Modellazione idrologica su un bacino rappresentativo della pianura ...

Modellazione idrologica su un bacino rappresentativo della pianura del
Campidano in condizioni di cambiamento climatico
Responsabile scientifico Prof. Roberto Deidda
Introduzione
I bacini idrografici del Mediterraneo sono caratterizzati da un'elevata sensibilità agli estremi
idrologici, sia in termini di eventi alluvionali che di prolungati periodi siccitosi, ai quali sovente
conseguono ingenti perdite socioeconomiche e conflitti nella pianificazione delle risorse idriche.
Le simulazioni degli scenari climatici futuri (IPCC, 2007) complicano ulteriormente il quadro,
poiché prevedono, con elevata probabilità, una diminuzione della quantità media d'acqua
disponibile (in termini di sia di afflussi che di deflussi) e un aumento della frequenza di eventi
idrologici estremi. Pertanto, una quantificazione della risposta idrologica dei bacini mediterranei
alla variabilità attuale e futura del clima risulta essere quanto mai indispensabile per adottare
misure di pianificazione e strutturali necessarie a mitigare gli impatti.
Descrizione della Ricerca
La ricerca si propone di investigare gli impatti sul ciclo idrologico della variabilità attuale e futura
del clima in un’area di studio localizzata nella pianura del Campidano in Sardegna. Tale area è
caratterizzata da una configurazione di tipo annidato, ossia è costituita dal bacino idrografico del
Rio Mannu di San Sperate (area sottesa di circa 470 km 2 ), il quale contiene al suo interno
l’azienda agricola sperimentale di San Michele (estensione di qualche ettaro), gestita dall’AGRIS
(Azienda della Regione Sardegna per la Ricerca in Agricoltura). In virtù della configurazione
annidata, è possibile condurre simulazioni idrologiche sia a scala di bacino che a quella di
campo, in modo da poter acquisire un quadro più esaustivo dei processi fisici coinvolti alle
diverse scale. Gli obiettivi dello studio sono mirati sia all'avanzamento della conoscenza dei
processi fisici di base sia a scopi più pratici e possono essere così sintetizzati:
(i) Stimare l’effetto dovuto ad input climatici simulati dai modelli del clima sulle diverse
componenti del ciclo idrologico alle scale di bacino e di campo.
(ii) Migliorare la conoscenza di base dei processi fisici che regolano lo scambio di acqua
ed energia tra suolo, vegetazione ed atmosfera (SVAT).
(iii) Migliorare la parametrizzazione dei processi fisici (in particolar modo, quelli legati alle
dinamiche della vegetazione) all'interno di modelli idrologici a scala di bacino.
(iv) Stimare gli effetti sulla produzione agricola alle scale di campo e di bacino.
(v) Stimare l'effetto sulle componenti del ciclo idrologico a scala di bacino in seguito a
cambiamenti nell'uso del suolo e, in particolar modo, agli incendi.
Per conseguire gli obiettivi sopramenzionati, si procederà inizialmente alla costituzione e
validazione di un database comprendente dati di telerilevamento, dati idrologici e meteorologici,
carte geologiche, pedologiche e di uso del suolo, nonché dati misurati su campo nel sito
sperimentale di San Michele. Una volta costituito il database, si procederà preliminarmente a
condurre analisi statistiche finalizzate a caratterizzare la variabilità di grandezze idrologiche quali
precipitazione, umidità del suolo e deflusso. In particolare, saranno utilizzate tecniche statistiche
tradizionali, tecniche geostatistiche ed approcci basati sull'analisi di invarianza di scala e studio
della multifrattalità (Deidda et al., 2004; Mascaro and Vivoni, 2009). Le simulazioni idrologiche
saranno effettuate con modelli numerici differenti per le due scale spaziali: alla scala di bacino si
farà uso di un modello idrologico distribuito e fisicamente basato, noto come TIN-based Real
Time Integrated Basin Simulator (tRIBS) (Ivanov et al. 2004a,b; Vivoni et al. 2006); alla scala di
campo sarà invece sviluppato un modello di tipo SVAT (Rodriguez-Iturbe and Porporato, 2004)
che sia rappresentativo delle dinamiche dei processi che avvengono all'interno dell'azienda San
Michele e che quindi possa essere adattato ad ogni tipo di coltura in essa presente. Un volta

calibrati con il database esistente, i modelli tRIBS e SVAT saranno utilizzati per simulare la
risposta idrologica in seguito a possibili scenari futuri di cambiamento climatico definiti di
concerto con fisici dell'atmosfera che attualmente collaborano il DIT. In particolare, questa attività
comprende l'estrazione degli output di modelli climatici attualmente disponibili e l'eventuale uso in
cascata di modelli di downscaling statistico necessari per raggiungere le risoluzioni
spaziotemporali caratteristiche dei processi idrologici. Il modello tRIBS sarà inoltre utilizzato per
simulare la risposta del bacino del Rio Mannu a cambiamenti di destinazioni d'uso di alcune aree
del bacino, introducendo in particolar modo, aree incendiate (Vivoni et al., 2008). Le simulazioni
idrologiche saranno condotte sia con approccio deterministico (ossia con un singolo input) sia
con approcci di tipo ensemble in modo tale da metter in conto le diversi sorgenti di incertezza
presenti (Mascaro et al., 2009). Gli output dei modelli saranno poi post-processati per fornire
l'informazione quantitativa necessaria per la pianificazione e la predisposizione di interventi
strutturali finalizzati a mitigare gli impatti.
Bibliografia
Deidda, R., M.G. Badas, Piga, E. (2004): Space-time scaling in high intensity Tropical Ocean
Global Atmosphere Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment TOGA-COARE storms,
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IPCC, 2007, Climate Change 2007, the Fourth IPCC Assessment Report
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40(11): W11102.
Ivanov, V.Y., Vivoni, E.R., Bras, R.L. and Entekhabi, D. (2004b): Preserving High-Resolution
Surface and Rainfall Data in Operational-scale Basin Hydrology: A Fully-distributed Physicallybased
Approach, J. Hydrol. 298(1-4): 80-111.
Mascaro, G., E.R. Vivoni and R. Deidda, 2009: “Implications of ensemble quantitative
precipitation forecast errors on distributed streamflow forecasting”. Journal of Hydrometeorology,
accettato ed attualmente disponibile in versione “Early Online Release” sul sito web dell'editore
American Meteorological Society; la versione cartacea è in stampa. DOI:
10.1175/2009JHM1144.1.
Mascaro G., E.R Vivoni, 2009: “Statistical and scaling properties of remotely-sensed soil moisture
in two contrasting domains in the North American monsoon region”. Journal of Arid
Environments, accettato e in fase di stampa.
Rodriguez-Iturbe, I., and A. Porporato (2004), Ecohydrology of Water-Controlled Ecosystems,
442 pp, Cambridge Univ Press, Cambridge, U K Vivoni, E.R., Entekhabi D., Bras, R. L., Ivanov,
V.Y., Van Horne, M. P., Grassotti C., Hoffman
R.N. (2006): Extending predictability of hydrometeorological flood events using radar rainfall
nowcasting, J. Hydrometeo., 7, 660 – 677
Vivoni, E.R., E. Springer, S. Mniszewski, P. Fasel, G. Langhorst, D. Moulton, S. Yatheendradas,
T. Mahmood, G. Mascaro and A. White: “Overview of regional scale simulations for vegetation
change”, SAHRA, 8 th Annual Meeting, 17 ottobre 2008.
Fondi per spese legate al progetto, missioni del dottorando, frequenza corsi fuori sede
etc,:
Progetto di ricerca “Climate Induced Changes on the Hydrology of Mediterranean Basins:
Reducing Uncertainty and Quantifying Risk through an Integrated Monitoring and Modeling
System (CLIMB)”, finanziato con il programma europeo “7th Framework Programme” nella call
FP7ENV-2009-1, topic ENV.2009.1.1.5.2. Inizio progetto Gennaio 2010, durata 4 anni.