La siccità rappresenta un fenomeno complesso, sia nelle sue dinamiche sia nei suoi impatti. Capirne le caratteristiche è fondamentale per poterla poi rappresentare nei modelli idrologici, che aiutano le previsioni e la gestione della risorsa idrica: è questo il tipo di studio condotto, durante il suo dottorato presso Fondazione CIMA, da Giulia Bruno
Che la siccità sia un fenomeno dagli impatti importanti e con il quale ci dovremo confrontare sempre di più è reso ormai chiaro anche ai non addetti. Dagli studi scientifici condotti finora emerge infatti come i cambiamenti climatici abbiano un ruolo importante nell’influenzarla, soprattutto nel bacino del Mediterraneo.
Come affrontarla, dunque? La risposta, come sempre per i fenomeni complessi, è che dobbiamo innanzitutto conoscerla e studiarla a fondo, trovando anche le metodologie più idonee per farlo. È in quest’ottica che si pone il lavoro portato avanti da Giulia Bruno, oggi post-doc al Leibniz Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) di Berlino, che proprio allo studio della siccità ha dedicato il suo percorso di dottorato per l’Università di Genova, svolto presso Fondazione CIMA. Analizzare il ciclo idrologico nella sua interezza, e riuscire poi a rappresentarlo in modo efficace nei modelli, è stato lo scopo del suo studio, di cui qui ripercorriamo i passi principali.
Un fenomeno complesso
Quello della siccità è un fenomeno complesso fin dalla sua definizione: il termine, infatti, racchiude in sé sia quella che tecnicamente è definita siccità meteorologica, cioè la scarsità di precipitazioni, sia la siccità descritta nei suoi impatti. Si parla quindi, per esempio, di siccità agricola, che definisce gli impatti sui suoli, di siccità idrologica, quando si fa riferimento alla disponibilità d’acqua nei fiumi e nelle falde, o ancora di siccità socio-economica quando si guarda agli impatti su società ed economia (si pensi all’approvvigionamento energetico e al possibile impatto della mancanza d’acqua sull’energia idroelettrica).
La siccità non è meno complessa se si guarda agli elementi che concorrono a influenzarla e caratterizzarla. Alcuni di essi sono da sempre al centro degli studi del fenomeno: è il caso della portata fluviale, perché ovviamente la scarsità d’acqua in un corso d’acqua dice molto della sua disponibilità nel territorio. Altri, invece, hanno iniziato a essere presi in considerazione solo in tempi relativamente più recenti, grazie alle innovazioni tecnologiche – in particolare satellitari – che permettono di raccogliere i dati al riguardo, altrimenti difficili da avere a larga scala.
Il ruolo delle acque sotterranee
«Il mio lavoro si è concentrato in particolare sull’evapotraspirazione, cioè l’acqua che evapora dal terreno, anche attraverso la traspirazione delle piante, e sull’acqua sotterranea durante i periodi di siccità», spiega Bruno. Quest’ultima non ha un ruolo trascurabile: infatti, l’acqua del sottosuolo influenza l’acqua disponibile per le piante, e anche quella necessaria per alcune attività umane. «La prima domanda cui abbiamo cercato di rispondere, quindi, riguardava proprio questi due elementi: le variazioni di evapotraspirazione e delle acque sub-superficiali influenzano l’evolversi di un periodo di siccità?».
Per rispondere, Bruno ha analizzato i dati disponibili per alcuni dei principali bacini italiani (sono oltre 100 quelli analizzati), nel periodo compreso tra il 2010 e il 2019. I risultati mostrano come, nella maggior parte degli anni siccitosi, il deficit di portata (quindi l’acqua che scorre nei fiumi) dei bacini fluviali è inferiore a quanto ci si aspetterebbe dal deficit di precipitazione. Ciò significa che, in qualche modo, negli anni in cui la precipitazione è stata scarsa la vegetazione, ma soprattutto il serbatoio nel sottosuolo, hanno sopperito al deficit di precipitazione, alleviando così anche il deficit di portata.
«Questo perché, negli anni secchi, la portata che abbiamo è principalmente dovuta all’acqua che era immagazzinata nel sottosuolo e che torna in superficie. Da questo emerge l’importanza dei serbatoi del sottosuolo ma anche la loro vulnerabilità durante i periodi siccitosi, che li mettono “alla prova”, attingendo alle riserve che rappresentano», spiega la ricercatrice.
Rappresentare la siccità nei modelli idrologici
In una seconda parte delle indagini (i cui risultati sono stati presentati all’EGU General Assembly 2023, il principale congresso internazionale di geoscienze), il campo di lavoro si è ristretto al solo bacino del Po, il principale della nostra penisola. E, al contempo, si è spostato verso gli aspetti più prettamente modellistici: l’obiettivo era infatti capire come il modello idrologico Continuum, sviluppato da Fondazione CIMA, riuscisse a rappresentare i periodi di siccità per supportare al meglio la gestione della risorsa idrica nei periodi di scarsità. La valutazione si è svolta su un periodo di 13 anni, dal 2010 al 2022, e ha dunque compreso la siccità dello scorso anno – la più grave rispetto a tutto il periodo analizzato.
«Ciò che è emerso è che Continuum è in grado di rappresentare molto bene, in termini di simulazione della portata fluviale e di altre variabili rilevanti, i periodi in cui l’acqua è abbondante e quelli in cui la siccità è moderata, come avvenuto per esempio nel 2012 e nel 2017. Le cose si complicano invece quando la siccità si fa severa, come avvenuto appunto nel 2022», spiega Bruno. «Questa difficoltà dei modelli idrologici di rappresentare le siccità più intense è un problema che risulta ricorrente nella letteratura scientifica, e si conferma dunque come una lacuna su cui lavorare; per il mio lavoro di dottorato, il passo in più che abbiamo voluto fare è stato cercare di capire perché ciò avvenga».
Entrano qui in gioco i dati satellitari che, come accennato all’inizio, permettono di ricavare informazioni anche su variabili difficili da indagare e quindi spesso rimaste un po’ neglette nello studio della siccità. Si tratta, ancora, dell’evapotraspirazione e dello stato del serbatoio sub-superficiale. Come avevamo già avuto modo di raccontare, infatti, è proprio il remote sensing satellitare che oggi permette di stimare, per esempio, variazioni delle acque sotterranee, basandosi sui dati di variazione del campo gravitazionale terrestre. Questo consente di raccogliere misurazioni anche su aree e variabili difficili da stimare con sensori a terra. D’altronde, vale la pena ricordarlo, i satelliti sono un valido supporto anche a integrazione della raccolta di dati che pure possono essere raccolti con relativa semplicità dai sensori a terra, quali precipitazione e portata dei fiumi.
Acque sotterranee, evapotraspirazione e il ruolo delle attività umane
«Proprio analizzando questi dati ci siamo accorti che, in particolare, il modello ha difficoltà a stimare l’evapotraspirazione durante i fenomeni più intensi. Questo fa sì che un modello calibrato durante un periodo di siccità moderata non risulti affidabile in caso di fenomeni più intensi. La ragione è, molto probabilmente, la mancanza della “componente umana” nella rappresentazione del ciclo idrologico», continua Bruno. Le nostre attività, infatti, hanno un ruolo sostanziale nell’influenzare la disponibilità d’acqua: l’irrigazione, per esempio, altera in modo diretto l’evapotraspirazione.
Un’ultima parte dello studio è stata affrontata con una collaborazione tra l’Istituto per la protezione Idrogeologica del CNR (CNR-IRPI), il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agrarie, Alimentari, Ambientali e Forestali (DAGRI) dell’Università di Firenze, il Dipartimento di Informatica, Bioingegneria, Robotica e Ingegneria dei Sistemi (DIBRIS) dell’Università di Genova e Fondazione CIMA. Insieme, il team di ricerca ha iniziato a indagare un altro aspetto: se finora, infatti, il discorso si è concentrato sui fattori che influenzano l’intensità della siccità, e la nostra capacità di rappresentarla, cosa si può dire della durata della siccità? In altre parole, cosa succede quando si prolunga nel tempo? Come è facilmente intuibile, una siccità che perdura negli anni ha impatti molto più profondi sugli ecosistemi; l’aspetto meno immediato, però, è che tali effetti sono più gravi anche rispetto a quanto ci si aspetterebbe dai singoli anni di scarsità d’acqua. Purtroppo, non mancano gli esempi al riguardo, come quelli forniti da California, Cile, Australia.
Ecco allora che il team di ricerca ha cercato di studiare il fenomeno delle siccità pluriennali anche in Europa, notando come siccità pluriennali verificatesi in passato in alcuni bacini idrografici abbiano avuto effettivamente impatti particolarmente gravi, con drastiche riduzioni delle portate dei bacini. Ma perché? Quali sono i meccanismi alla base di queste dinamiche?
«Le abbiamo collegate a un aumento dell’evapotraspirazione. In breve, cercando di dare il quadro completo: nel caso delle siccità moderate, il contributo della falda idrica attenua il deficit d’acqua – e abbiamo insegnato ai modelli a ricreare questa dinamica. Nel caso di siccità più intense o più prolungate nel tempo entra però in gioco anche la componente della vegetazione e si presentano anomalie di evapotraspirazione, che può risultare aumentata a causa di diversi meccanismi. Per esempio, c’è il fattore antropico rappresentato dall’irrigazione, oppure può dipendere dal fatto che le piante rispondono alle siccità su scale temporali più lunghe, utilizzando anche l’acqua proveniente dagli strati più profondi del sottosuolo», conclude Bruno. «Al momento, i modelli idrologici riescono a rappresentare questi fenomeni solo in modo semplificato, e questo implica aprire nuove strade di ricerca, strade che ci permettano per esempio d’includere meglio la componente antropica nella rappresentazione del ciclo idrologico».