Ente o Amministrazione
Consiglio Nazionale delle Ricerche - CNR
Progetto
Cambiamenti globali
Titolo
Cambiamenti climatici: ciclo idrologico
Descrizione e sintesi dei contenuti
L’acqua è cruciale per la vita sulla Terra e la sua disponibilità per la popolazione mondiale è elemento di grande preoccupazione alla luce dei cambiamenti climatici. L’acqua cambia fase da solido a liquido a gas attraverso un ciclo naturale che comporta rilevanti trasporti e conversioni di energia. Cambiamenti nel vapore acqueo, nel ghiaccio ai poli e nelle acque alla superficie rappresentano importanti feedback climatici. L’uomo dipende da previsioni di precipitazione, evaporazione, flusso, stoccaggio ed eventi estremi (alluvioni e siccità) per pianificare l’accesso e l’uso dell’acqua. È impensabile affrontare previsioni, se non si conoscono prima i singoli processi del ciclo ed il loro peso relativo. La ricerca si propone di contribuire allo studio della struttura delle nubi e delle precipitazioni a scala globale utilizzando osservazioni e tecniche modellistiche avanzate con lo scopo di giungere ad una migliore comprensione dei fenomeni per una loro più efficace previsione. Tutto ciò in collegamento con la disponibilità della acque superficiali e sotterranee ed il loro utilizzo in un clima che cambia.
Obiettivi / Finalità
- Miglioramento della conoscenza dei processi di formazione delle nubi e delle precipitazioni per una migliore previsione dei cambiamenti in corso nel ciclo dell'acqua determinati dalla variazione delle precipitazioni
- Valutare il bilancio idrico degli acquiferi e la vulnerabilità delle risorse acquifere di superficie e sotterranee nel quadro dei cambiamenti della disponibilità dell'acqua
- Studi su emergenze idriche, impatto delle variazioni climatiche sulle disponibilità idrica e sistemi di supporto alle decisioni alle varie scale territoriali
Competenze e tipologia risorse umane impegnate
Conoscenza di:
- processi dinamici e microfisici di formazione delle nubi e delle precipitazioni
- struttura del vapore acqueo atmosferico
- regimi degli acquiferi e delle metodologie di bilancio idrico
Esperienza in:
- meteorologia da satellite e gestione di grandi quantità di dati satellitari e sviluppo di algoritmi di retrieval di parametri atmosferici
- modellistica dei bacini idrici e di studio delle acque sotterranee
Risorse di personale impegnato: n. 9 unità di cui n. 6 ricercatori.
Le discipline di riferimento della ricerca sono le seguenti:
- fisica delle nubi e delle precipitazioni (microfisica, struttura delle nubi, formazione della precipitazione, dinamica delle nubi)
- meteorologia da satellite (utilizzo dei dati da satellite per lo studio delle nubi e delle precipitazioni a varie scale spazio-temporali, remote sensing di atmosfera nuvolosa)
- idrologia (studio sperimentale e modellistico delle risorse acquifere e dei bacini)
Partners esterni
ARPA-Servizio IdroMeteorologico, Bologna, Italy
ARPA Umbria, Perugia, Italy
Bar-Ilan University, Dept. of Geography and Environmental Sciences, Ramat Gan, Israel
CNRS, Laboratoire de
Meteorologie Dynamique, Palaiseau, France
EUMETSAT, Darmstadt, Germany
Hebrew University of Jerusalem, Earth Scienes Institute, Jerusalem, Israel
Hellenic Center for Marine Research, Anavissos, Greece
Hydrocontrol, Cagliari, Italy
LaMMA, Regione Toscana, Firenze
Mediterrean Agency for Remote Sensing (MARS), Benevento, Italy
MetOffice, Exeter, UK
National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO, USA
Naval Research Laboratory, Monterey CA, USA
Politecnico di Bari, Italy
Polytechnic of Crete, Chania, Greece
Università di Bologna, Dip. Di Fisica e Dip. di Scienze della Terra e Geologico-Ambientali, Italy
Université de Neuchatel, Switzerland
University of Birmingham, School of Geography and Environmental Sciences, UK
University of Illinois, Dept. of Geography, Urbana-Champaign, IL, USA
University of Ioannina, Dept. of Physics, Greeceù
University of Wisconsin, CIMSS, Madison, WI, USA
Risultati ottenuti
I principali risultati su nubi e precipitazioni ottenuti fino ad ora sono:
- Studio di distribuzione delle nubi e del vapore acqueo sul Mediterraneo nella stagione calda. Lo studio si è basato su 10 anni di dati satellitari maggio-agosto 1996-2005. I risultati sono fondamentali per la comprensione della struttura dei sistemi convettivi estivi per una loro parametrizzazione nei modelli di previsione numerica del tempo
- Elaborazione in corso di nuovi modelli e strategie osservative della struttura delle nubi precipitanti e per la quantificazione da satellite delle capacità dell’aerosol di piccole dimensioni di inibire la formazione di idrometeore precipitanti
- Monitoraggio di eventi estremi ed assimilazione nei modelli meteo-idrologici
L'attività di ricerca sulle acque superficiali e sotterranee prevede
- modelli per la previsione della disponibilità delle risorse idriche sotterranee in condizioni di eventi meteo-climatici estremi
- mappe di vulnerabilità alle modifiche climatiche sia di acque superficiali che di acque sotterranee
- metodologie di valutazione dell’impatto climatico sui corpi idrici interni
- modelli di previsione delle siccità
- basi scientifiche per la formulazione di criteri di pianificazione e gestione delle risorse idriche in condizione di incertezza climatica
- in particolare è stato definito, in collaborazione con diversi esperti europei, un indice di stress idrico che misura lo stress idrico sui sistemi antropici e naturali integrando in una formula sintetica la disponibilità quantitativa della risorsa, la sua accessibilità, la percezione sociale della scarsità, gli aspetti economici
Tecniche di indagine utilizzate
- analisi multispettrale di nubi e precipitazioni mediante sensori satellitari di ultima generazione
- tecniche di stima delle precipitazioni da satellite mediante sensori attivi e passivi
- analisi satellitari delle interazioni aerosol-nubi
- strumenti geostatistici per il trattamento di dati distribuiti nello spazio (impiego anche di GIS) e di serie temporali
- modelli numerici deterministici di simulazione del bilancio idrico superficiale e sotterraneo per la valutazione del termine di infiltrazione mediante stima degli scambi di massa e di energia con l’atmosfera
- modelli concettuali per le stime di scambio idrico del suolo su vasta scala
- modelli distribuiti di bilancio idrico del suolo per la stima delle utilizzazioni della falda a scopi irrigui
Ricadute per processi produttivi
- Applicazione ai processi di produzione delle previsioni dei Servizi Meteorologici Nazionali e Regionali della climatologia della regione Europea ed Africana nell’ambito dello studio del World Weather Research Programme (WWRP) della World Meteorological Organization (WMO) tesa a migliorare la precisione degli algoritmi numerici dei modelli di previsione a scala regionale e globale
- Utilizzo operativo di algoritmi per la stima delle precipitazioni ad aggiornamento rapido per il monitoraggio meteorologico. La ricerca curerà soprattutto le applicazioni alla verifica delle prestazioni dei modelli e per la parametrizzazioni nei modelli numerici della circolazione generale dell’atmosfera (GCM) e nei modelli climatici
- Valutazione della vulnerabilità dei sistemi idrologici ed idrogeologici alle siccità come elemento di interesse per chi si occupa di gestione e distribuzione (Gestori idrici, ATO), per chi effettua attività di monitoraggio quantitativo e qualitativo (ARPA, Regioni, Province) e per chi gestisce le situazioni di crisi (Protezione Civile). L’analisi del rischio relativo alla scarsità idrica in occasione di eventi estremi è, infine, fondamentale nella programmazione degli interventi di protezione civile
Risposte a bisogni individuali e collettivi
- Migliore conoscenza della distribuzione orizzontale e verticale delle nubi e dell’umidità sul Mediterraneo per applicazioni da parte di servizi meteorologici, agenzie meteo-climatiche, Commissione Europea, GEWEX-WMO
- Applicazione delle conoscenze sviluppate mediante osservazione satellitare della struttura delle nubi e delle precipitazioni alla parametrizzazione dei modelli a scala limitata (LAM) e idrologici. Utilizzatori principali: servizi idro-meteorologici
- Migliore conoscenza delle interazioni aerosol-nubi come input per il GEWEX-WMO e l'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
- Previsione dell’impatto delle variazioni climatiche sulle acque interne, a medio e lungo periodo per valutare la disponibilità della risorsa e programmare la possibile distribuzione nei differenti comparti (civile, agricolo, industriale, ecosistemi), al fine di evitare o limitare l’insorgenza di crisi idriche e conflitti fra i settori. I pianificatori dell’uso della risorsa (Autorità di Bacino, Regioni e altre Agenzie a livello italiano ed europeo, particolarmente nell’area mediterranea) sono interessati in particolare alle tecniche di valutazione d’impatto
