Una rassegna dei lavori scientifici pubblicati dai ricercatori di Fondazione CIMA nel corso del 2019… in attesa di quelli del prossimo anno!
Dai temi d’idrologia e idraulica a quelli della meteorologia, dalla mitigazione del rischio allo studio degli ecosistemi marini: in occasione delle festività di fine anno, proponiamo una rassegna delle ricerche condotte dalla Fondazione CIMA e pubblicate nel corso del 2019.
Studiare il manto nevoso
Per iniziare dagli studi più “invernali”, tre sono le pubblicazioni che riguardano la neve. Il primo è sull’applicazione di una particolare tecnica di data assimilation, una tecnica che consente di combinare i dati osservati con le informazioni fornite dai modelli previsionali per ottenere stime quanto più precise possibile dello stato del manto nevoso. Un dato estremamente importante, poiché dalle dinamiche di quest’ultimo dipendono, soprattutto in ambiente montano, la gestione della risorsa idrica, la possibilità di produrre energia idro-elettrica e la prevenzione delle alluvioni.
Il secondo è invece dedicato a un altro aspetto dell’idrologia della neve, e in particolare su come raccogliere i dati: non sempre, infatti, le aree d’interesse sono facili da raggiungere, soprattutto nelle regioni a orografia complessa e in condizioni climatiche avverse. I ricercatori della Fondazione CIMA hanno quindi esplorato la possibilità di utilizzare i satelliti impiegati nel progetto H-SAF per raccogliere informazioni a larga scala su manto nevoso. Lo studio, basato sui dati raccolti nel corso di due inverni in tre diverse regioni della Finlandia, dell’Italia e della Turchia, ha permesso di evidenziare la coerenza dei dati raccolti in situ rispetto a quelli raccolti dai satelliti, che dunque, seppur con alcune limitazioni (ad esempio, la presenza di nuvole che mascherano il terreno sottostante), possono essere un valido strumento per gli studi sul manto nevoso.
Infine, il lavoro pubblicato su Geophisical Research Letters cui ha partecipato Francesco Avanzi, ricercatore dell’ambito Idrologia e Idraulica, ha confrontato le simulazioni di un modello tridimensionale con misure microtomografiche di evoluzione della struttura della neve durante i periodi di fusione. Capire questo processo è fondamentale per predire meglio l’impatto di fenomeni alluvionali in ambienti montani.
Pioggia e alluvioni
Diversi lavori sono poi incentrati sulla modellistica per lo studio, la previsione e il monitoraggio delle precipitazioni e delle alluvioni, che rappresentano una delle principali aree di ricerca della Fondazione CIMA. È il caso della ricerca guidata dall’ambito di Meteorologia e Clima, i cui scienziati hanno analizzato il fenomeno estremo downburst, estremamente difficile da prevedere con i modelli attuali, per capirne i meccanismi alla base e, da questi, come migliorarne la previsione. Sempre per quanto riguarda gli eventi caratterizzati da un’intrinseca impredicibilità, le tecniche di data assimilation sono state esplorate per i sistemi convettivi a mesoscala, un tipo di temporale intenso, e nel campo delle previsioni delle flash flood sui piccoli bacini, per capire dove si concentreranno le precipitazioni alla base di questi fenomeni.
Quando si parla di precipitazioni, gli effetti del cambiamento climatico e degli inquinanti immessi in atmosfera sono un elemento fondamentale da tenere in considerazione. Proprio a questo è dedicato lo studio pubblicato su Scientific Reports, nel quale Anna Napoli, dottoranda dell’Università degli Studi di Genova che collabora con l’ambito Meteorologia e Clima e con il Dipartimento DISAT dell’Università di Milano-Bicocca, ha studiato la variabilità temporale della distribuzione di precipitazioni tra stazioni in quota e a valle dalla metà del secolo scorso, analizzando un ampio dataset che raccoglie i dati di oltre 3000 stazioni pluviometriche nelle Alpi italiane. Napoli e i suoi colleghi hanno potuto evidenziare che dalla metà del secolo scorso fino agli anni ’80 le piogge in pianura sono diminuite, mentre sulle alture non c’è stata alcuna riduzione. Nel periodo successivo, invece, le precipitazioni nelle zone montane si sono ridotte maggiormente rispetto alle zone pianeggianti. Se una diminuzione delle piogge nel Nord Italia è considerata un possibile effetto del riscaldamento globale in atto, il diverso comportamento tra precipitazioni ad altitudini diverse è invece una novità che è stata messa in relazione con la variazione di inquinanti nell’aria.
Dallo spazio alla Terra (e ritorno)
Alcune ricerche si sono poi unite a quelle sul manto nevoso nell’evidenziare l’importanza dei satelliti per integrare le informazioni che i modelli previsionali ricevono. Citiamo infatti anche lo studio condotto nell’ambito del progetto STEAM, nel quale i satelliti Sentinel dell’Agenzia Spaziale Europea sono stati impiegati in sinergia con le osservazioni ricavate dal sistema satellitare globale di navigazione per le tecniche di data assimilation sul modello meteorologico WRF per migliorarne l’accuratezza delle previsioni. Su base simile è stato condotto anche un altro lavoro, nel quale i satelliti Sentinel fornivano al modello WRF i dati sul vento, integrati con le informazioni sul vapore acqueo derivanti dal sistema satellitare globale di navigazione. In entrambi i casi, i satelliti si sono rivelanti una preziosa fonte d’informazioni per migliorare l’accuratezza delle previsioni.
Gli stessi satelliti, e più precisamente Sentinel-1, che raccoglie informazioni radar, hanno inoltre fornito i dati per lo studio che vede tra i suoi autori Luca Pulvirenti, referente dell’ambito Osservazione della Terra. I dati satellitari sono infatti impiegati per valutare, per un caso di studio, l’applicabilità di un algoritmo in grado di mappare le alluvioni non solo nei terreni non costruiti, ma anche in aree urbane, dove il monitoraggio è reso complesso dalla fitta presenza di edifici.
La relazione tra incendi e alluvioni può non essere intuitiva, ma i primi determinano una serie di cambiamenti nelle proprietà idrauliche del suolo, oltre ad alterare la vegetazione, che influenzano le seconde. Sono sempre i dati acquisiti con i satelliti della costellazione Sentinel ad aver permesso di valutare la gravità degli incedi nell’area di Montoro, in provincia di Avellino, nel luglio 2017 e stabilire, sulla base di questa valutazione, i principali fattori che hanno determinato quattro alluvioni nel paese nel corso dell’autunno dello stesso anno. In particolare, lo studio ha evidenziato come gli incendi aumentino la suscettibilità del suolo all’erosione, perché la presenza della vegetazione lo protegge parzialmente dall’erosione della pioggia: si tratta di un fattore importante da tenere da conto quando vengono stabilite le soglie di allerta per le precipitazioni.
Valutare il rischio
Ampia parte delle ricerche della Fondazione CIMA sono dedicate al rischio, soprattutto quello derivante dai fenomeni di origine naturale. Il rischio è un elemento complesso, e la valutarlo richiede di tenere in conto diversi parametri: qual è la probabilità che si verifichi un determinato evento? E se questo avviene, quali danni potrebbe subire l’area interessata?
La modellistica è fondamentale per cercare di rispondere in anticipo a queste domande. Infatti, il lavoro pubblicato dai nostri ricercatori sul Journal of Hydrology presenta una metodologia per la valutazione in tempo reale del possibile impatto delle flash flood basata su una catena di previsione che comprende un modello idraulico 2D e un modello di stima dei danni, che consente di valutare quantitativamente il potenziale impatto dell’alluvione in termini di persone coinvolte e perdite economiche. I risultati di questo tipo di previsioni, scrivono gli autori, consente di proporre anche un processo di decision making nel contesto operativo di protezione civile. Questo tipo di ricerche consente anche di migliorare i sistemi di allerta precoce, indagati in un articolo che presenta un confronto tra due diversi sistemi per la previsione in tempo reale del pericolo delle flash flood, applicati su tre grandi eventi che hanno colpito la Liguria nel 2014.
Sempre nel campo delle alluvioni, un’altra ricerca ha analizzato come i digital terrain model (rappresentazioni tridimensionali della superficie terrestre) possano essere usati per valutare l’impatto di un’alluvione.
Infine, un lavoro che vede tra i suoi autori Roberto Rudari, direttore del programma Valutazione Probabilistica Multi-Rischio e Dati di Danno della Fondazione CIMA, ha presentato la proposta di schemi che consentano di ovviare a una delle principali difficoltà della valutazione del rischio, ossia la raccolta e l’analisi dei dati a monte di tali valutazioni.
Gli studi su e per gli ecosistemi marini
L’ambito Ecosistemi Marini della Fondazione CIMA si dedica da anni allo studio del mare e dei suoi abitanti, con particolare riguardo ai cetacei. Proprio a loro sono dedicate tre pubblicazioni di quest’anno.
La prima, pubblicata a settembre su Scientific Data, descrive la costruzione del primo progetto mai realizzato nelle acque off-shore dell’Atlantico nord-occidentale sulla presenza dei mammiferi marini. Il progetto ha raggiunto una copertura geografica notevole, comprendendo un’area che va dalle Azzorre all’Arcipelago di Capo Verde, comprendendo tutta la Macaronesia. I dati, raccolti in modo sistematico, hanno consentito di ottenere informazioni sulla distribuzione di specie pelagiche poco conosciute. Il lavoro è stato condotto nell’ambito del progetto di ricerca portoghese CETUS, nato sulla scia del programma CETASMUS della Fondazione CIMA.
Anche la seconda ricerca, pubblicata si JMBA, è dedicata allo studio della distribuzione dei cetacei. A uno, in particolare: si tratta del delfino comune (Delphinus delphis), una delle specie più frequentemente avvistate nell’Atlantico nord-orientale ma rara nel Mediterraneo, e della quale è poco nota la distribuzione spaziale e temporale. I dati raccolti in cinque anni di monitoraggio hanno consentito di comprendere i drivers che ne determinano la distribuzione sia nelle acque costiere sia quelle oceaniche (evidenziandone l’assenza nell’area delle Canarie e di Capo Verde). I ricercatori hanno anche sviluppato dei modelli statistici che permettono di stabilire l’habitat della specie: combinati con i dati sulla distribuzione, questi modelli rappresentano un utile strumento per identificare le aree più importanti per la sopravvivenza del delfino comune, e sulle quali concentrare quindi gli sforzi per la conservazione.
Sempre ai cetacei è dedicato anche l’ultimo lavoro, nato da una spedizione scientifica effettuata nel Mar Ionio nel 2017 e guidata da uno dei nostri ricercatori, Massimiliano Rosso. Questa lavoro fornisce una prospettiva un po’ diversa dello steno (Steno bredanensis), una particolare specie di delfino di cui si sa ben poco: solo recentemente inserito tra i mammiferi marini che si possono osservare con regolarità nel Mar Mediterraneo Orientale, la sua distribuzione e abbondanza sono in gran parte ignote, ed è dunque difficile anche stabilire il suo stato di conservazione. Durante la spedizione del 2017 è stato possibile registrare le emissioni acustiche di uno steno, sulla base delle quali i ricercatori hanno studiato il pattern dei segnali di ecolocalizzazione (il sistema con cui molti cetacei e i pipistrelli emettono suoni e traggono informazioni dall’eco che ricevono in risposta) usati durante la caccia e nei comportamenti sociali.
Queste informazioni, oltre a raccontare molto della biologia e dell’etologia della specie, possono essere importantissime per il monitoraggio. È proprio sulle vocalizzazioni dei mammiferi marini, infatti, che si basa la strategia del monitoraggio acustico passivo (passive acoustic monitoring), che impiega idrofoni subacquei per individuare, monitorare e tracciare i cetacei.