Climatologia delle temperature ed eventi estremi estivi a ... - CNR

Climatologia delle temperature ed eventi
estremi estivi a scala nazionale e regionale
G. Bartolini 2 , M. Morabito 2 , T. Torrigiani 2 , M. Petralli 2 , L. Cecchi 2 ,
S. Orlandini 2 , M. Baldi 1 , D. Grifoni 1 , G. Dalu 1 , M. Pasqui 1 , G. Maracchi 1
1
Istituto di Biometeorologia, CNR, Firenze, Italia
2
Centro Interdipartimentale di Bioclimatologia, Università di Firenze, Italia
giorgio.bartolini@unifi.it
SOMMARIO: Diversi studi indicano che negli ultimi anni si è verificato un aumento degli eventi estremi di
temperatura in periodo estivo con possibili gravi ripercussioni sulla salute umana: l’estate 2003 ne è l’esempio
più eclatante. Sono stati analizzati gli episodi di ondate di calore sull’Italia e le estati più calde e
la loro correlazione con la posizione ed intensità dei due rami della corrente a getto. Sono stati quindi analizzati
i trend e alcuni indici climatici estremi in estate nel periodo 1955-2004 in Toscana. I risultati
mostrano un generale aumento degli eventi estremi e delle temperature, soprattutto nei valori massimi, sia
a livello di bacino che di regione, ed un aumento della variabilità interannuale. A livello locale la presenza
nella regione di moltissimi “sottoclimi” pone problemi di gestione importanti da qui l’esigenza di un
monitoraggio climatico e degli eventi estremi.
1IL PROBLEMA SCIENTIFICO
Pur se le ondate di calore (HW, Heat-waves)
sono una caratteristica familiare delle estati del
Mediterraneo (Colacino e Conte, 1995), tuttavia
negli ultimi 50 anni tutto il Bacino ed il Sud
Europa sono stati caratterizzati non solo da
periodi estivi di caldo anomalo (HS, Hot Spells),
ma anche dall’occorrenza di lunghe HW. In
aggiunta, ricerche recenti hanno sottolineato
come a livello mondiale ed europeo si stia assistendo,
insieme ad un aumento delle temperature,
proprio ad un aumento degli eventi estremi
(Beniston e Stephenson, 2004; Vose et al.,
2005). È esperienza comune che gli eventi estremi
di temperatura del periodo estivo hanno gravi
ripercussioni sulla salute umana (Haines et al.,
2006; Morabito et al., 2005): non molto lontano
nel tempo è l’esempio eclatante, soprattutto per
le vittime che ha provocato, dell’ondata di calore
del 2003 che ha interessato tutta l’Europa
Occidentale. In una regione come la Toscana,
densamente popolata, gli effetti più negativi di
questa ondata di calore si sono risentiti nelle
zone settentrionali e costiere dove gli estremi di
temperatura si verificano più raramente.
L’analisi dell’occorrenza di tali eventi estremi
sul territorio nazionale e la loro correlazione con
la circolazione atmosferica a grande scala, assieme
al monitoraggio climatico del territorio
regionale rappresentano il punto di partenza per
migliorare l’assistenza sanitaria in termini di
costi, prevenzione e sviluppo di programmi di
sorveglianza per i soggetti più a rischio. Questo
studio ha, quindi, un duplice scopo: 1) analizzare
gli episodi di ondate di calore sull’Italia e le
estati più calde e studiarne la correlazione con la
circolazione a grande scala e la corrente a getto;
2) analizzare il trend delle temperature e quello
di alcuni indici climatici estremi nel periodo
estivo (1955-2004), e studiare come le diverse
aree del territorio regionale “rispondono” al
cambiamento climatico in atto.
2 ATTIVITÀ DI RICERCA
2.1 Climatologia delle HW e circolazione a
grande scala
Allo scopo di individuare se vi siano state
variazioni a lungo termine della frequenza e/o
233

Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
dell’intensità delle HW, e per supportare l’ipotesi
che le HW siano un fenomeno legato alla
circolazione a scala regionale, sono state esaminate
le ultime 50 estati nel bacino del
Mediterraneo. L’analisi statistica degli eventi
caldi in termini di durata ed intensità è stata
svolta sui dati giornalieri di temperatura da stazione.
Le rianalisi ERA40 dell’ECMWF sono
state utilizzate per quantificare l’estensione e il
significato delle anomalie che determinano e/o
caratterizzano gli episodi di HW in
Mediterraneo. Tali episodi sono stati individuati
in base alla definizione di Klein Tank e
Konnen (2003) per cui si ha un’ondata di calore
(mese caldo) quando la temperatura giornaliera
(media mensile) supera il 90° percentile
per 6 o più giorni, avendo come periodo di riferimento
il 1961-1990 (Baldi et al., 2006).
2.2 Studio sulla Toscana: Indici climatici analizzati
e serie storiche disponibili
Sono stati scelti tre indici climatici di temperatura
per il periodo estivo (giugno-luglioagosto)
e due indici climatici estremi:
1. escursione termica giornaliera media
(DTR)
2. media delle temperature massime (TMax)
3. media delle temperature minime (TMin)
4. numero di giorni con temperatura massima
superiore al 90° percentile (TMax90)
5. massimo numero dei giorni consecutivi
con temperatura superiore al 90° percentile
(CTMax90)
Il database climatico utilizzato è composto da
dati giornalieri di temperatura minima e massima
del periodo 1955-2004 relativi a 41 stazioni
meteorologiche, distribuite uniformemente
in Toscana e collocate fuori dai centri urbani.
Le serie climatiche sono state sottoposte a controllo
e sono stati eliminati gli outliers.
Gli indici di temperatura estrema possono
essere definiti anche basandosi su soglie arbitrarie
ed assolute, ma queste sono applicabili
solo ad aree e climi specifici. Anche in questo
caso, quindi, è stato scelto di usare il 90° percentile
come espressione di anomalia rispetto
al periodo climatico 1961-1990 (Klein Tank e
Konnen, 2003).
Figura 1: Stazioni meteorologiche divise per aree.
2.2.1 Studio sulla Toscana: Metodologia impiegata
Allo scopo di verificare i diversi pattern di
cambiamento climatico sul territorio ed in
modo da poter, in un secondo momento, confrontare
i risultati tra le diverse zone la
Regione è stata suddivisa in 6 zone (Fig. 1).
Queste aree sono state definite in base all’
altitudine e a caratteristiche climatiche omogenee
precedentemente indagate. Per valutare
il trend ciascun indice è stato sottoposto, per
l’intera serie, a regressione lineare ed al test
non parametrico di Mann-Kendall. È stata
calcolata, inoltre, per ciascun indice, la deviazione
standard mobile su periodi di dieci anni
allo scopo di valutare anche i pattern di variabilità
interannuale. Quest’ultima è molto
importante perché fornisce informazioni sulla
variabilità di condizioni che ci sono tra un’estate
e l’altra.
3 RISULTATI RILEVANTI
3.1 HW ed HS nel Bacino Mediterraneo.
Dall’analisi della distribuzione per ciascun
mese estivo delle HW (Baldi et al., 2006)
risulta che oltre il 50% degli eventi si verifica
in giugno ed agosto. La distribuzione decennale
degli eventi mostra un aumento nella
decade 1991-2000 del numero di casi in agosto.
È stata poi esaminata la posizione dei due
rami della corrente a getto sul Mediterraneo e
la Scandinavia nel caso di anomalia positiva
di temperatura in estate. La Figura 2 mostra
234

Ricostruzione dei climi del passato
Figura 2: (a) Anomalie di T850 (isolinee) e del vento
zonale a 300hPa (ombreggiato) (differenza fra i mesi
estivi caldi e freddi). (b) Correlazione della T850 e del
geopotenziale a 300hPa in luglio ed agosto.
che nel caso di HS la differenza fra caso freddo
e caldo del vento zonale a 300hPa a nord
delle Alpi, è associata con l’anomalia di temperatura
sul Mediterraneo di circa 2-3°C e che
T850 e Geo300 sono correlati al 70-80%. Alti
valori di geopotenziale in quota favoriscono
subsidenza e quindi un riscaldamento adiabatico
della troposfera (Fig. 2).
Analogamente al caso delle HS, anche durante
le HW i due rami del getto sono a distanza minima
fra loro (Fig. 3) ed il getto “Mediterraneo” si
divide in due parti. In questa configurazione, che
ha una persistenza da 1 a 3 settimane, si forma
un’area anticiclonica che induce subsidenza e
riscaldamento adiabatico della troposfera.
Ora, poiché la correlazione fra la temperatura
osservata al suolo in Italia ed il campo di temperatura
a 850hPa nel Mediterraneo supera il
60%, possiamo dire che le HW in Italia sono
il sintomo a scala nazionale di episodi di HS
che interessano l’intero bacino Mediterraneo.
3.2 Trend a scala regionale: la Toscana
Nelle sei aree in cui è stata suddivisa la
Regione si è osservato, nel periodo estivo
1955-2004, un aumento delle TMax, delle
TMin ed un aumento degli indici climatici
estremi TMax90 e CTMax90. La DTR presenta
trend diversi a seconda della zona, nonostante
la maggior parte delle stazioni meteorologiche
presenti un trend positivo.
Considerando la totalità delle stazioni è stato
notato un aumento maggiore delle TMax
(+ 0.42 °C / decade) (Fig. 4) rispetto alle
TMin (+ 0.38 °C / decade), e quindi un leggero
aumento dell’escursione termica media. La
Figura 3: Giorni di HW nei mesi di agosto nel decennio
1991–2000: (a) Geopotenziale (isolinee) e vento zonale
(ombreggiato) a 300hPa; (b) vorticità relativa (isolinee
1×10 -5 1/s) e vento zonale a 300hPa (ombreggiato).
tendenza all’aumento dell’escursione termica
media è stata più evidente nelle zone di collina
interna (+ 0.25 °C/ decade). Le zone di collina
interna (Fig. 4) e quelle di pianura costiera
hanno mostrato il massimo aumento per
quanto riguarda la Tmax (+ 0.50 °C /decade).
In montagna è stato notato, invece, il minore
aumento (+ 0.3 °C / decade).
Per la TMin le zone collina costiera ed isole,
la pianura interna e la montagna hanno
mostrato il massimo aumento mentre quelle
di collina interna hanno fatto emergere
aumenti minori. L’indice TMax90 ha mostrato
aumenti maggiori nelle zone costiere di
pianura ed in quelle interne collinari con trend
positivi di circa +4 giorni/ decade In montagna
si è registrato l’aumento minore. L’indice
CTmax90 ha presentato pattern simili; le aree,
con il maggiore aumento sono state quelle di
collina costiera e le isole, quelle di pianura
costiera meridionale e quelle collinari interne.
Le aree di montagna hanno mostrato l’aumento
minore. La variabilità interannuale ha
mostrato un deciso aumento su tutta la
Regione per quanto riguarda i due indici
TMax90 e CTMax90 ed una diminuzione per
Figura 4: Trend di temperatura media delle massime in
Toscana (*** = significatività > del 99.9 %).
235

Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
il DTR. La variabilità interannuale degli altri
2 indici (TMax, TMin,) ha presentato risultati
fra di loro discordanti a seconda delle aree
prese in considerazione.
4 CONCLUSIONI E PROSPETTIVE FUTURE
Lo studio mostra un trend positivo sia a scala
di bacino che di regione nella frequenza ed
intensità degli eventi estremi in estate con differenze
significative, a scala regionale, fra le
diverse zone. Nelle ultime decadi in Europa
centro-settentrionale Vose et al., (2005) notano
un generale maggior aumento delle minime
rispetto alle massime, mentre i risultati di
questo studio indicano una tendenza, in estate,
all’aumento dell’escursione termica concordando
con quelli di altre ricerche secondo
le quali in Italia, specialmente nel nord, stanno
aumentando le massime più che le minime
(Brunetti et al., 2000; Kumar et al., 2005). Lo
studio a scala regionale rappresenta uno dei
primi tentativi di ricerca su come le diverse
aree del territorio regionale stiano “rispondendo”
al cambiamento climatico degli ultimi
anni. Il prossimo passo, verso una ulteriore
conoscenza del cambiamento climatico a
livello regionale potrebbe essere quello di
analizzare il trend delle temperature in altre
stagioni e nei singoli mesi. Lo studio a scala
di bacino rappresenta il punto di partenza non
solo per capire i meccanismi alla base delle
HW, ma anche per la messa a punto di un
sistema previsionale specifico.
5 RICONOSCIMENTI
La ricerca è stata in parte finanziata dal
Progetto ‘Effetti dei cambiamenti climatici
sugli ecosistemi costieri: la Tenuta
Presidenziale di Castelporziano come caso di
studio’, dell’Accademia delle Scienze. Il lavoro
a scala regionale è stato svolto nell’ambito
del progetto MeteoSalute finanziato dal
Servizio Sanitario Regionale della Toscana.
6 BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
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