The contribution of meteorological surveys to the analysis of forest ecosystems: the FutMon project. Much of the wide variation in plant morphology, physiology and development biology is reflected by the capacity to adapt to climate changes. The aim of this paper is to contribute to the climate description of selected Italian forest sites (the CONECOFOR network) where a permanent environmental monitoring was carried out since 1997 within the ICP-Forests, ICP-IM framework Forest Focus Reg. and the EU-funded FutMon research project.
Il monitoraggio degli ecosistemi forestali riveste un interesse sempre maggiore a seguito delle crescenti pressioni ambientali legate sia a fattori naturali che antropici. Fra questi, i cambiamenti climatici assumono grande rilevanza perché influenzano le foreste sia in modo diretto che indiretto. La descrizione delle condizioni meteo-climatiche che insistono su un dato territorio è resa complessa da vari aspetti, tra cui assumono particolare rilievo la durata e l’entità dei fenomeni, l’estensione a livello spaziale, la possibile influenza sul sistema forestale a varie scale, da locale a regionale. Conseguentemente, anche gli approcci metodologici nel definire il fenomeno, la scelta delle variabili e la validazione dei possibili indicatori climatici, risultano vari e molteplici.
In questo contributo vengono analizzati alcuni risultati relativi all’indagine meteo-climatica svolta nell’ambito del programma nazionale integrato per il controllo degli ecosistemi forestali (Conecofor) e del progetto Europeo FutMon. Tale indagine, svolta dal CRA-RPS in collaborazione con il Corpo Forestale dello Stato, si è avvalsa di un monitoraggio a terra delle condizioni meteorologiche tramite un’ampia rete di stazioni di rilevamento automatiche, in funzione a partire dal 1997 in aree di monitoraggio forestale della rete Conecofor e da allora in continua implementazione sul territorio nazionale. Tale monitoraggio è stato concepito in forma integrata, attraverso la rilevazione congiunta di numerose variabili di interesse climatico, agro-climatico e pedo-climatico a livello puntuale.
L’attenzione si concentra qui sulle grandezze più rilevanti per gli ecosistemi forestali (precipitazione e regime termometrico) e su cui sono più nette le evidenze, a livello nazionale ed internazionale, di possibili processi di cambiamento climatico in atto. Questo contributo esplora anche la distribuzione di alcuni eventi estremi di potenziale interesse per le foreste e il regime idrologico superficiale in aree campione, con particolare riferimento all’acqua disponibile nei suoli. Le informazioni fornite, integrate rispetto alle altre linee di ricerca del programma Conecofor, rappresentano un patrimonio di dati rilevante, vista anche la disponibilità di serie storiche. Tali informazioni sono anche di supporto per studi inter- o co-disciplinari sull’ecologia forestale e la fisiologia vegetale e, più in generale, contribuiscono a determinare, a scala di dettaglio, lo stato di salute dei boschi italiani.
Per ogni area permanente monitorata sono previsti l’acquisizione dei dati climatici sotto copertura (localizzazione
L’inizio di questa attività risale al 1997 con 8 aree e 13 centraline. Tutti i dati rilevati sono stati validati ed elaborati. Attualmente la rete conta 36 stazioni, di cui 23
Le centraline sono installate e gestite sia direttamente da CRA-RPS che da altri Enti. L’analisi dei dati è invece centralizzata nel laboratorio informatico di CRA-RPS (
I dati meteorologici sono inseriti in una banca dati autonoma formata da due sezioni: la prima raccoglie i metadati descrittivi dell’area (caratteri geografici e fisici), delle centraline (modalità di acquisizione, strumentazione installata), dei sensori (caratteristiche tecniche), dei parametri misurati e della loro elaborazione. Nella fase di immissione dei dati, il programma di gestione del database prevede una serie di controlli e di elaborazioni automatiche.
Ulteriori controlli sul funzionamento delle centraline e quindi sulla validità del dato sono effettuati via elaborazione dei codici di errore riportati dal sistema di rilevazione (
Seguono alcuni dei risultati più significativi dal progetto FutMon applicato alla rete Conecofor. Il capitolo descrive: (i) l’analisi climatica classica, basata sull’utilizzo di statistiche descrittive e indicatori di sintesi; (ii) le principali caratteristiche delle ultime annate meteorologiche in funzione del presunto cambiamento climatico; (iii) l’analisi di medio termine di un fenomeno riconducibile ai cambiamenti climatici, la variazione della direzione e dell’intensità del vento; (iv) l’analisi semplificata del bilancio idrologico.
Il clima di un determinato territorio esprime lo stato medio della bassa atmosfera sovrastante. Tale stato viene definito in base al valore di un certo numero di grandezze fisiche, di cui le caratteristiche sono la temperatura dell’aria e le precipitazioni. Questi valori possono essere calcolati attraverso elaborazione statistica, utilizzando cumulate, medie o indicatori di frequenza. Poiché la variabilità interannuale è consistente, è necessario tener conto del maggior numero di anni di osservazione disponibili. Nell’ambito dello stesso anno, poi, l’andamento delle grandezze climatiche segue ritmi stagionali altrettanto vari, che vengono espressi mediante curve che indicano, mese per mese, le variazioni di tali grandezze.
Le condizioni climatiche medie dei territori soggetti a monitoraggio sono riportate in
L’analisi del regime termometrico mette in evidenza risultati analoghi a quelli già osservati per la pluviometria, sottolineando la rappresentatività del monitoraggio di ambienti tipicamente forestali rispetto alle differenti condizioni climatiche presenti nel nostro Paese. Come già osservato in altri contributi (
Di grande interesse per l’analisi dei regimi climatici e delle loro possibili variazioni nel tempo è lo studio delle relazioni tra variabili climatiche. L’analisi, sviluppata attraverso idonee procedure statistiche di natura descrittiva ed inferenziale, anche per il tramite di analisi di correlazione parametrica e non parametrica, procede a livello annuale o mensile, su un ampio numero di stazioni capaci di produrre un quadro il più possibile articolato delle condizioni meteorologiche di una regione rappresentativa dal punto di vista geografico (
Tale correlazione conferma le tendenze a suo tempo osservate a livello nazionale e regionale da
In questo paragrafo si segnalano alcuni eventi meteorologici significativi osservati nell’ultimo decennio, con un breve commento a livello nazionale e regionale. Sono individuati gli anni e/o le stagioni più calde e più fredde e ad esse sono associati i territori maggiormente esposti a tali escursioni. Tali andamenti mostrano come, al di là dei possibili cambiamenti climatici, le condizioni meteo a terra siano comunque oscillanti da un anno all’altro, da stagione a stagione, e questo appare di particolare rilievo per l’analisi dello stato di salute degli ecosistemi forestali.
Considerando ad esempio il periodo estivo, due estati consecutive hanno rappresentato, nel decennio, i due estremi climatici. L’estate 2002 è stata, quasi ovunque, fredda e piovosa con temperature piuttosto inferiori alle medie del periodo: ad es., -8% a Passo Lavazè (TRE1) e con precipitazioni sempre più abbondanti della media comprese tra + 7% a Tarvisio (FRI2) e addirittura + 160% a Cala Violina (TOS2). In Piemonte tale fenomeno è particolarmente evidente: sono stati osservati 4 episodi con precipitazioni superiori a 300 mm giornalieri, in netta controtendenza rispetto agli altri anni della decade, anche dell’anno 2000 in cui è stato osservato un episodio alluvionale a carico del fiume Po (
L’estate 2003, al contrario, è risultata molto calda e asciutta, con temperature in forte ascesa. Gli scarti dalla media del periodo sono stati compresi tra + 7% a Piano Limina (CAL1) e + 24% a La Thuile (VAL1) e Renon (BOL1). Le precipitazioni sono state fortemente deficitarie. La perdita di apporti meteorici è stata ovunque evidente, compresa tra - 8% a Passo Lavazè (TRE1) e - 62% a Renon (BOL1).
Per la stagione invernale, gli inverni 2004-2005 e 2006-2007 hanno rappresentato periodi particolarmente rigidi: rispetto alle medie periodali l’inverno 2004-2005 ha fatto registrare temperature comprese tra -2% in Valsessera (PIE1) e addirittura -72% in località Brasimone (EMI2). Gli ultimi mesi dell’annata 2009 preludono ad una nuova stagione fredda particolarmente rigida per il rapido abbassamento delle temperature minime osservato durante i mesi invernali, che hanno raggiunto i -22 °C al Devero (PIE3) nel mese di dicembre. Ciò a testimoniare come la normale e ampia variabilità climatica espressione di regimi atmosferici complessi quale quello Mediterraneo non possa essere di per sé considerata come segnale sufficiente di cambiamento climatico.
Un ulteriore esempio di analisi sulle variazioni climatiche e sugli eventi anomali è prodotto dall’elaborazione dei dati di direzione e intensità del vento che hanno mostrato nel corso dell’ultimo decennio una configurazione spaziale ed una distribuzione stagionale piuttosto omogenee, tranne che in alcuni periodi particolarmente rilevanti. Si riportano (
Si osserva come entrambe le variabili siano distribuite in modo piuttosto omogeneo negli anni. tranne che nel 2003, rappresentativo di una anomalia, in linea con l’andamento delle altre grandezze meteorologiche, sia in Friuli che nell’intero territorio nazionale. In tale anno, si è registrata una direzione prevalente da sud-ovest, in controtendenza rispetto alla direzione prevalente da est rilevata in tutti gli altri anni e che ha coinciso con un generalizzato aumento termico ed una diminuzione delle precipitazioni.
Comparando un anno normale (2002) con l’anno anomalo (2003), l’analisi dei dati mensili evidenzia come sia stato il periodo primaverile-estivo (da maggio a settembre) 2003 ad aver rappresentato una forte anomalia, con direzione del vento prevalente da sud-est a differenza dell’anno precedente in cui negli stessi mesi era stata registrata, come di consueto, una direzione prevalente da est con intensità abbastanza rappresentative anche da nord-est e sud-est.
Il bilancio idrologico di un campione di terreno in un determinato intervallo temporale può essere rappresentato dalla formula (
dove
Il concetto di precipitazione utile deriva dalla considerazione che l’acqua non penetra completamente nel terreno, ma che una sua frazione esce dal sistema per scorrimento superficiale. Questa frazione dipende da numerosi fattori tra cui la pendenza, la permeabilità del suolo e l’intensità della precipitazione stessa. Per quest’ultima variabile i dati raccolti hanno mostrato che la distribuzione percentuale della pioggia totale per classi di intensità oraria, nonostante la variabilità annuale, ha un andamento proprio per ciascun sito. Nella
Nell’ambito del progetto FutMon, corrispondente all’ultimo biennio di osservazioni (2010-2011), è stata inserita l’azione dimostrativa D3 mirata a impostare e validare modelli per la stima del bilancio idrologico mediante la misura del contenuto idrico del terreno con appositi sensori (TDR), replicati tre volte a tre livelli di profondità. L’Azione ha interessato 5 aree della rete (ABR1, EMI1, FRI2, LAZ1 e TRE1); lo stesso monitoraggio era tuttavia già presente senza repliche (fine 2003-inizio 2004) nelle aree EMI1, LAZ1 e PIE1.
Si riporta in
Il grafico evidenzia il rischio di siccità più o meno esteso nel periodo luglio-settembre, ad eccezione del 2005 nel solo mese di luglio e del 2009 nel solo mese di agosto. Il verificarsi di deficit idrico provoca una riduzione dell’attività traspiratoria delle piante mediante chiusura degli stomi, con conseguente minore produzione di sostanza organica rispetto a quella potenzialmente consentita dagli altri parametri climatici. Come dato globale, si evidenzia che il 43% circa della pioggia totale si è allontanata dal sistema per scorrimento superficiale e percolamento negli strati profondi.
Il monitoraggio meteo nell’ambito della rete Conecofor prosegue attualmente su tutte le aree attrezzate. Ciò garantisce la continuità della banca dati costituita a partire dal 1997. In tale contesto, particolare attenzione sarà dedicata all’individuazione degli eventi estremi e alle variazioni significative degli andamenti meteorologici annuali dal riferimento climatico, come raccomandato dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale nell’ambito degli studi di monitoraggio continuo sul cambiamento climatico.
Sarà implementata inoltre una attività di costruzione e validazione di indici climatici, parziali e sintetici, legati alla valutazione dei possibili impatti del cambiamento climatico a scala regionale sugli ecosistemi forestali (
Si ringrazia Bruno Petriccione che per anni ha coordinato i progetti in argomento. Si ringraziano inoltre Enrico Pompei e il personale del servizio Conecofor del Corpo Forestale dello Stato che costituiscono il
Dislocazione delle centraline meteorologiche sul territorio Italiano. Fonte: nostre elaborazioni su immagine Google Earth™.
Relazione statistica tra precipitazione annua e media annua delle temperature massime nell’insieme di riferimento.
Relazione statistica tra precipitazione annua e media annua delle temperature minime nell’insieme di riferimento.
Andamento pluviometrico decennale misurato nella stazione PIE1.
Analisi della direzione e dell’intensità del vento filato nella stazione FRI2. (a) Media annua 1999-2008. (b) Statistica mensile dell’anno 2002. (c) Statistica mensile dell’anno 2003.
Distribuzione della pioggia in classi di intensità. (a) Area CAL1. (b) Area VAL1.
Bilancio idrologico 2004-2009 nell’area LAZ1.
Statistiche descrittive delle principali grandezze meteorologiche misurate nelle stazioni di rilevamento con la serie storica di dati più lunga disponibile.
Stazione | Misura | Pioggia | Temp. massima | Temp. minima | Umidità Relativa | Velocità vento | Radiazione Solare |
---|---|---|---|---|---|---|---|
01-ABR1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 7701997-200987.134 | 9.61997-200983.228 | 2.91997-200983.228 | 811997-200980.64 | 3.71997-200978.48 | 1551997-200981.118 |
03-CAL1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 18141999-200997.720 | 15.481999-200996.210 | 7.161999-200996.210 | 881999-200996.35 | 0.91999-200995.99 | 1441999-200995.78 |
05-EMI1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 7491997-200910030 | 16.461997-200999.817 | 8.581997-200999.817 | 741997-200999.87 | 11997-200999.87 | 1291997-200998.525 |
06-EMI2 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 13621998-200898.937 | 13.961998-200896.115 | 4.911998-200896.115 | 801998-200894.73 | 0.41998-200884.323 | 1361998-200895.923 |
08-FRI2 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 17001998-200897.821 | 12.161998-200896.66 | 3.131998-200896.66 | 881998-200896.63 | 0.81998-200896.65 | 1271998-2008964 |
09-LAZ1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 9151997-200999.722 | 17.161997-200998.66 | 8.261997-200998.66 | 791997-200998.66 | 1.21997-200996.17 | 1591997-2009995 |
10-LOM1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 12281997-200877.841 | 11.651997-200888.218 | 3.651997-200888.218 | 731997-200887.611 | 0.71997-20087553 | 951997-200888.211 |
12-PIE1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 15661999-200995.650 | 9.81999-200995.528 | 3.621999-200995.528 | 711999-200995.513 | 1.31999-200995.519 | 1441999-200994.217 |
16-TOS1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 7061995-200184.839 | 17.881995-200192.66 | 9.351995-200192.66 | 861995-200174.45 | 0.71995-200191.641 | 1301995-200192.620 |
17-TRE1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 9521997-200993.427 | 9.981997-2009898 | -0.321997-2009898 | 721997-200986.27 | 1.41997-200959.29 | 1441997-200975.719 |
19-VAL1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 7671993-200995.334 | 9.691993-200996.410 | 1.481993-200996.410 | 661993-200996.36 | - | 1661993-200993.317 |
20-VEN1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 18191993-200997.925 | 11.941993-200997.27 | 0.741993-200997.27 | 861993-2009865 | - | 1491993-200996.410 |
23-LOM2 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 11232002-200890.620 | 12.942002-200890.65 | 4.652002-200890.65 | 732002-200890.63 | 0.52002-200890.615 | 1282002-200890.26 |
24-LOM3 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 10222001-200880.352 | 12.482001-200885.510 | 4.642001-200885.510 | 622001-200883.320 | 1.52002-200877.910 | 1362001-200884.218 |
25-TOS2 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 6302001-20089118 | 19.472001-2008915 | 12.692001-2008915 | 712001-200890.810 | 0.42001-20089144 | 1782001-2008916 |
27-BOL1 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 7751999-200893.132 | - | - | - | - | 1791999-200883.711 |
29-PIE2 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 9971990-200999.124 | 16.781990-200999.59 | 5.641990-200999.59 | 791990-2009994 | 1.61990-200988.218 | - |
30-PIE3 | Valore medioPeriodoCompletezza (%)CV (%) | 14111991-200999.233 | 8.751991-2009100.117 | -1.761991-2009100.117 | 711991-200992.75 | - | - |