Settima Conferenza delle Agenzie Ambientali, Milano 24-26 novembre 2003 Sessione tematica Territorio e Natura

Il telerilevamento nella partecipazione di ARPA Emilia-Romagna ai progetti Interreg sulla

siccità e desertificazione.

Gabriele Antolini3, Lucio Botarelli1 Vittorio Marletto2 Fabio Vescovi3 Franco Zinoni4 ARPA Emilia Romagna, Servizio IdroMeteorologico, Area Agrometeorologia e Territorio, Bologna

Riassunto ARPA Emilia-Romagna, Servizio IdroMeteorologico, partecipa a due progetti Interreg Medocc denominati SEDEMED e DESERTNET, incentrati sulle problematiche della siccità e della desertificazione. Il loro obiettivo principale, in considerazione anche delle norme per la salvaguardia delle risorse idriche (L. n. 152 / 1999), è quello di produrre strumenti di ausilio alle decisioni utili alla programmazione e al controllo delle risorse idriche, particolarmente in campo agricolo. Il pensiero guida è quello di minimizzare i conflitti fra la richiesta e la disponibilità, conservando ai livelli attuali la redditività del settore primario. L'uso dei bilanci idrici dinamici insieme ai dati telerilevati ed alle previsioni meteorologiche stagionali è di grande aiuto a tale riguardo. Sarà inoltre utilizzata l’informazione derivata dai modelli di scenario climatico per migliorare la comprensione nei bisogni futuri. I progetti prevedono la conduzione di studi dettagliati al fine di adattare le metodologie su aree specificamente selezionate. Per quanto riguarda la siccità (progetto SEDEMED) i metodi applicati considerano la valutazione della presenza e della ricorrenza degli eventi siccitosi su scala regionale, la rilevazione delle tendenze e delle zone sensibili, la valutazione dei deficit di evaporazione e traspirazione e della loro tendenza. La vulnerabilità alla desertificazione (progetto DesertNet) è esaminata tramite la scelta di indici specifici definiti con tutti i partners di progetto. I dati telerilevati, derivati fondamentalmente dai satelliti meteorologici come Noaa-Avhrr e Meteosat e da quelli di osservazione della terra come Landsat-TM, Terra e Acqua (Aster). Le immagini TM e Modis sono utili per la miglior definizione dell’uso reale del suolo, mentre i dati raccolti dai satelliti meteorologici aiutano a conservare aggiornato il database utilizzato e possono essere trasformati in dettagliate mappe tematiche della temperatura e dell’evapotraspirazione da un lato e della precipitazione dall’altro. Gli algoritmi necessari sono già disponibili oppure stanno per essere resi fruibili dai Centri SAF Eumetsat (European meteorological satellite application facilities) particolarmente dal SAF clima (con sede in Germania) e dal SAF territorio (con sede in Portogallo). Il ruolo dei dati meteorologici tradizionali misurati a terra è naturalmente preminente, particolarmente in considerazione dello studio delle tendenze nella preparazione di un GIS climatico delle aree regionali oggetto della ricerca. Questo lavoro illustra alcuni risultati preliminari dei due progetti Interreg. Abstract REMOTE SENSING FOR THE INTERREG PROJECTS ON DROUGHT AND DESERTIFICATION OF ARPA EMILIA-ROMAGNA

1 Responsabile progetti Interreg per l’Area Agrometeorologia e Territorio 2 Responsabile attività ricerca e sviluppo dell’Area Agrometeorologia e Territorio 3 Responsabile attività di telerilevamento ARPA Emilia-Romagna 4 Responsabile dell’Area Agrometeorologia e Territorio

2

This paper shows the main features of two Interreg III B Medocc projects carried out by the agrometeorological group in ARPA Emilia-Romagna, with special emphasis on the application of remote sensing techniques and water balance models. Introduzione I progetti Interreg III B, cui partecipa ARPA-SIM nell’area del bacino del Mediterraneo occidentale, riguardano lo studio della variabilità climatica, i rischi naturali, la scarsità di risorse idriche ed i processi di degradazione agro-ambientale a seguito di fenomeni di desertificazione. In particolare ARPA-SIM partecipa ai progetti SEDEMED (1) e DesertNet (2). (1) Il progetto SEDEMED (Sécheresse et Désertification dans le bassin Méditerranée), Coordinatore: Servizio Tecnico Idrografico, Regione Sicilia. Altri partner: APAT, Regione Piemonte, ARPA Emilia-Romagna, Regione Calabria, Provincia di Potenza, Regione Sardegna, Universidade Técnica de Lisboa, Universidad Politécnica de Valencia. Data inizio progetto: gennaio 2003, data termine: giugno 2004. La notevole riduzione delle precipitazioni verificatasi negli ultimi anni nei paesi mediterranei ha determinato una crescente sensibilità verso i problemi di siccità. Tali problemi risultano particolarmente gravi nelle regioni a clima arido o semiarido in conseguenza della notevole variabilità delle grandezze idrometeorologiche e dell’elevato grado di sfruttamento delle risorse idriche disponibili per il soddisfacimento delle crescenti domande nei vari settori di utilizzazione (civile, irriguo, industriale, etc.). Anche il processo di desertificazione ha richiamato l’attenzione degli organismi internazionali attraverso la “United Nations Convention to Combat Desertification” e viene ormai considerato come un pericolo reale per un numero sempre maggiore di regioni mediterranee. Le azioni percepite come prioritarie per una efficace lotta contro la siccità (e la desertificazione) possono essere diverse in relazione alle competenze scientifiche e alle responsabilità istituzionali delle organizzazioni preposte alla mitigazione degli effetti di tali fenomeni. Il territorio immediatamente interessato è quello dei partner del progetto e include numerose regioni d’Italia, Portogallo e Spagna oltre a Marocco e Tunisia. I risultati del progetto avranno validità per un territorio più ampio che comprende tutte le aree mediterranee dei Paesi europei ed i Paesi del Nord Africa che presentano problemi comuni riguardo alla siccità e desertificazione. Nel quadro del miglioramento della conoscenza in materia di prevenzione dei rischi naturali e di gestione delle risorse idriche, coniugando la conservazione del patrimonio naturale con le esigenze di tipo economico e sociale, gli obiettivi del progetto sono i seguenti:

1. migliorare la conoscenza della siccità attraverso l’approfondimento delle procedure per l’analisi del ciclo idrologico già sviluppate nell’ambito di INTERREG IIc (potenziamento misure, progetto pilota) ed estensione delle stesse a tutto il territorio MEDOCC;

2. sviluppare le metodologie per il monitoraggio della siccità, attraverso la scelta di opportuni indicatori, il preannuncio di condizioni di crisi idrica e lo scambio di informazioni sugli effetti di siccità e desertificazione;

3. contribuire alla definizione di idonei interventi per la lotta alla siccità e desertificazione (misure di pianificazione e misure di emergenza) con particolare riferimento al ruolo di risorse non convenzionali (acque reflue e dissalate) e sperimentare tali interventi in aree campione;

4. mettere a punto metodi di scambio delle informazioni sulla siccità, formulando programmi di formazione mirati agli organismi responsabili di interventi nel campo della siccità e desertificazione.

Gli ambiti di partecipazione di ARPA-SIM al progetto SEDEMED sono relativi alla climatologia ed all’agrometeorologia.

3

In particolare con riferimento alla climatologia, l’obiettivo principale del contributo è caratterizzare la risposta dei regimi idrometeorologici mediterranei alla variabilità climatica, con attenzione alle proprietà statistiche (frequenza ed intensità) di eventi estremi nel regime delle precipitazioni. Le attività proposte sono articolate come segue:

1. costruzione di un data-base di dati storici giornalieri ad elevata risoluzione (in Emilia-Romagna);

2. analisi delle serie di dati storici di precipitazione e temperatura in area Mediterranea; 3. studio delle correlazioni e dei legami statistici fra la variazione dei parametri

idrometeorologici e la variabilità climatica a scala regionale e globale (correlazioni con indicatori globali).

I risultati attesi consistono nell’individuazione di relazioni statistiche fra la variabilità climatica ed i regimi idrometeorologici del Mediterraneo, che verranno utilizzate per la regionalizzazione, in senso statistico, di scenari di cambiamenti climatici globali. Per la realizzazione delle attività verranno sviluppati pacchetti software di metodologie statistiche di analisi dati climatici ed idrometeorologici. Con riferimento alla agrometeorologia il fine principale del contributo è il monitoraggio dei fenomeni siccitosi e la pianificazione delle risorse idriche in agricoltura attraverso l’uso dinamico dei bilanci idrici territoriali associati ai dati telerilevati ed ai modelli previsionali meteorologici. Nell’ambito del progetto si intende:

1. individuare indici di siccità idonei per la caratterizzazione del territorio regionale; 2. migliorare le funzioni del modello di bilancio idrico territoriale (CRITERIA) e sviluppare un

sistema evoluto di monitoraggio dei fenomeni siccitosi sul territorio per la guida della pianificazione delle risorse idriche in agricoltura,

3. costituire un gruppo di lavoro per l'analisi dei dati telerilevati, anche in collaborazione con i centri SAF, deputati alla prima elaborazione delle informazioni provenienti dai satelliti della serie EUMETSAT, per l’arricchimento delle basi dati di supporto ai modelli di bilancio idrico, al fine di valutare la vulnerabilità ambientale e del sistema produttivo agricolo ai fenomeni siccitosi

4. sviluppare uno strumento informativo per il settore agroambientale sulle problematiche legate ai fenomeni siccitosi.

(2) Il progetto DesertNet (Monitoraggio ed azioni di lotta alla desertificazione nella regione mediterranea europea). Coordinatore: NRD - Università di Sassari. Altri partner: Regione Liguria, Emilia-Romagna (ARPA SIM), Campania, Calabria, Toscana, Sicilia, Basilicata, Sardegna, Comunidad Autonoma de la Region de Murcia, Region de Andalucia, ENEA, APAT, Università di Cagliari, Republique Tunisienne. Data inizio progetto: ottobre 2003, data termine: ottobre 2004. Il progetto è finalizzato alla progettazione e realizzazione di una piattaforma per un sistema comune di servizi, nel quadro dello sviluppo delle politiche nazionali e comunitarie di lotta alla desertificazione, come previsto dalla Convenzione UNCCD, e per la gestione durevole delle risorse territoriali, in particolare suolo ed acqua, attraverso: - la costituzione di una rete di aree/azioni pilota - la realizzazione di un sistema geografico informatizzato comune - una rete di supporto tecnico-scientifico destinato allo scambio delle conoscenze ed alla disseminazione delle informazioni agli utenti finali. Il progetto si integra e si coordina con il precedente progetto “Rete sovranazionale di laboratori ambientali multifunzionali", finanziato dal Programma Interreg II C – MEDOCC e tende a costituire con quest’ultimo un insieme organico relativo allo studio, al monitoraggio e alla gestione sostenibile delle aree a rischio di desertificazione che si affacciano sul bacino del Mediterraneo. Da un lato il progetto si occupa della razionalizzazione delle informazioni ed esperienze tecnico-scientifiche acquisite ed elaborate per tutte le aree a rischio che sono state individuate dai piani regionali e nazionali o da studi scientifici esistenti, per contribuire alla realizzazione di un sistema

4

omogeneo per lo scambio di dati e informazioni e per il controllo dei processi di desertificazione. Ciò è ottenuto mediante la creazione di un Osservatorio Interregionale, di una rete telematica di utenti e laboratori (integrando e potenziando quella creata in Interreg II C – MEDOCC di cui sopra) e di una banca dati-GIS condivisa. Nel contempo sono individuati interventi di mitigazione realmente applicabili, attraverso la realizzazione di un sistema di aree/azioni pilota, la messa a punto d'indicatori e modelli omogenei, il consolidamento dell’esistente rete di servizi per l’armonizzazione e lo scambio di dati ed informazioni. Le regioni coinvolte hanno la possibilità di affrontare in modo diretto, sul terreno, alcune delle priorità ambientali evidenziate dagli studi realizzati nel contesto dei relativi Piani d’Azione Nazionali e Regionali, valorizzando le conoscenze e tecniche già disponibili localmente e avvalendosi anche delle risorse scientifiche messe a disposizione dal partenariato. Le azioni si concretizzano nella realizzazione di aree pilota tematiche in ciascuna delle regioni partecipanti. Le aree pilota costituiscono nel complesso un insieme organico e caratterizzato da forte complementarità e rappresentatività nei confronti delle principali problematiche di desertificazione che caratterizzano il bacino mediterraneo. Per ogni regione il tema di studio è scelto sia sulla base delle specifiche priorità ambientali, sia sulla base del patrimonio tecnico e conoscitivo già disponibile localmente, in modo da valorizzare al massimo le esperienze dei singoli partner. Un prodotto comune sarà la carta regionale in scala 1:250.000 delle aree vulnerabili ai processi di desertificazione da realizzare sulla base degli indicatori individuati. Le singole aree pilota tematiche dovranno diventare un riferimento per tutte le regioni che condividono le medesime priorità ambientali e il punto di partenza ideale per gli approfondimenti scientifici, la messa a punto di strumenti tecnici e normativi di intervento, la creazione di campi scuola e di altre iniziative di formazione e sensibilizzazione. L’Osservatorio Interregionale coordinerà le attività e garantirà l’omogeneità dell’approccio e l’adozione di riferimenti metodologici comuni, anche stabilendo un raccordo permanente con iniziative analoghe nazionali ed internazionali. Lo scopo principale della partecipazione di ARPA-SIM al progetto DeserNet è la messa a punto di strumenti utili ai processi decisionali per la gestione delle risorse idriche in ambito agricolo, anche in relazione ai vincoli di legge (L.n. 152/1999); tutto ciò con l’intento di minimizzare il conflitto tra domanda e disponibilità, pur mantenendo i livelli di redditività del settore primario. Gli obiettivi specifici del progetto sono:

1. lo sviluppo e taratura del modello di bilancio idrico a scala di bacino; 2. l’applicazione del modello di bilancio idrico in un’area sensibile ai processi di

desertificazione in associazione ai nuovi strumenti previsionali stagionali, anche in relazione ai futuri scenari climatici

3. l’adozione di strumenti informativi e divulgativi per la diffusione dei risultati e la sensibilizzare del settore agroambientale alle problematiche della desertificazione.

Individuazione delle aree pilota In entrambi i progetti Interreg è prevista l’individuazione di aree pilota tematiche per lo studio dei fenomeni siccitosi (progetto SEDEMED) o di desertificazione (progetto DesertNet) e per l’applicazione di modelli di bilancio idrico territoriali e per l’ottimizzazione delle risorse idriche. Nell’ambito del progetto SEDEMED, al fine di individuare l’area di interesse per lo studio evolutivo della siccità sono stati eseguiti alcuni studi di dettaglio in ambito regionale. Le metodologie utilizzate riguardano la valutazione della presenza e della ricorrenza della siccità in ambito regionale, l’analisi di un possibile trend della siccità, l’individuazione di aree maggiormente soggette al trend della siccità, la valutazione del deficit idrico e della sua tendenza.

5

L’area pilota è stata individuata mediante l’analisi dell’indice SPI (Standardized Precipitation Index, McKee et al., 1993), largamente impiegato in ambito internazionale per la valutazione della siccità di tipo pluviometrico. L’analisi del fabbisogno irriguo e la valutazione del trend (effettuati per un periodo più breve rispetto alla valutazione della siccità) sono stati realizzati utilizzando il bilancio idrico-climatico che, in modo molto semplificato, mette in relazione la precipitazione con l’evapotraspirazione potenziale. Per un insieme di punti di rilevamento della precipitazione, nei quali erano disponibili serie storiche di dati mensili di almeno quaranta anni, è stato calcolato l’indice SPI per valori a 3, 6, 12, 24 mesi. Considerando l’inerzia del sistema pianta-suolo l’attenzione è stata focalizzata sul valore dell’SPI a 24 mesi (Fig. 1), valutandone la tendenza nelle diverse aree della regione.

Figura 1. Emilia-Romagna: mappa della tendenza dell'indice standardizzato di precipitazione (SPI) calcolato su 24 mesi usando i dati della rete idropluviometrica, ora affidata ad ARPA-SIM. L'interpolazione è un elaborato preliminare che non tiene conto dell’effettiva orografia della regione (cortesia di Cacciamani, Pavan, Tomozeiu, 2003).

Dalla figura 1 si osserva una tendenza negativa su quasi tutta la regione ad esclusione della sola fascia sud-orientale dove, al contrario, si denota una qualche tendenza alla crescita dell’indice. L’indice risulta diminuire con maggiore evidenza sulle aree centrali ed appenniniche della regione, con valori massimi del trend dell’ordine di -0.0035 unità SPI/anno nell’Appennino e nella pianure bolognesi e ravennati. Più in particolare dall’esame dell’indice SPI medio regionale a 24 mesi appaiono un certo numero di eventi siccitosi di diverso rilievo (evidenziati in Fig. 2) la cui durata ed intensità appare in aumento negli ultimi vent’anni. Figura 2.Indice SPI medio regionale a 24 mesi: sono presenti un certo numero di eventi siccitosi di diverso rilievo la cui durata ed intensità appare in aumento negli ultimi vent’anni.

Quindi, nella regione Emilia-Romagna, in particolare negli ultimi 20 anni, si assiste ad una progressiva riduzione delle precipitazioni che porta verso condizioni di moderata siccità. Tale

-0.0003

-0.0005

0

-0.001

-8E-005-0.0008

-0.0008-0.0015

-0.0003-0.0012

-0.0009

-0.0012

-0.0007

-0.0018-0.0021

-0.001

0.00040.0004

-0.001

1707

1713

1719

1750

17771778

18371885

1921

1932

2207

2276

2283

23012337

2338

2349

2358

2414

SPI_24mesi

-0.0035

-0.003

-0.0025

-0.002

-0.0015

-0.001

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

12

34 5

6

79

8

6

segnale risulta essere abbastanza omogeneo, soprattutto sul settore centro-occidentale della regione, mentre la fascia costiera esibisce una lieve controtendenza. La pianura bolognese e ravennate rientrano nelle zone a maggior propensione all’incremento della siccità. Sulla base di quanto evidenziato, appare interessante concentrare l’attenzione sulla provincia di Bologna, in particolare sulla pianura, sia per la vastità della medesima (ca. 1800 kmq) che per la presenza di tutte le colture di maggior interesse in ambito regionale. Per quanto riguarda la variazione dei fabbisogni irrigui è stato realizzato uno studio preliminare al fine di verificare se il segnale negativo dell’SPI coincide nell’area in oggetto con un significativo incremento del deficit idrico. In questo caso il periodo considerato riguarda gli anni compresi tra il 1988 e il 2001. Lo studio sul territorio del deficit idroclimatico (DIC = P - Etp) da marzo a maggio evidenzia un

gradiente negativo (maggior deficit idrico delle colture) muovendosi dai rilievi verso la pianura, con un massimo individuabile nel settore nord-occidentale della provincia. Nelle zone pedecollinari e di pianura il DIC medio primaverile risulta compreso tra 80 e 180 mm. Nella mappa del periodo successivo, da giugno ad agosto (Figura 3), il deficit idrico varia da 250 mm nelle zone pedecollinari a 350 mm in pianura. In pianura le riserve idriche del terreno risultano pertanto normalmente esaurite entro i primi giorni di giugno e quindi l'esigenza idrica teorica per le colture si avvicina al DIC del periodo estivo. Nel periodo 1988-2001 si assiste ad una chiara tendenza all'aumento del Deficit Idroclimatico come conseguenza di un aumento dell'evapotraspirazione e ad una diminuzione delle precipitazioni, che risultano tendenzialmente in calo di circa 3 mm/anno nel periodo primaverile e di 6 mm/anno nel periodo estivo. Appare evidente una decisa crescita del deficit che, dai valori di circa 400 mm degli anni 1988-1990, è salito sino a valori di 600 mm calcolati negli ultimi anni.

L’area individuata appare pertanto chiaramente interessata ad un processo di incremento della siccità, che riguarda in modo particolare l’uso della risorsa idrica a fini irrigui, data l’elevata propensione agricola della pianura bolognese. Per le azioni previste nel progetto Desertnet l’area tematica campione è stata identificata nel medio e basso corso del Fiume Lamone e del suo affluente Marzeno (Fig. 4). L’area era già stata segnalata dall’Autorità di Bacino dei Fiumi Romagnoli tra quelle vulnerabili ai processi di desertificazione nell’ambito del Piano di Azione Nazionale di Lotta alla Siccità e Desertificazione. Le caratteristiche descrittive dell’area e le indagini intraprese sono in gran parte tratte da tale documentazione. Dal punto di vista geologico e geomorfologico, il medio corso del fiume Lamone è caratterizzato da forti alternanze tra strati arenacei e marnosi; la morfologia ha forme aspre, con pendii a forte inclinazione e vallate strette ed incassate. La formazione è impermeabile e priva di acquiferi sfruttabili

Figura 3

7

Figura 4. La valle del fiume Lamone e le stazioni di monitoraggio presenti nell’area. Dal territorio di Brisighella fino alla città di Faenza affiorano le argille grigio-azzurre plio-pleistoceniche con presenza di forme calanchive pendii più dolci e vallate più ampie. La formazione risulta priva di falde acquifere. Verso Faenza, allo sbocco del fiume Lamone nella valle, si estende la conoide, zona di alimentazione delle falde di pianura. Dal punto di vista colturale, il territorio collinare presenta un notevole sviluppo agricolo, in particolare della frutticoltura; lungo i fondovalle e i pendii più dolci le caratteristiche del terreno hanno permesso un forte sviluppo della frutticoltura idroesigente, in particolare actinidia, pesco e albicocco. Il processo che induce a fenomeni di desertificazione è individuato nell’eccessivo sfruttamento delle risorse idriche superficiali. L’unica risorsa disponibile nella zona per le colture arboree fortemente idroesigenti è quella superficiale che scorre lungo i fiumi Lamone e Marzeno, che presentano un regime torrentizio. Pertanto nel periodo estivo l’eccessivo prelievo è causa di frequenti crisi di portata e di conseguente degrado dell’ecosistema fluviale. L’attività di monitoraggio è stata effettuata dall’Autorità di Bacino, che ha avviato studi per la determinazione del minimo deflusso vitale (MDV) e di censimento degli ambienti naturali, al fine di adottare le misure necessarie per razionalizzare l’utilizzo delle risorse idriche e salvaguardare l’ecosistema fluviale. E’ risultato necessario monitorare i deflussi di magra del fiume, le portate reali degli attingimenti ed i reali fabbisogni idrici per la determinazione di un regime ecologicamente compatibile (REC). La Regione Emilia-Romagna ha attivato sul territorio alcune stazioni pluviometriche, termometriche ed evaporimetriche. I dati pubblicati e commentati su “Analisi ambientale della Comunità Montana dell’Appennino Faentino” (1999) hanno evidenziato un costante e leggero peggioramento della qualità ecologica negli anni, in particolare a partire dal 1996, più che per un appesantimento delle immissioni, a variazioni nel drenaggio del bacino ed aumento del prelievo irriguo e non irriguo. I dati meteorologici osservati nell’ambito del bacino del fiume Lamone denotano una diminuzione delle precipitazioni di circa il 10% nell’ultimo ventennio. I dati di precipitazione ed evapotraspirazione utilizzati nella produzione dell’indice di aridità (P/ETP) collocano l’area del bacino medio ed inferiore del fiume Lamone tra le zone secche (Figura 5).

8

0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95

Carta dell'indice di aridità (P/ETP) calcolato con 199 stazioni (dal 1988 al 2001)

Figura 5. Mappa regionale dell’indice di aridità calcolato con i valori di temperatura ed evapotraspirazione potenziale (secondo Hargreaves). Il regime delle portate del fiume Lamone risulta attualmente in forte diminuzione nel periodo estivo rispetto ai valori riscontrati nel decennio 1973-1981, quando non erano presenti coltivazioni fortemente idroesigenti. Il peggioramento della qualità ecologica è determinata mediante l’impiego di indicatori biologici (IBE) e macrodescrittori chimico-fisici e microbiologici. Gli indicatori/indici utilizzati sono:

1. valori di portate rilevati con misure cadenzate raffrontati con i dati storici; 2. indicatori di qualità chimico-fisici e microbiologici 3. indicatori biologici (IBE) 4. rapporto tra disponibilità e necessità di consumo della risorsa idrica.

Indici di siccità Per lo studio degli eventi siccitosi nelle aree campione individuate, sono state sviluppate soluzioni più appropriate rispetto gli indici di siccità più utilizzati (NDMC, 2003). In generale gli indici di siccità non appaiono specificamente proposti per valutare l’impatto della siccità sull’agricoltura, poichè fanno uso esclusivamente delle precipitazioni (è il caso dell’SPI) oppure di bilanci idrici empirici, che risentono fortemente delle condizioni di calibrazione (è il caso del Palmer Drought Severity Index, criticato in Alley, 1984). Pur essendo invece specificamente disegnato per l’agricoltura e basato su un bilancio idrico deterministico, l’indicatore entità della siccità (accessibile sul sito www.itacon.it) proposto dall’Ucea (Morgillo et al., 2002), non consente un raffronto tra i valori ottenuti in un dato momento e la climatologia locale, configurandosi più come segnale temporaneo di aridità del suolo che come indice di siccità agricola. La siccità agricola, benché in letteratura non ne esistano definizioni univoche (NDMC, 2003), è definibile come un’anomala e prolungata scarsità d’acqua nel suolo, tale da provocare, attraverso la chiusura dei pori o stomi fogliari, la riduzione della traspirazione effettiva Te rispetto a quella massima Tm e, di conseguenza, una sensibile perdita produttiva dovuta alla riduzione dell’assimilazione fotosintetica.

9

La traspirazione massima notoriamente dipende sia dall'Etp (evapotraspirazione potenziale, dipendente a sua volta dalle condizioni atmosferiche) che dal Lai (indice di area fogliare). La Te invece dipende dall'intensità della Tm, dal tipo di coltura e sia, soprattutto, dall'acqua disponibile nel suolo esplorato dalle radici. Per tenere conto di queste interazioni abbiamo sviluppato l’indice deficit traspirativi (DTx), definito come differenza tra la traspirazione massima e quella effettiva. Nell’approccio queste traspirazioni sono grandezze giornaliere da valutarsi per mezzo di un modello di bilancio idrico come, ad esempio, il modello CRITERIA. Ai fini della valutazione della siccità agricola il deficit traspirativo è significativo solo se permane elevato per un lungo periodo. Come indicatore di siccità agricola abbiamo quindi proposto il DTx, o deficit traspirativo calcolato su suoli e ordinamenti colturali standardizzati e integrato su periodi precedenti più o meno lunghi (x = 30, 60, ..., 180 giorni), secondo l’espressione

DTx = ??

?oggi

xoggiem TT )( .

Per esempio assegnando alla variabile oggi un valore compreso tra 181 e L e operando su una serie storica di lunghezza L (giorni) è possibile costruire l’andamento temporale dell'indicatore DT180 su 45 anni consecutivi (1956-2000) considerando un erbaio di medica (profondità radicale 2 m) su un suolo piuttosto diffuso in pianura padana, per la stazione del Servizio Idrografico n. 2338 di Alfonsine (RA) (Figura 7). Figura 7. Alfonsine (RA), andamento dell'indicatore DT 180 su 45 anni (1956-2000).

y = 0 .0033x + 24.327R

2 = 0.0221

0

5 0

100

150

200

250

300

350

400

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

Etp

Tm

Condizioni atmosferiche

Lai

Acqua nel suolo

Coltura

Te

Figura 6. Schema delle relazioni dirette e indirette tra le condizioni atmosferiche, la coltura e l’acqua nel suolo per la determinazione della traspirazione effettiva.

10

Come valori significativi per il raffronto tra un anno e la climatologia si possono usare il 50° percentile (o mediana, P50), che costituisce la norma, mentre alcuni percentili successivi individuano la portata dell’anomalia positiva della siccità, per esempio con cadenza quadriennale (P75), decennale (P90) e ventennale (P95). E’ quindi possibile costruire per ogni DTx un diagramma per il confronto tra l’anno-tipo e l’anno in corso, per stabilire la maggiore o minore siccità dell'anno in esame. In Figura 8 vediamo un esempio di applicazione di questo diagramma per due anni molto diversi tra loro.

Fig. 8. Diagramma di confronto tra l’andamento del DT180 espresso come livello percentile per gli anni 1971 (molto arido) e 1995 (poco arido). I segmenti orizzontali evidenziano le progressive soglie percentili di riferimento utilizzabili per un’immediata valutazione dell’anno in esame a fronte della climatologia locale dell’indice di siccità. La curva del 1995 non è mostrata al di sotto del livello mediano P50.

Le applicazioni del telerilevamento nei progetti Interreg EUMETSAT è il consorzio europeo che gestisce i satelliti meteorologici già in orbita come MSG (Meteosat Second Generation) o in progetto come EPS (European Polar Satellites). Le strutture di applicazione dei dati satellitari (Satellite Application Facilities, SAF) sono centri per sviluppo e l’elaborazione dei dati all'interno del segmento al suolo di EUMETSAT. Utilizzando le competenze specialistiche degli stati membri, forniranno prodotti meteorologici derivati dai dati satellitari alle strutture centrali di EUMETSAT a Darmstadt ed inoltre distribuiranno pacchetti di programmi agli utenti. Fig. 9. Immagine del sensore ASTER su piattaforma TERRA del 20 settembre 2001. Risoluzione 15 m. Composizione RGB: 2,3N,1. In rosso l’area da classificare.

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

1971 1995

11

Di particolare interesse per i progetti Interreg sono il SAF on Land Surface Analysis, gestito dall’Istituto meteorologico del Portogallo (IMP) e il SAF on Climate Monitoring, gestito dal Servizio meteorologico tedesco (DWD). Quest’ultimo SAF è giunto nella fase pre-operativa e dovrebbe iniziare a distribuire prodotti a breve. Sono stati quindi stabiliti contatti con entrambi gli istituti con lo scopo di accedere ai prodotti di interesse per i progetti Interreg cui ARPA-SIM partecipa, in particolare mappe di radiazione solare incidente, precipitazione totale ed evapotraspirazione potenziale e reale. Nell’ambito dei progetti Interreg, ARPA-SIM si sta inoltre dotando di un laboratorio per l’applicazione delle tecniche di telerilevamento al territorio regionale, attraverso l’acquisizione di personale competente e di strumenti. A tal fine, attraverso la partecipazione al Progetto SEDEMED, sono state acquistate le seguenti immagini telerilevate:

?? una serie storica di immagini da satellite LANDSAT-MSS (intervallo: 1975-1982) con cadenza annuale e per tutto il territorio regionale a 60 m di risoluzione;

?? una serie di immagini ASTER (periodo: 2001 – 2003) di quasi tutto il territorio regionale a 15 m di risoluzione.

Queste serie storiche vanno ad arricchire l’archivio dati telerilevati che ARPA-SMR già aveva a disposizione, comprendente:

?? foto aeree AIMA (risalenti al volo aereo 1995-96), per tutta la regione a 1 m di risoluzione; ?? serie storica di immagini MODIS quotidiane (estati 2002 e 2003) alla risoluzione di 500 m.

Le foto aeree sono state acquisite da ARPA-IA, mentre le immagini MODIS sono state reperite gratuitamente sul sito di EOS Data Gateaway della NASA. La potenzialità di questo materiale informativo si esprime in termini di conoscenza del territorio sia attuale che storica. E’ possibile infatti elaborare le immagini e classificarle ai fini dell’uso del suolo attuale e pregresso, in modo da confrontare eventuali cambiamenti avvenuti negli ultimi 28 anni. Il risultato di tali informazioni è naturalmente dipendente dalla risoluzione spaziale delle immagini, soprattutto quelle più vecchie, derivanti da sensori con caratteristiche tecniche meno evolute. E’ intenzione di ARPA-SIM utilizzare questo studio comparato anche per individuare le zone vulnerabili a processi di desertificazione, attraverso una serie di prodotti informativi, riguardanti la identificazione e/o il mappaggio di:

?? le aree di nuova urbanizzazione; ?? la riduzione delle superfici coltivate; ?? il cambiamento dell’uso del suolo agricolo in altri usi; ?? le aree di deforestazione a seguito di fattori antropici, quali incendi, edificazione,

sfruttamento del bosco, ecc. ?? le aree soggette a fenomeni franosi; ?? l’estensione e/o lo spostamento dei calanchi;

Un utilizzo interessante delle serie storiche di immagini telerilevate riguarda l’approvvigionamento di informazioni di base per la gestione delle risorse idriche superficiali in ambito di bacino. Infatti, l’incremento degli eventi siccitosi e l’assottigliarsi delle risorse idriche superficiali nei periodi stagionali di maggior richiesta, induce gli agricoltori ad assicurarsi riserve d’acqua con la costruzione di piccoli bacini idrici alimentati dai ruscelli e dai fiumi. A livello di bacino la gestione delle acque risulta quindi non organizzata e di difficile razionalizzazione. Il fenomeno di progressiva costruzione di bacini idrici avviene in modo pressoché spontaneo, non è sempre sotto controllo, ed è difficile avere informazioni territoriali e storiche sul loro numero, estensione, localizzazione e corso d’acqua dal quale si approvvigionano. Una delle tecniche più efficaci per sopperire a questa carenza di dati è quella di confrontare fra loro immagini acquisite sulla stessa area in epoche diverse. Attraverso la loro sovrapposizione successiva è possibile ricostruire un quadro storico del territorio, individuando dove e quando le

12

dighe siano costruite. Anche piccole riserve d’acqua, praticamente irraggiungibili con altri mezzi, possono essere osservate, registrate in numero e misurate in estensione. Infine, tale database multitemporale può essere associato alle routine del modello CRITERIA per avviare una programmazione razionale delle risorse idriche in ambito agricolo, guidando anche il dimensionamento numerico e volumetrico delle riserve d’acqua in modo coerente con il reale fabbisogno ed in relazione a bilanci stagionali di tutto il bacino del fiume Lamone. Questa attività viene condotta all’interno del progetto DesertNet, dove i dati satellitari sono accoppiati a quelli del modello di bilancio idrico CRITERIA nell’ambito territoriale del bacino, come di seguito spiegato. Metodi di classificazione E’ stata eseguita una classificazione dell’uso del suolo nella valle del Lamone (FC) utilizzando una successione multitemporale di dati ASTER e LANDSAT. Sono state riconosciute le colture erbacee ed alcune delle più comuni coltivazioni arboree della zona (actinidia e vite). L’approccio multitemporale è stato particolarmente vantaggioso per migliorare l’accuratezza della classificazione, soprattutto per le coltivazioni erbacee, in quanto è possibile osservarle durante tutto il periodo colturale dal momento delle lavorazioni di campo come arature e semine, a quelli dello sviluppo e raccolta. Allo stato attuale del progetto non è ancora stata effettuata una campagna di rilievi a terra dell’area e la classificazione si è avvalsa dell’ausilio di alcune foto aeree a disposizione risalenti al 1996 per ricavare la situazione a terra (Figura 10)

Coltura erbacea

Arato

Coltura raccolta (paglie in campo)

Arboreto

Non classificato (nubi o acqua)

Figura 10. Confronto tra la classificazione del 2001 (15 m di risoluzione) e la foto aerea del 1996 (ca. 1 m di risoluzione). Dettaglio di un’area nei pressi di Brisighella. Dalla foto aerea si evince che la zona presenta superfici arborate (sia coltivate che boschive), colture erbacee coltivate e suolo nudo (campi arati). La classificazione, pur utilizzando informazioni successive di 5 anni, ha dato risultati riconoscibili. Il rettangolo nero al centro, riconosciuto come acqua, è il bacino idrico visibile nella foto aerea.

13

In tal modo, da alcuni campi ben riconoscibili sulle foto aere e sulla relativa immagine da satellite sono state ricavate le firme spettrali specifiche per la coltura, con le quali è stata lanciata la classificazione dell’uso del suolo con il noto algoritmo di massima verosimiglianza. Essendo il dato di partenza georiferito alla proiezione geografica UTM WGS 84, alla mappa risultante è stata poi sovrapposta una griglia di coordinate geografiche. Mancando la verità a terra, le classi riconosciute per ora sono ancora molto aggregate ed anche le statistiche delle superfici relative sono ancora provvisorie, tuttavia si ritiene di poter migliorare il prodotto non appena sarà a disposizione la reale situazione al suolo dopo l’effettuazione dei rilievi di campo (Figura 11) L’obiettivo di questa classificazione dell’uso del suolo è quello di avere a disposizione dei dati territoriali da inserire nel modello di bilancio idrico territoriale CRITERIA (Controllo delle Riserve Idriche TErritoriale per la Riduzione dell’Impatto Ambientale) attualmente in uso e sviluppo presso ARPA-SIM. Il modello, alimentato con i dati giornalieri di precipitazione e temperatura, determina l’evapotraspirazione dell’area di interesse e calcola il bilancio idrico delle colture, considerando per l’acqua l’eventuale scorrimento superficiale, lo scorrimento ipodermico ed il drenaggio. La simulazione può essere effettuata a varia scala, partendo dall’unità minima del campo coltivato, fino all’intero territorio regionale. I risultati delle diverse combinazioni di dati climatici, suolo e gestione colturale possono essere visualizzati sotto forma di mappe interattive. Essendo la classificazione dell’uso del suolo georiferita, l’intenzione è quella di alimentare il modello CRITERIA direttamente con i dati delle colture effettivamente presenti in campo, le quali avranno coefficienti idrici di evapotraspirazione e di consumo dell’acqua specifici per le coltura. Uso dell’acqua nella valle del fiume Lamone Nella valle del fiume Lamone particolare interesse riveste la coltura dell’actinidia, che si è diffusa negli ultimi anni a seguito delle buone rese e dell’incoraggiante prezzo del prodotto sul mercato. L’actinidia è tipicamente una coltura con elevata esigenza idrica. Gli agricoltori della zona tendono ad assicurarsi riserve idriche per la stagione meno piovosa costruendo dei piccoli bacini idrici che prelevano acqua dal fiume, dai suoi affluenti o posizionandoli negli impluvi naturali. Tale adattamento alle ricorrenti condizioni siccitose risulta vincente per le necessità irrigue, ma comporta una mutazione delle caratteristiche ambientali e paesaggistiche. La scelta di costruire riserve idriche potrebbe risolvere il conflitto sulla risorsa acqua con gli altri settori produttivi e con le potenzialità turistiche delle aree a valle, nonché ridurre un potenziale fattore di degradazione ambientale, in quanto le acque del fiume Lamone alimentano l’Oasi Faunistica di Punte Alberete. Dato che il fenomeno della progressiva costruzione di bacini idrici da parte degli agricoltori è di difficile controllo e verifica a terra, i dati telerilevati risultano essere determinanti per il suo studio e controllo: sono queste informazioni fondamentali per poter avviare la gestione razionale delle risorse idriche del bacino.

Risultato del classificatore di massima verosimiglianza su immagine ASTER del 20 Settembre 2001.

14

Il modello di bilancio idrico geografico CRITERIA Punto qualificante nella partecipazione di ARPA Emilia-Romagna ai progetti Interreg III B è l’impiego del modello di bilancio idrico CRITERIA (Zinoni e Marletto, 1999), realizzato presso l’area Agrometeorologia e Territorio nel corso degli anni ’90 e tuttora oggetto di sviluppo. Il modello, dotato di una specifica interfaccia geografica, consente l’incrocio tra la carta dei suoli e la griglia dei dati meteorologici interpolati (solitamente con risoluzione di 5 km). Le colture vengono associate al territorio per mezzo della stessa interfaccia. Di seguito (Fig. 12) presentiamo un esempio di elaborazione effettuata dal modello al fine di determinare l’esigenza irrigua media del kiwi nella valle del Lamone a monte della città di Faenza (RA).

Figura 12. Simulazione con il modello geografico di bilancio idrico CRITERIA delle esigenze irrigue medie annue (1991-2000) per l’actinidia nella valle del Lamone a monte della città di Faenza (RA).

Il modello consente di studiare l’impatto di scenari climatici eventualmente caratterizzati da una maggiore frequenza e intensità della siccità estiva e anche di determinare le zone nelle quali risulta più urgente l’avvio di opere tese alla mitigazione dell’impatto del fenomeno sull’agricoltura locale. Conclusioni e prospettive Nell’ambito dei progetti Interreg, la proposta di ARPA-SIM mira a colmare alcune delle lacune rilevate negli indicatori di siccità in circolazione, basandosi sia sul bilancio idrico che sulle caratteristiche dei suoli e della coltura presente; l’approccio consente l’immediata percezione della gravità della situazione in atto in base al raffronto con la climatologia locale del fenomeno siccitoso su diverse scale di tempo. Onde permetterne una valutazione non episodica, ARPA-SIM sta provvedendo all’implementazione della cartografia dell’indice DTx a livello locale (pianura dell’Emilia-Romagna) come prodotto di post-elaborazione delle uscite prodotte col sistema modellistico CRITERIA (progetto SEDEMED). In situazioni locali soggette a progressivi eventi siccitosi ed aree classificabili come vulnerabili a processi di desertificazione (progetto DesertNet), intendendo per essa il concetto generale di perdita di suolo produttivo, la proposta di ARPA-SIM mira invece allo sviluppo di un sistema di supporto decisionale basato sul modello di bilancio idrico CRITERIA per la gestione sostenibile delle risorse idriche superficiale in ambito agro-ambientale anche al fine di mitigare i conflitti innescati dalla loro progressiva scarsità. In entrambi i progetti Interreg le informazioni telerilevate risultano di grande utilità per il rifornimento dei dati di base aggiornati sull’uso reale del suolo destinati alle routine del modello di bilancio idrico territoriale. Le grandezze agrometeorologiche derivate, prodotte dai dati satellitari attraverso la collaborazione con i SAF di cui sopra, permette infine la taratura in tempo reale delle

15

uscite del modello geografico CRITERIA, permettendo la realizzazione futura di un sistema più accurato per l’ausilio alla gestione sostenibile delle risorse idriche in ambito agricolo. Bibliografia Alley WM, 1984. The Palmer Drought Severity Index: limitations and assumptions. J. Clim. Appl. Met., 23: 1100-1109. Dorenboos J, Kassam AH et al., 1979. Yield response to water. FAO Irrigation and drainage paper n. 33, Roma, 193 pp. Driessen PM, 1986. The water balance of the soil. In: Van Keulen H, Wolf J, (eds). Modelling of agricultural production: weather, soils and crops. Pudoc, Wageningen, 479 pp. Driessen PM, Konijn NT, 1992. Land-use systems analysis. Wageningen agricultural university, 230 pp. McKee, T.B., N.J. Doesken e J. Kleist, 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim, CA, Amer. Meteor. Soc., 179-184. Morgillo A, Brunetti A, Salvati L, 2002. La siccità in Italia: spunti di discussione sul clima, sugli aspetti pedoclimatici e sul bilancio idrico. Atti del convegno Aiam “L'agrometeorologia nel Mediterraneo”, Acireale, 6-7 giugno 2002, p. 145-151. Zinoni F, Marletto V, 1999. CRITERIA: bilancio idrico e GIS per la prevenzione dell'impatto ambientale di origine agricola. Agricoltura Ricerca n. 180/181: 102-109. Riferimenti internet NDMC (National Drought Mitigation Center), 2003. What is drought? http://www.drought.unl.edu/whatis/what.htm. LandSaf. http://www.meteo.pt/landsaf/paginit.htm#pagweb Eumetsat. www.eumetsat.de