione: Eurac Research

In accordo con le proiezioni annuali sul lungo periodo, la frequenza dei mesi in cui si verificano condizioni estreme di umidità e siccità è prevista modificarsi nei decenni futuri. In particolare, SPI-12 riporta un continuo incremento dei mesi caratterizzati da valori di precipitazione estremamente elevati rispetto alle condizioni medie di riferimento (1981-2010) con una crescita più accentuata secondo lo scenario RCP 8.5. Al contrario, le proiezioni per SPEI-12 riportano una crescita degli episodi di siccità estrema, in particolare secondo lo scenario più pessimistico che prevede in media oltre 50 mesi caratterizzati da condizioni di siccità estrema nel corso dell’ultimo trentennio del secolo. La frequenza delle condizioni di umidità estrema secondo SPEI-12 rimane invece invariata (RCP 4.5) o si riduce progressivamente (RCP 8.5). Nel periodo 2071-2100 i valori per SPEI-12 nello scenario RCP 8.5 superano il limite di 50 mesi per trentennio.

Metodologia

Gli scenari climatici per SPI-12 e SPEI-12 per l’Alto Adige sono stati costruiti a partire dalle simulazioni climatiche EURO-CORDEX sull’Europa per due diversi scenari di emissione, i cosiddetti Representative Concentration Pathways, RCP 4.5 e RCP 8.5.

RCP 4.5 corrisponde a uno scenario intermedio in cui l’emissione di gas a effetto serra è arginata, ma le loro concentrazioni nell’atmosfera aumentano ulteriormente nei prossimi 50 anni e l’obiettivo dei “+2 °C” non è raggiunto. RCP 8.5 rappresenta lo scenario più pessimistico in cui le emissioni di gas a effetto serra aumentano in modo continuo senza alcuna misura di contrasto al cambiamento climatico.

Le proiezioni di precipitazione giornaliera e di temperatura massima e minima giornaliera dal 1971 al 2100 fornite da diversi modelli climatici (ensemble) per i due scenari sono state elaborate mediante un processo di downscaling, che consente di trasportare i valori simulati dalla risoluzione spaziale originale (in questo caso circa 12 km) a una risoluzione più fine (in questo caso 1 km). Questo passaggio permette di ridurre gli errori sistematici presenti nelle simulazioni modellistiche e dovuti alla limitata risoluzione spaziale dei modelli disponibili che non fornisce un’adeguata rappresentazione delle caratteristiche locali, soprattutto in aree montane dall’orografia complessa. La procedura di downscaling applicata è basata sul metodo del Delta Quantile Mapping (QDM, Cannon et al., 2015), in cui i valori simulati vengono confrontati con le osservazioni su un periodo di riferimento in comune e corretti in modo tale che le distribuzioni di probabilità siano in accordo. Inoltre, nel metodo QDM le correzioni vengono applicate in modo tale da non modificare il segnale climatico a lungo termine presente originariamente nelle simulazioni.

In questo caso il periodo di riferimento usato è il 1981-2010 e la correzione è stata svolta usando il dataset osservativo grigliato a 1 km. 

A partire dalle simulazioni corrette, sono stati calcolati l’indice SPI-12 e SPEI-12 a scala mensile dal 1971 al 2100 per tutti i modelli disponibili utilizzando il 1981-2010 come periodo di riferimento. In particolare, si sono considerate 11 (RCP 4.5) e 17 (RCP 8.5) simulazioni modellistiche per SPI-12 e 8 simulazioni per SPEI-12 per entrambi gli scenari. Per il calcolo di SPEI-12 si sono considerati i soli modelli per cui erano disponibili sia precipitazione che temperatura. L’evapotraspirazione potenziale richiesta nella definizione di SPEI è stata derivata dalle proiezioni di temperatura massima e minima secondo la formula di Hargreaves-Samani (Hargreaves and Samani, 1985).

Poiché il contributo evapotraspirativo risulta poco significativo alle quote più elevate dove la presenza di specie vegetative al suolo si riduce, SPEI-12 è stato calcolato solo per le aree poste a quote inferiori a 1500 m. Al fine di rendere i due indicatori confrontabili, le proiezioni per SPI-12 sono state definite sulle stesse aree. 

Contatto

Eurac Research: Alice Crespi, Centro per il cambiamento climatico e la trasformazione

Dati forniti da: Ufficio meteorologia e prevenzione valanghe, Provincia autonoma di Bolzano