BARBERIS CHIARA

Il clima terrestre è andato mutando, in modo significativo e continuativo, a scale temporali che abbracciano un arco di tempo assai ampio.

La variabilità del clima si esprime secondo due fondamentali modalità: le variazioni forzate e le variazioni libere.

Le prime rappresentano la risposta del sistema climatico ai cambiamenti delle forzanti esterne, mentre le seconde sono dovute all’instabilità interna e agli effetti di retroazione, che sono il frutto delle interazioni non lineari tra le varie componenti del sistema climatico.

La suscettibilità del sistema climatico a modificarsi a causa di variazioni della composizione atmosferica può essere rappresentata, in modo molto sintetico, con modelli globali di cambiamento, che misurino la differenza tra lo stato attuale del sistema climatico e lo stato perturbato.

I modelli climatici più sofisticati sono quelli di circolazione globale, GCM (General Circulation Model), che rappresentano i processi fisici del sistema climatico attraverso una serie di equazioni differenziali che descrivono la conservazione della massa e dell’energia in ogni cella e il trasporto da una cella all’altra. Risolvendo le equazioni, vengono simulate le diverse variabili climatiche sulla griglia di calcolo.

Fattore chiave della modellazione è il grado di dettaglio con cui viene discretizzato il sistema, cioè la dimensione delle celle.

I modelli più noti usano celle di cinque gradi di latitudine e di longitudine che corrispondono a caselle di 500 km di lato. Come si può ben notare, una cella di tale grandezza fornisce un’immagine molto grossolana della realtà, tuttavia i GCM sono modelli fisicamente basati e consentono di compiere esperimenti e simulazioni su scenari futuri.

Tutti i tipi di modelli concordano sul fatto che la Terra dovrebbe riscaldarsi, ma le valutazioni su tale entità divergono in modo significativo. Ad esempio, l’ipotesi di scenario futuro “2xCO₂” comporta per la Terra, in condizioni di equilibrio, un surriscaldamento compreso tra 1,5 e 4,5° C: si tratta perciò di una variabilità assai marcata.

Con sicurezza ancora minore si può guardare al dettaglio spaziale delle simulazioni di scenario, ossia alla distribuzione geografica delle variazioni. Alcuni risultati delle simulazioni godono però di un accordo pressoché generale: le alte latitudini dovrebbero riscaldarsi più di quelle basse; la stagione invernale più di quella estiva; il complesso del pianeta dovrebbe subire un incremento delle precipitazioni.

Il mutamento dell’equilibrio climatico osservabile tramite questi modelli di circolazione globale può alterare gli equilibri del ciclo idrologico, determinando un impatto di segno negativo.

La modificazione dei regimi idrologici è una espressione sintetica delle alterazioni subite dagli altri processi del ciclo idrologico.

Il presente lavoro di tesi vorrebbe essere uno strumento di semplice e facile utilizzo per l’individuazione di alcuni indici di carattere globale e locale che permettano di elaborare informazioni chiare e facilmente confrontabili sulla stabilità dei regimi idrologici, sulla base della presenza di recenti significative modificazioni del ciclo idrologico.

La stagionalità delle portate varia molto da fiume a fiume ed è influenzata principalmente dai cicli locali di precipitazione, evapo-traspirazione, infiltrazione, precipitazioni nevose e da alterazioni di carattere antropico, da fattori dunque ad alta variabilità stagionale. Il risultato potrà ritrovarsi ampliato nelle portata a causa delle caratteristiche proprie del bacino e dell’influenza dell’uomo.

La stabilità dei regimi è quasi sempre stata considerata come variazione della media di serie storiche. Questo tipo di analisi è sicuramente utile a determinare il massimo e il minimo stagionale e le loro variazioni inter-annuali e intra-stagionali. Generale si ricerca un trend all’interno di regioni climatiche omogenee, per sviluppare modelli in grado di stabilire scenari di precipitazione e portata futuri.

La classificazione di regimi idrologici di Lvovich, basata sulla distribuzione stagionale delle portate, e quella di Pardè, basata sulla distribuzione delle precipitazioni all’interno dell’anno e sulla distribuzione dei periodi di massima e minima portata, sono di carattere troppo generale e necessitano quindi di essere più quantitative.

L’uso di regimi idrologici come strumento per determinare dati necessari per la costruzione di modelli climatici è stato proposto da Krasovskaia. Tale metodo consiste in una classificazione ascendente gerarchica di portate mensili che soddisfino determinati criteri di minimizzazione della grandezza entropia.

Il principale vantaggio che questo metodo offre è la capacità di considerare la regolarità temporale dell’andamento delle portate stagionali. Lo studio ha tuttavia il limite di condurre a risultati differenti utilizzando criteri discriminanti soggettivi o basati su classificazioni passate.

La portata di un fiume riflette in maniera chiara le condizioni climatiche e fisiografiche del bacino a cui appartiene. La condizione in cui esso si viene a trovare può essere stabile, dimostrando perciò di avere la medesima stagionalità, oppure instabile, dimostrando di essere caratterizzato da stagionalità differenti..

Le variazioni nelle portate da un anno all’altro giocano un ruolo importante anche al fine della tutela della risorsa idrica. La stabilità dei regimi viene quindi considerata come una proprietà aggiuntiva di serie storica di portate.

Cinquantatre bacini Svizzeri sono stati sottoposti all’analisi di variabili e parametri di carattere statistico e idroclimatico.

- Le variabili considerate sono:

- Portata media annuale e media mensile.[ m³/s]

- Massimo e minimo annuo giornaliero e mensile.[ m³/s]

- Julian day del massimo e del minimo giornaliero.

- Mediana della portata giornaliera in ogni anno.

- Parametri:

- Varianza della portata giornaliera.

- Coefficiente di auto-correlazione della portata annuale.

- Coefficiente di Pardè.

Accanto a questi strumenti di analisi, si sono utilizzati nuovi indici per caratterizzare il regime delle portate basati sul concetto di:

entropia informativa.

ampiezza e fase della serie di Fourier che interpola i dodici valori di portata media del periodo di riferimento.

Si sono poi ricercate connessioni tra questi indici e le caratteristiche fisiografiche dei bacini.

In uno scenario di cambiamento climatico, il regime di pioggia dei bacini montani può subire variazioni delle proprie caratteristiche di stagionalità.

Per valutare quindi la stabilità di un regime nel tempo si è applicata l’analisi di Fourier e il concetto di entropia informativa ai dati di portata mensile di ogni singolo anno.

Tutti gli indici presentati sono risultati essere utile strumento di analisi per:

la valutazione oggettiva di differenze tra bacini in una regione.

la ricerca di possibili variazioni nel “timing” della portata massima e minima rispetto al regime medio.