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I parametri agrometeorologici
e gli strumenti di misura
seconda parte (precipitazioni,
evapotraspirazione, vento)
Simone Orlandini
Dipartimento di Scienze delle Produzioni Vegetali, del Suolo
e dell’Ambiente Agroforestale - Università di Firenze

Precipitazioni
o Le precipitazione possono essere classificate in relazione allo stato
fisico dell'acqua ed alle dimensioni delle singole particelle in: rugiada,
brina, pioviggine, pioggia, neve, nevischio, grandine e nebbia.
o Le precipitazioni sono la conseguenza della presenza di nubi, che a loro
volta dipendono dalla circolazione generale dell’atmosfera e
dall'interazione delle masse d’aria con la superficie della terra e con
quella del mare. La loro distribuzione durante l’anno è funzione della
zona climatica e varia grandemente da una regione all’altra. Anche la
variazione tra un anno e l’altro, per uno stesso periodo (variabilità
interannuale), può essere assai marcata.
o Oltre al valore cumulato di pioggia, per un ogni singolo evento, si può
anche misurare l’intensità, che viene espressa in mm h-1. Nei riepiloghi
giornalieri si riporta il solo valore totale, mentre nei riepiloghi mensili,
oltre al valore totale, si riporta anche il numero di giorni nei quali si è
verificata la pioggia.
o Importante considerare anche la frequenza, la durata ed i tempi di
ritorno che permettono di quantificare la probabilità che un certo
evento si ripeta nel tempo in una data località.

Classificazione
delle
precipitazioni

Caratteristiche delle piogge: la quantità
o Si esprime in millimetri di acqua caduta nell’intervallo di
tempo pari alla durata dell’evento.
o In media cadono su tutta la terra 1.000 mm di acqua,
ma vi sono zone dove si raggiungono i 12.000 mm ed
altre dove non piove mai.
o In Italia varia da 2.500-3.000 mm nelle Alpi orientali e
nelle Apuane, a meno di 500 mm nel Tavoliere pugliese,
nelle coste sud-occidentali della Sicilia ed in provincia
di Cagliari.
o La quantità consente solo una stima grossolana delle
potenzialità agricole di una area, in quanto altri
parametri influiscono sulla sua capacità di soddisfare le
esigenze evapotraspirative della coltura.

Caratteristiche delle piogge: l’intensità
o E’ espressa in quantità nell’unità di tempo (mm h -1 ).
o Ha grande importanza in idrologia per la previsione
delle piene e nel campo della conservazione del suolo in
quanto il fenomeno del ruscellamento in collina o del
ristagno in pianura si verificano quando l’intensità è
superiore alla velocità di infiltrazione nel terreno.
o Le piogge intense hanno quindi una efficacia molto
limitata e possono provocare gravi danni alla
conservazione del suolo ed anche alle colture (asfissia
radicale, etc.)
o Dall’intensità dipende l’erosività, cioè la capacità di una
pioggia di provocare erosione.
o La maggiore efficacia si ha con piogge di leggera
intensità, attorno ai 2 mm h -1

Distribuzione stagionale delle
precipitazioni

Regime
pluviometrico in
Italia
1
3
5
2
4

La pioggia utile
o La determinazione della pioggia utile presenta
numerose difficoltà legate al fatto che l'efficacia
dell'evento piovoso varia in funzione:
o della quantità di acqua precipitata
o della sua intensità
o delle caratteristiche del terreno
o Nel quaderno FAO n. 25 sono riportati diversi metodi
empirici, formule e relazioni semi-empiriche ed
empiriche per la stima delle piogge efficaci.

La misura
o La pioggia viene misurata in millimetri, che esrpimono lo
spessore che raggiungerebbe l’acqua caduta se si
depositasse su di una superficie piana, impermeabile e
senza evaporazione.
o Si ottiene quindi una misura unidimensionale, non riferita a
nessuna unità di superficie.
o Si precisa che:
1 mm di pioggia corrisponde a 1 l m-2 ed a 10 m3 ha-1

Pluviometro Totalizzatore
o E’ costituito da un
contenitore (che può
avere forma e
dimensioni variabili)
con una bocca tarata
o Sulle pareti è
segnata una scala per
la lettura diretta
della quantità di
pioggia caduta
o In altri tipi insieme
al contenitore è
fornito un recipiente
graduato in cui
versare l’acqua
raccolta

• Il contenitore può
avere dimensioni
variabili
• Il sistema di
raccolta è simile a
quello del
pluviografo
• Il sensore è un
piccolo interruttore
magnetico che a ogni
movimento delle
vaschette invia un
impulso al sistema di
acquisizione
Pluviometro

La grandine
o La grandine è considerare una idrometeora
estremamente dannosa. Apporta infatti pochissima
acqua al terreno, provocando al contempo ingenti danni
a seguito dell’impatto del chicco con la vegetazione.
o E’ particolarmente frequente nei mesi primaverili
estivi, quando può compromettere completamente la
produzione.
o E’ il risultato della condensazione di acqua negli elevati
strati dell’atmosfera con temperature di molti gradi
sotto lo zero, attorno a nuclei di condensazione
generalmente costituti da pulviscolo atmosferico. Ogni
granulo può permettere la formazione di un chicco di
grandine che sotto l’azione della forza di gravità cade
al suolo.
o Un elevato numero di nuclei permette la formazione di
molti chicchi di piccole dimensioni che non determinano
danni alla vegetazione

La grandine
o La grandine è considerare una idrometeora estremamente
dannosa. Apporta infatti pochissima acqua al terreno,
provocando al contempo ingenti danni a seguito
dell’impatto del chicco con la vegetazione.
o E’ particolarmente frequente nei mesi primaverili estivi,
quando può compromettere completamente la produzione.
o E’ il risultato della condensazione di acqua negli elevati
strati dell’atmosfera con temperature di molti gradi sotto
lo zero, attorno a nuclei di condensazione generalmente
costituti da pulviscolo atmosferico. Ogni granulo può
permettere la formazione di un chicco di grandine che
sotto l’azione della forza di gravità cade al suolo.
o Un elevato numero di nuclei permette la formazione di
molti chicchi di piccole dimensioni che non determinano
danni alla vegetazione

Evaporazione ed evapotraspirazione
o L’evaporazione consiste nel passaggio dell’acqua dallo stato liquido allo
stato di vapore. In natura l'entità di tale fenomeno dipende dalle
condizioni fisiche dell’ambiente (radiazione, temperatura, umidità, vento) e
dalla disponibilità d'acqua, che può essere a "pelo libero" (mari, laghi, fiumi
ecc.) o trattenuta in mezzo poroso (terreno e superfici varie).
o La traspirazione consiste nel passaggio dell’acqua contenuta negli
organismi (piante ed animali) dallo stato liquido allo stato di vapore. Tale
processo è regolato sia dalle condizioni dell’atmosfera sia da una serie di
meccanismi biologici (apertura-chiusura di stomi, pori cutanei, etc) che
tendono a mantenere gli organismi nelle condizioni migliori di idratazione.
o L’evapotraspirazione (ET) è l’effetto cumulato dell'evaporazione dalla
superficie bagnata, terreno e foglie, e della traspirazione d'acqua dalle
piante presenti su tale terreno.

Evaporazione ed evapotraspirazione (cont.)
o Quando ci si riferisce ad una superficie coperta da una coltura od in
genere da vegetazione sarebbe estremamente difficile distinguere le
due componenti ed il fenomeno viene considerato nel suo insieme.
o Sia l’evaporazione che la traspirazione sono funzione della quantità
d'energia che arriva alla superficie (radiazione solare), delle condizioni
dell’atmosfera (temperatura, umidità dell’aria , vento) e della
disponibilità d'acqua. L'ET segue l’andamento della radiazione solare e
della temperatura, sia nel corso del giorno che durante l'arco
dell'anno.
o L’evapotraspirazione è una componente essenziale del bilancio idrico e
viene utilizzata in combinazione con le precipitazioni per la
programmazione dell'irrigazione delle colture agrarie. A livello di
bacino l'ETR è impiegata per calcolare la perdita d'acqua, per stimare
le portate dei corsi d’acqua, per la progettazione dei bacini artificiali.
Nei modelli di produzione delle colture agrarie è impiegata come
elemento di base per il calcolo dei rendimenti.

Evapotraspirazione potenziale
o L'evapotrapirazione potenziale (ETP) rappresenta la quantità d'acqua
dispersa nell'atmosfera da una superficie di riferimento, quando l'acqua
non costituisce un fattore limitante. Ne consegue che le sole variabili
considerate sono quelle atmosferiche e, pertanto, può essere utilizzata
come indice ambientale.
o Per la stima della ETP possono essere applicate numerose formule a
partire dai dati meteorologici di comune reperibilità Tali formule possono
avere sia carattere empirico, che essere basate sul processo fisico della
evapotraspirazione.
o Nella pratica, poiché la misura diretta della ET è assai complessa, si
ricorre al calcolo giornaliero della ETP e, con l’applicazione di coefficienti
che tengano conto del tipo di coltura, si stima l'ETP delle colture
ETP coltura = ETP riferimento X Kc
o L’obiettivo dell’irrigazione è quindi quello di apportare acqua affinché i
valori di ETP coltura ed ETR siano uguali, evitando così alla coltura di
incorrere in periodi di stress idrico.

I periodi in
cui la
quantità di
pioggia è
uguale o
superiore
all’ETP sono
considerati
periodi
umidi,
mentre gli
altri periodi
di deficit
idrico.
Stagione di crescita
La FAO definisce periodo utile per la crescita quello durante il quale
le piogge sono uguali o superiori a 0.5 ETP. Si tratta di un sistema
valido nei climi tropicali, quando la crescita non è mai limitata dalle
basse temperature.

Valori di ETP

ETP della coltura
o L’ETP rappresenta in definitiva la domanda evaporativa
dell’atmosfera. Nelle reali condizioni di campo la situazione è
diversa da quella standard di riferimento e quindi i valori di
ETP devono essere raccordati con quelli della coltura
analizzata.
o Si utilizzano allora i coefficienti colturali (Kc) che
moltiplicati per (ETPo) forniscono i valori di ETP della
coltura (ETPc)
ETPc=ETPo x Kc
o I valori di ETPc rappresentano i fabbisogni idrici della
coltura e permettono di calcolare l’ET di punta, su cui è
necessario effettuare i calcoli delle portate irrigue per
evitare che si possano verificare insufficienze.

Relazione fra ETPo ed ETPc
o Le differenze fra le
colture sono
prevalentemente
dovute ad una maggiore
resistenza alla
traspirazione,
conseguente, ad
esempio, ad una
chiusura degli stomi
durante il giorno
(ananas) od alla
presenza di cera sulle
foglie (agrumi).

o Stadio iniziale: comprende la
geminazione, l’emergenza ed il
primo sviluppo fogliare, con il
terreno quasi del tutto scoperto
di vegetazione (0.3).
o Stadio di copertura: il rapido
sviluppo fogliare porta al
ricoprimento quasi completo del
terreno (fra 0.3 ed 1).
o Stadio di pieno sviluppo: la
copertura vegetale è al suo
massimo (>1).
o Stadio di maturazione: inizia con
la formazione dei semi e dei frutti
e con la senescenza del fogliame e
progredisce fino alla maturazione
piena (fra 1 e 0.3-0.5).
Valori di Kc

La misura
o Evaporazione, traspirazione ed evapotraspirazione si
misurano su base oraria (mm h-1) o su base giornaliera
(mm d-1).
o Per la misura dell'evaporazione si usano l’evaporimetro
o la vasca evaporimetrica,
o L’evapotraspirazione viene misurata con il lisimetro.
Data la laboriosità ed il costo dello strumento, l’ET è
spesso calcolata a partire dall'ETP, per la quale è
necessario conoscere variabili agrometeorologiche
standard.

Fattori influenti
o L’ET è un passaggio di stato e dipende dai seguenti fattori:
o Energetico, consistente nella disponibilità di energia per
il processo evaporativo
o Aerodinamico, relativo alla rimozione del vapore acqueo
dalle superfici evaporanti
o Oltre a questi fattori climatici generali, devono poi essere
aggiunti fattori che considerano le condizioni del terreno e
della vegetazione.
o Per cercare di descrivere l’ET in modo standardizzato, è
stata quindi introdotta l’evapotraspirazione potenziale (ETP)
che descrive al meglio i rapporti pianta-clima-atmosfera.

o I metodi seguenti sono stati modificati dalla FAO per
calcolare la ETP sulla base di medie su un periodo di 10-
30 giorni. Il valore ottenuto rappresenta la media
giornaliera di quel periodo.

Evaporimetro di classe A pan
• La vasca di classe “A”
americana è costituita da un
cilindro in acciaio galvanizzato
di 25,4 cm di profondità e di
120.7 cm di diametro e 0.8 cm
di spessore
• Il livello dell’acqua è misurato
tramite una sonda collegata a
un galleggiante, situata in un
pozzetto di calma per
diminuire l’effetto
dell’increspatura superficiale
dovuta al vento

Lisimetro

Vento
o Il vento è prodotto dallo spostamento di una massa d’aria. Tale
spostamento è determinato, sia alla scala della circolazione generale
dell’atmosfera sia a scala locale, da differenze di pressione
dell’atmosfera, che componendosi con il moto terrestre e con l’attrito
delle superfici danno luogo al vento.
o Il vento è una componente importante dei fenomeni meteorologici e la sua
distribuzione nel corso dell’anno segue degli schemi relativamente
ripetitivi, che rappresentano la circolazione generale dell’atmosfera.
o Nei riepiloghi giornalieri, il vento è indicato mediante il valore medio della
velocità (m s-1) o come vento sfilato (km), corrispondente alla distanza che
avrebbe percorso nel giorno una massa d’aria avente uguale velocità.
o Importante anche la conoscenza della direzione di provenienza, che può
essere espressa in termini di frequenza, considerando ad esempio una
misura ogni tre ore (8 misure il giorno). In questo caso la misura viene
espressa in gradi on in base la quadrante di provenienza (N, NE, SO).

Rapporti con le colture
o I principali effetti sulle colture sono: aumento della
evapotraspirazione, aumento del ricambio della CO2,
impollinazione e disseminazione, alterazioni
morfologiche, allettamento, stroncamento e
sradicamento, trasporto di sali, abrasione. Importante
anche il ruolo nella erosione eolica.
o Per la difesa dal vento si utilizzano i frangivento che
hanno lo scopo di proteggere interi appezzamenti o
comprensori intercettando le masse d’aria e deviandole
verso l’alto.

La misura
o Il vento è descritto da due componenti: l’intensità, che
si misura in metri al secondo o in nodi (1 nodo=0.514 m
s-1) e la direzione, che si esprime in gradi ed indica la
direzione di provenienza, posto il nord geografico
uguale a zero e il sud pari a 180°. Per indicare la
direzione del vento si usa quella di provenienza delle
masse d’aria.
o L’intensità del vento si misura con l’anemometro e la
direzione con il gonioanemometro (anemoscopio o
banderuola).

La velocità del vento – anemometro
o Si basa sulla rotazione di coppe o eliche che
raggiungono l’equilibrio cinetico con l’aria circostante
o Può essere costruito in alluminio o in plastica
o Due diversi tipi di trasduzione possono essere
impiegati: analogici o digitali
o Nel primo il moto è trasmesso a una bobina che produce
una tensione elettrica proporzionale alla velocità
o Nel secondo un dispositivo ottico o magnetico rileva il
numero di giri compiuti

a coppe a mulinello

La direzione del vento
Gonioanemometro o Anemoscopio
o E’ costituito da un sensore che viene
orientato nella direzione in cui si
muove la massa d’aria e da un
sistema di trasduzione
o Il sensore è costituito da una
banderuola, di varia foggia, ad asse
di rotazione verticale
o Il sistema di trasduzione è
normalmente costituito da un
potenziometro, ovvero una
resistenza il cui valore dipende dalla
posizione di un cursore, collegato
all’albero della banderuola, che si
muove lungo i contatti elettrici

Anemometro a filo caldo
o E’ un trasduttore termico capace di
rilevare la velocità del flusso
tramite una variazione di
temperatura, utilizzando un filo
riscaldato.
o Il trasduttore tipico è composto da
un filo di tungsteno o Platino
o Il filo è mantenuto a temperatura
costante. Il circuito produce una
corrente elettrica che varia in
funzione della velocità del vento, per
mantenere una temperatura
costante del trasduttore (150°C o
125°C)
o Se la velocità del vento aumenta, il
tasso di raffreddamento del filo
aumenta proporzionalmente. Così la
corrente di riscaldamento dovrà
aumentare per mantenere la
temperatura al livello desiderato

o Si basa sulla modifica delle
proprietà delle onde acustiche,
emesse da una trasmittente, in
relazione al moto dell’aria
o Una parte ricevente analizza
questa modifica e la converte
in un valore di velocità del
vento
o Esiste la versione
bidimensionale e
tridimensionale
Anemometro Sonico

Rappresentazione polare del vento

Scala di
Beaufort

Effetti del vento sulle piante (I)
o Aumento della evapotraspirazione. In aria ferma l’evaporazione è un
fenomeno di semplice diffusione, mentre se l’aria è in movimento il
processo viene fortemente accentuato in quanto vengono rimossi gli
strati di aria umida che altrimenti tenderebbero ad accumularsi sulle
superfici evaporanti.
o Inoltre il vento, deformando le foglie, causa alternate contrazioni ed
espansioni degli spazi intercellulari ed in particolare delle camere
sottostomatiche forzando il ricambio dell’aria interna con quella esterna
più secca. Si accentua così la traspirazione.
o Venti caldi invernali possono determinare l’appassimento dei boschi di
montagna. Lo scirocco è il responsabile della stretta dei cereali. Venti
caldi e secchi possono devitalizzare foglie, germogli ed anche il polline.
o Le piante arboree sono più esposte al vento e quindi deve essere scelta
opportunamente la loro ubicazione, l’orientamento dei filari, i sistemi di
allevamento, etc.

Effetti del vento sulle piante (II)
o Aumento della evaporazione. Analogamente all’effetto precedente, il
vento accelera la maturazione e l’essiccamento dei semi, l’essiccamento
dell’erba durate la fienagione, il prosciugamento superficiale del
terreno, etc.
o Aumento del ricambio della CO2. Con lo stesso meccanismo sopra
descritto, il vento favorisce il ricambio della CO 2 sia entro il mesofillo
che all’interno della canopy, con vantaggi per la fotosintesi.
o Impollinazione e disseminazione. I movimenti d’aria assicurano il
trasporto, su un raggio più o meno lungo, del polline, assicurando
l’impollinazione, e dei semi, assicurando la disseminazione.
o Alterazioni morfologiche. Le piante che si accrescono sotto l’influenza
di venti secchi non raggiungono mai un grado di turgidità tale da far
espandere lo loro cellule fino alla dimensione normale. Gli organi
risultano così ridotti, anche senza essere deformati. Lungo le coste od
in alta montagna la dimensione degli alberi è ridotta. In caso di venti
dominanti costanti, i tronchi risultano asimmetrici, per la formazione di
legno di compressione con anelli più sviluppati nella parte sottovento. La
chioma assume la forma a bandiera.

Tipica chioma a bandiera

Effetti del vento sulle piante (III)
o Allettamento. Fenomeno dannoso causato del vento su
piante erbacce, consistente nel coricamento degli steli
per piegatura o per allentamento delle radici.
o Stroncamento e sradicamento. Importante anche negli
alberi ed in certe piante erbacee; caduta di fiori.
o Trasporto di sali. Venti provenienti dal mare e che
trasportano particelle di cloruro di sodio sono molto
frequenti in Italia e provocano gravi danni alla
vegetazione data la forte tossicità del sale.
o Abrasione. Quando il vento trasporta particelle di
ghiaccio o di sabbia esercita una potente azione
abrasiva. Le cortecce possono essere abrase,
soprattutto pochi centimetri sopra il suolo.

Non
efficace
Efficace
Strutture dei frangivento