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Journal of Silviculture and Forest Ecology

 
Forest@ - Journal of Silviculture and Forest Ecology
vol. 2, pp. 74-84 (Mar 2005)

Matera Meeting (2004)
Climate change and pollution: effects on the southern Italian forests
Guest Editor: Elena Paoletti

Research Articles

*Climatic indicators of desertification in Basilicata, Italy

B. Bove(1)Corresponding author, P. Brindisi(2), C. Glisci(3), G. Pacifico(2), M.L. Summa(4)

 

Abstract

Climate changes such as the increase, in intensity and frequency, of extreme phenomena - hurricanes, thunder storms, flooding, drought -, of temperature and of biodiversity loss can influence land morphogenetic processes and prime a severe decreasing of natural resources such as the desertification. Desertification, that is the progressive loss of large areas of globe removed from human activities, is one of the most urgent problems in the last decades and is a phenomenon occurring on the most part of Mediterranean countries, such as Italy and in particular its Southern area. The most interested areas and regions are: Sicily, Sardinia, Pelage island, Pantelleria, Egadi island, Ustica, Calabria and Basilicata. The National Action Plane against Desertification (in Italian PAN) calls for synergy between resources and expertises of Basilicata Regional Office, APAT, ARPAB and research organizations for monitoring the Desertification Status Indicators. ARPAB monitoring Section developed a project to monitor indices and indicators. In this project, we focused on climatology, that is the study of climate and its variability; in particular we characterized rainfalls regimes, homogeneous rainfall areas and extreme rainfall events. Until now, this study produced historical trends of temperature and rainfall, and maps of indicators of desertification, in particular annual maps of aridity, and monthly and quarterly maps of drought. The analysis of the thematic maps of precipitation, drought and aridity gave us the possibility of evaluating the Region Basilicata tendency to the desertification phenomenon and, in particular, by considering the climatic and morphological variability. Concerning the observation periods (80 years of precipitations, 10 years of aridity, last 3 years of drought data) the region susceptibility to drought and aridity is higher in the NW and SE areas as compared to the Apennine areas on the NE-SW direction.

Keywords: Desertification, Climatic indicators, Maps, Drought

Premessa 

La possibilità di migliorare la conoscenza dei meccanismi di risposta del sistema climatico alle forzature esterne e di ottenere previsioni della variabilità annuale ed interannuale del clima e dei cambiamenti climatici su scale decennali e secolari ha un assoluto rilievo nel campo della ricerca ed un chiaro impatto socio-economico a livello globale. In meteorologia, il miglioramento della previsione delle precipitazioni intense, su scala regionale e locale, riveste un interesse primario per la programmazione delle attività umane, la mitigazione dei danni, la valutazione dell’impatto sull’ambiente e il territorio. Il clima e la climatologia giocano un ruolo fondamentale nei processi di modellamento e di degrado del territorio. L’irregolare distribuzione delle precipitazioni durante l’anno, il manifestarsi di eventi estremi e la natura fuori fase delle stagioni vegetative e della pioggia nelle zone semiaride ed aride del Mediterraneo sono i fattori principali che contribuiscono alla degradazione del territorio ([2]).

In questa ottica si è ritenuto opportuno, per caratterizzare lo stato della desertificazione della regione Basilicata relativamente alle condizioni climatiche e morfologiche, considerare alcuni fenomeni direttamente legati alle caratteristiche del clima (quali l’aridità e la siccità) e alla morfologia del suolo (quale l’acclività).

Strategie di monitoraggio 

La creazione di un sistema evoluto di monitoraggio del territorio al fine di guidare la pianificazione dell’uso delle risorse ambientali coinvolte, di controllare i fattori di pressione legati alla desertificazione, attraverso l’analisi dei dati in situ, e l’applicazione dei modelli di bilancio idrico associati all’uso dei modelli previsionali meteorologici è la base della strategia di monitoraggio e di verifica dell’efficienza delle misure di mitigazione, adottata nel seguente studio. L’applicazione congiunta di metodi di rilevamento strumentale dei dati e di metodologie di telerilevamento da satellite consente di aggiornare in breve tempo le basi dati per valutare la vulnerabilità del territorio ai processi di degradazione e di monitorare i campi delle principali grandezze meteorologiche, permettendo di aumentare ed ottimizzare i dati di input dei modelli di bilancio idrico e rappresentare con maggiore fedeltà la realtà sul territorio. La desertificazione è la conseguenza di una serie di importanti processi di degradazione del suolo, ragion per cui gli indicatori atti a descrivere il fenomeno devono essere in grado di leggere le molteplici informazioni derivanti dal territorio, includendo immagini satellitari, dati topografici (mappe DEM), dati climatici, geologici e pedologici oltre agli schemi di utilizzazione del suolo per quanto riguarda l’impatto degli aspetti socio-economici, specialmente nelle zone dove l’acqua è il fattore limitante principale per il rendimento del suolo stesso. A livello regionale possono essere utilizzati indicatori chiave per la stima della capacità del suolo a resistere a processi di degradazione oppure per valutare l’idoneità del suolo a supportare specifici usi. Tali indicatori possono essere suddivisi in quattro categorie che definiscono la qualità del suolo, la qualità del clima, la qualità della vegetazione e la qualità della gestione. Come già ribadito, l’indicatore di stato sul quale si è focalizzata l’attenzione del seguente progetto è stata la climatologia, ed in particolare gli indici di aridità, di siccità e l’analisi dei trend storici di temperatura e di precipitazione.

L’ariditàè una caratteristica climatica determinata dalla contemporanea scarsità della pioggia (aree con precipitazioni annue dell’ordine dei 200-500 mm) e dalla forte evaporazione che sottrae umidità al terreno ([5]). La siccitàè invece un fenomeno che colpisce anche aree non aride quando le precipitazioni sono sensibilmente inferiori ai livelli normalmente registrati: tale eventualità può determinare condizioni di degrado del territorio producendo danni a tutti i settori produttivi ([5]). Mentre infatti gli ecosistemi naturali hanno generalmente la necessaria capacità di recupero per superare periodi di siccità, i settori produttivi che dipendono da un costante apporto di acqua possono essere danneggiati.

Il sistema di monitoraggio 

Le attività di monitoraggio svolte dal Settore IMPC in relazione al controllo della desertificazione in Basilicata si sono basate sull’osservazione ed elaborazione dei dati idro-termo-pluviometrici acquisiti in tempo reale dalla centrale del Servizio Idrografico e Mareografico e sulla lettura delle memorie solide di acquisizione dei dati in remoto. Il sistema, per quanto riguarda il monitoraggio degli indicatori climatici sopra menzionato si è articolato in tre attività fondamentali:

  1. Acquisizione e gestione di dati meteorologici da quadro sinottico e da modelli numerici.
  2. Calcolo di indici climatici di desertificazione.
  3. Metodi geostatistici di kriging spaziale e realizzazione di mappe e bollettini tematici a scala regionale.

I dati acquisiti in tempo reale dalle stazioni di misura (Fig. 1) collegate con la Centrale ARPAB di Potenza hanno consentito sia di calcolare gli indici di siccità e aridità e elaborare la loro distribuzione regionale relativamente a brevi periodi di osservazione, sia di analizzare i trend storici di temperatura e precipitazione.

Fig. 1 - Distribuzione sul territorio regionale delle stazioni termo-pluviometriche in telemisura del Servizio Idro-mareografico dell’ARPAB.
 
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Metodologia di analisi 

L’individuazione delle aree vulnerabili alla desertificazione a causa della variabilità climatica e morfologica ha richiesto il ricorso a metodologie standardizzate in grado di definire specifici indici.

Considerate la complessità e la molteplicità delle cause e dei processi di degradazione del territorio e la contestuale esigenza di pervenire ad indici oggettivi ed effettivamente applicabili (indipendentemente dall’estensione del contesto territoriale di interesse) ed almeno in una prima fase di semplice struttura matematica e immediato riscontro fisico. In tal senso, l’approccio metodologico seguito si è basato sulla definizione sistematica di pochi indici e sulla determinazione della loro distribuzione territoriale.

Le condizioni atmosferiche che caratterizzano un clima vulnerabile alla desertificazione sono quelle che creano un ampio deficit di acqua e cioè dove l’evapotraspirazione potenziale (ETp) è molto maggiore della Precipitazione (P). Queste condizioni sono valutate da diversi indici di aridità e di siccità.

Uno degli indici più semplici e più usati fra quelli proposti in letteratura per quantificare lo stato di siccitàè l’indice standardizzato di precipitazione (Standardized Precipitation Index) o SPI. L’indice SPI ([4]) viene utilizzato per monitorare un deficit di precipitazione su scale temporali diverse misurando una anomalia di precipitazione. Essendo un indice standardizzato (quindi non influenzato dal dato medio di pioggia del sito considerato) ha il merito di poter confrontare stazioni climatologicamente differenti, e risulta essere il più idoneo a valutare la siccità ([3] - eqn. 1):

\begin{equation} SPI_{T,\Delta t} = \frac{\sum (X_{T,\Delta t} - \bar{X}_{T,\Delta t})}{\sum (X_{T,\Delta t}} \end{equation}

dove XT,Δt= precipitazione totale, relativa al mese t, cumulata sui t mesi precedenti; XmT,Δt= precipitazione media, relativa al mese t, cumulata sui t mesi precedenti; ST,Δt = scarto quadratico medio della precipitazione totale, relativa al mese t, cumulata sui t mesi precedenti.

Tra gli indici semiempirici usati per valutare l’aridità sono stati utilizzati due tra i più semplici noti in letteratura:

  • l’indice agrometeorologico di De Martonne: ID = P / (T + 10) ([1]), che calcola un indice di aridità, facendo il rapporto fra i mm di acqua caduti mediamente in un anno (P) e la temperatura media annua (°C) accresciuta di 10;
  • l’indice di Crowther: IC = P - 3.3 T ([1]), che riguarda il bilancio fra precipitazione (totale annuo in cm) ed evaporazione, anche se quest’ultima è stimata indirettamente dalla temperatura (media annua in °C) ed anch’esso, quindi, è attinente alle condizioni di aridità.

L’ analisi delle serie storiche di temperatura è stata effettuata analizzando i valori di precipitazione media annua registrati dalle 46 stazioni termo-pluviometriche distribuite sul territorio regionale (Tab. 1). Al fine di valutare l’andamento delle precipitazioni relativo all’ultimo decennio, dal 1991 al 2000, caratterizzato da una generale penuria di precipitazione nell’area di interesse, è stata presa in considerazione l’intera serie storica dei dati di precipitazione annua a partire dal 1921 fino al 2000 effettuando una comparazione fra gli stessi.

Tab. 1 - Dati relativi alle stazioni termo-pluviometriche lucane e rapporto tra le precipitazioni medie annue dell’ultimo decennio (A, 1991-2000) e quelle dell’ultimo ottantennio (B, 1921-2000).
Stazione Comune Quota
(m slm)
rapporto
A/B
Pomarico Pomarico 455 0.41
Cogliandrino Lauria 700 0.61
Albano di Lucania Albano di Lucania 824 0.62
Cancellara Cancellara 620 0.69
Ferrandina Ferrandina 492 0.72
Lagonegro Lagonegro 666 0.79
Tricarico Tricarico 698 0.80
Valsinni Valsinni 250 0.82
Pisticci Pisticci 364 0.82
Noepoli Noepoli 416 0.82
Cersosimo Cersosimo 563 0.82
Nova Siri Nova siri 830 0.83
Irsina Irsina 533 0.83
Cognato Calciano 557 0.83
Matera Matera 450 0.84
Lauria Inferiore Lauria 630 0.84
Trecchina Trecchina 500 0.85
Senise Senise 330 0.87
Calvello Calvello 700 0.87
Potenza Potenza 811 0.87
Grassano Grassano 577 0.88
Maratea Maratea 300 0.89
Caldera Calvera 660 0.91
Agromonte C. C. Episcopia 500 0.94
Mezzana di Lucania San Severino Lucano 884 0.94
Grottole Grottole 481 0.95
Armento Armento 566 0.96
Aliano Aliano 497 0.98
San Giorgio Lucano San Giorgio Lucano 416 0.98
Stigliano Stigliano 700 0.98
Roccanova Roccanova 654 0.98
San Mauro Forte San Mauro Forte 410 0.99
Tolve Tolve 568 0.99
Castronuovo S.Andrea Castronuovo 660 1.00
Torre Accio Bernalda 140 1.00
San Nicola d’ Avigliano Avigliano 848 1.01
San Severino Lucano San Severino Lucano 884 1.02
San Martino d’Agri San Martino d’Agri 661 1.02
Tramutola Tramutola 654 1.03
Carbone Carbone 685 1.06
Acquafredda Maratea 86 1.07
Vaglio di Lucania Vaglio Basilicata 933 1.10
Calciano Calciano 450 1.12
Missanello Missanello 560 1.14
Tursi Tursi 348 1.29
Nova Siri Scalo Nova siri 500 1.29
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A tal proposito è stato calcolato su scala decennale un indice di siccità dato dal rapporto fra la precipitazione media annua calcolata sulla base dei dati riferiti all’ultimo decennio indicata con A, rispetto al valore medio di precipitazione annua relativo all’intera serie dei dati indicato con B.

Risultati e discussione 

L’indice decennale di aridità, anche se di semplice struttura, costituisce un parametro di facile determinazione che consente di dare una valutazione di massima sul possibile manifestarsi di una tendenza negli anni ad una riduzione delle precipitazioni. Il rapporto tra le due grandezze in esame è nella maggior parte dei casi minore dell’unità, a dimostrazione che nell’ultimo decennio si sono registrate precipitazioni generalmente inferiori alla media di lungo periodo assunta come valore atteso di riferimento nell’ipotesi di stazionarietà del fenomeno (Tab. 1). Inoltre anche nei casi in cui il valore del rapporto è maggiore dell’unità, il surplus è di poche unità percentuali.

Al fine di estendere l’informazione relativa ai siti sede di stazione pluviometrica, anche alla restante parte del territorio regionale, è stata effettuata un’interpolazione dei dati, realizzando le mappe in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4. L’esame delle tavole (in particolar modo quella relativa al rapporto A/B, Fig. 4) sembrerebbe confermare la tendenza alla riduzione delle precipitazioni negli anni recenti, rispetto agli anni passati. L’esame delle mappe di precipitazione, sia quella riferita all’ultimo decennio (Fig. 2) sia quella riguardante l’ultimo ottantennio (Fig. 3), mostra una distribuzione delle medie annue di pioggia tali che l’area S-W, della regione corrispondente alla costa tirrenica, riceve un quantitativo di precipitazione superiore rispetto alla fascia con andamento E-SE, corrispondente ai comuni della collina materana. Questa considerazione ha reso necessario verificare se l’aridità valutata per un periodo più lungo, a scala decennale, seguisse una distribuzione analoga a quella delle precipitazioni dell’ultimo decennio. In tal senso sono stati elaborati quattro grafici illustranti l’andamento dell’indice di aridità ID per il decennio 1994-2003 utilizzando i dati delle stazioni termo-pluviometriche di Noepoli, Maratea, Matera e Potenza (Fig. 5). Noepoli è stata scelta come stazione rappresentativa delle condizioni di aridità per un’area collinare. Il comune è, infatti, ubicato su un’altura che domina la valle del Sarmento e si apre sul Parco Nazionale del Pollino. L’indice di aridità decennale per la stazione di Noepoli si colloca tra condizioni intermedie di semi-aridità e sub-umidità. L’indice relativo alla stazione di Maratea si è mantenuto in condizioni di sub-umidità per quasi l’intero decennio di studio, fatta eccezione per il 2000. La variazione di aridità decennale per la stazione di Matera, contrariamente alla precedente stazione, ma in linea con le aspettative, è stata poco significativa, in quanto il regime climatico è stato per la gran parte del decennio di tipo semi arido ed arido. La stazione di Potenza, che si colloca in un’area centrale rispetto ai due estremi sud-occidentale e sud-orientale rappresentati da Maratea e Matera, ha un andamento dell’indice che si mantiene sempre al di sopra delle condizioni di aridità ed oscilla tra la due fasce umida e sub-umida.

Fig. 2 - Mappa di distribuzione delle precipitazioni nel periodo 1991-2000 in Basilicata.
 
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Fig. 3 - Mappa di distribuzione delle precipitazioni nel periodo 1921-2000 in Basilicata.
 
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Fig. 4 - Mappa di distribuzione del rapporto A/B in Basilicata, dove A = precipitazioni nel periodo 1991-2000, B = precipitazioni nel periodo 1921-2000.
 
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Fig. 5 - Indice di aridità De Martonne (ID) elaborato per il decennio 1994 -2004, rispettivamente per le stazioni termo-pluviometriche di Matera, Maratea, Noepoli e Potenza (linea bianca). I valori dell’indice ID compresi tra 0 e 15 (linea marrone), definiscono un clima arido, tra 15 e 20 un clima semi arido (intervallo compreso tra la linea marrone e la linea rossa), tra 20 e 30 un clima sub-umido (intervallo compreso tra la linea rossa e la linea verde), infine valori superiori a 30 un clima umido (linea verde).
 
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Le mappe regionali di siccità (SPI) elaborate per trimestri relativamente al triennio di studio 2001-2003 (Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8) mettono in luce due considerazioni principali. La prima è che l’andamento della siccità nel triennio in esame e quindi la conseguente distribuzione delle precipitazioni è analoga sia alla distribuzione dei valori medi annui delle precipitazioni avute in regione nell’ultimo ottantennio (1921-2000, Fig. 4) sia a quella registrata nell’ultimo decennio (1991-2000, Fig. 3). Infatti si osserva che la distribuzione dei valori minimi e massimi di precipitazione è tale che la fascia orientale della regione, identificata come “Collina Materana” è stata caratterizzata dai valori più bassi di precipitazione media; al contrario l’area sud-occidentale, corrispondente alla costa tirrenica, ha ricevuto i valori più elevati di precipitazione media nello stesso periodo. La seconda è che, relativamente ai singoli trimestri, il periodo nel quale la siccità ha raggiunto un maggior grado di severitàè stato il quarto trimestre del 2002.

Fig. 6 - Mappe di Standardized Precipitation Index (SPI) per i quattro trimestri del 2001. Il verso della freccia indica valori crescenti di siccità.
 
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Fig. 7 - Mappe di Standardized Precipitation Index (SPI) per i quattro trimestri del 2002. Il verso della freccia indica valori crescenti di siccità.
 
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Fig. 8 - Mappe di Standardized Precipitation Index (SPI) per i quattro trimestri del 2003. Il verso della freccia indica valori crescenti di siccità.
 
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L’aridità calcolata secondo l’indice Crowther (IC) evidenzia come nella regione il fenomeno sia stato più intenso nel 2001 (Fig. 9) e che per tutto il triennio di osservazione la conformazione morfologica della regione (Fig. 10) ha influenzato fortemente l’aridità.

Fig. 9 - Mappe di indice di aridità Crowther (IC) relativamente agli anni 2001, 2002 e 2003 e colonna delle classi di aridità riportante gli intervalli di variazione dell’Indice IC con i relativi colori. Il verso della freccia indica valori di aridità crescenti.
 
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Fig. 10 - Modello digitale del terreno prodotto dal Ministero dell’Ambiente e Territorio.
 
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Conclusioni 

La conoscenza della distribuzione regionale su diverse scale temporali degli indici di aridità e di siccità unita all’analisi delle condizioni morfologiche del territorio ha consentito un primo screening dell’area lucana, basato sull’attribuzione degli stessi parametri in ciascuna porzione elementare considerata. È necessario puntualizzare che le informazioni acquisite dallo studio degli indici prescelti sono indicative soltanto della condizione climatica e morfologica delle aree e della loro diversa predisposizione nei riguardi di un eventuale innesco del processo di desertificazione.

La regione è divisa in due zone da un asse ad andamento appenninico, ad est del quale si colloca una zona morfologicamente pianeggiante con elevati valori di aridità, ad ovest dello stesso corrisponde una zona montuosa con bassi valori di aridità (Fig. 10).

I risultati ottenuti in questa analisi preliminare evidenziano come la metodologia applicata rappresenti un valido approccio per valutare il rischio desertificazione in funzione di variabili morfologiche e climatiche. La creazione di mappe tematiche può indubbiamente fornire agli operatori del settore un importante supporto decisionale per mettere in opera gli interventi tecnici più razionali atti a garantire la conservazione dei suoli e della loro fertilità.

In una fase successiva dello studio, l’introduzione di altri indicatori di stato del fenomeno quali il suolo, la vegetazione e le attività socio-economiche consentirà di valutare in maniera completa il rischio di desertificazione.

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Ministero dell’Ambiente (1999). Comunicazione Nazionale per la Lotta alla Siccità e Desertificazione. Deliberazione del CIPE n.154 del 22/12/1998.
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Authors’ Address

(1)
B. Bove
Direttore Tecnico ARPAB, Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente di Basilicata, via della Fisica 18C/D, I-85100 Potenza (Italy)
(2)
P. Brindisi, G. Pacifico
Responsabile Servizio Idro-Mareografico, Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente di Basilicata, I-85100 Potenza (Italy)
(3)
C. Glisci
Ufficio Risorse Idriche, Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente di Basilicata, I-85100 Potenza (Italy)
(4)
M.L. Summa
Servizio Monitoraggio Prevenzione e Controlli, Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente di Basilicata, I-85100 Potenza (Italy)

Corresponding Author

Corresponding author
B. Bove
arpab@tin.it
 

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Citation:
Bove B, Brindisi P, Glisci C, Pacifico G, Summa ML (2005). Indicatori climatici di desertificazione in Basilicata. Forest@ 2: 74-84. - doi: 10.3832/efor0265-0020074

Paper’s History

Received: Dec 17, 2004
Accepted: Jan 28, 2005
Early Published: -
Publishing Date: Mar 10, 2005

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