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PROGETTO FINALIZZATO CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA "CLIMAGRI"

SOTTOPROGETTO 2 - Agricoltura italiana e cambiamenti climatici

TEMATICA 2.6:

Previsioni stagionali sperimentali

Responsabile della ricerca : Prof. Antonio Navarra - Istituto Nazionale di Geofisica di Roma

Finalitą della ricerca

A) per l'intera durata del progetto

1.      Realizzare 6 casi-studio di previsioni stagionali sperimentali con modelli accoppiati globali a risoluzione T30.

2.      Realizzare per ogni caso studio previsioni MonteCarlo usando ensemble di previsioni ottenute perturbando le condizioni iniziali atmosferiche.

3.      Prediporre e rendere disponibili per gli studi di downscaling statistico e dinamico (scheda di ricerca Cacciamani) i dati necessari.

B) risultati attesi per singolo anno di studio

Primo anno: Tre casi studio di previsioni, completi di data sets globali atmosferici (ogni dodici ore) e oceanici (ogni 6 giorni). Trasferimento dei dati necessari al passaggio dei dati alla scala nazionale (downscaling) alle unita' operative che studieranno le tecniche opportune e si occuperanno della valutazione dei dati con i modelli agronomici.

Secondo Anno: Completamento dei casi-studio e del trasferimento dei dati alle altre unita' operative. Completamento della valutazione delle previsioni e stesura dei rapporti finali.

STATO  DELLE CONOSCENZE  SULL'ARGOMENTO DELLA RICERCA

I problemi cruciali nell'ambito delle simulazioni e predizioni del clima riguardano la diminuzione delle incertezze e l'aumento del grado di dettaglio delle simulazioni e predizioni stesse. La diminuzione delle incertezze puo' essere raggiunta attraverso l'uso delle tecniche di "ensemble" ovvero la creazione di molteplici scenari, leggermente diversi tra di loro, da analizzare in un contesto statistico. Le variazioni tra gli scenari permettono l'esplorazione delle possibilita' all'interno del sistema climatico e quindi la valutazione del grado di affidabilita' delle previsioni stesse.

L'aumento del dettaglio puo' essere ottenuto attraverso l'aumento della risoluzione spaziale del modello, che permette di avere dati di previsione distribuiti in modo piu' fitto sulle aree d'interesse. Anche inquesto caso le incertezze vanno abbassate ricor­rendo a tecniche di ensemble.

Questi due punti sono indispensabili per poter fornire ai settori specifici che studiano l'impatto del cambiamento climatico dati iniziali piu' dettagliati e precisi, che potranno essere utilizzati per la valu­tazione degli impatti sulla progettazione a lunga scadenza delle opere pubbliche, sulla salute, sull'agricoltura etc . Nell'ambito delle previsioni climatiche, le previsioni sulla scala stagionale (3-6 mesi) sono al momento uno dei campi di ricerca pił attivi dello scenario internazionale. In linea di principio, la possibilitą di effettuare pratiche previsioni del tempo risiede nella capacitą dell'oceano di influenzare l'atmosfera attraverso lo sviluppo di influenze remote note come teleconnessioni. L'oceano possiede scale di tempo intrinsicamente pił lunghe dell'atmosfera alle quali corrispondono un tempo di predicibilitą pił lungo. Potendo quindi prevedere lo stato degli oceani globali, specialmente riguardo alla temperatura superficiali (SST), si delinea la possibilitą di ottenere previsioni dello stato a larga scala dell'atmosfera con anticipi dell'ordine di una o due stagioni. La scala globale del fenomeno richiede l'utilizzo di complessi modelli numerici globali sia per l'oceano che per l'atmosfera , accoppiati opportunamente. Negli ultimi anni sono stati fatti notevoli passi in avanti in questo settore e siamo ormai al punto nel quale possiamo ottenere previsioni, che a causa della natura turbolenta del sistema, sono sempre previsioni probabilistiche, usando le tecniche di ensemble statistici, che hanno una certa attendibilitą, purtroppo variabile nello spazio e nel tempo.

DESCRIZIONE  DEI LAVORI DI RICERCA

Descrivere dettagliatamente l'articolazione della ricerca nei tempi e nelle metodologie adottate. Indicare il numero e la dimensione delle unitą sperimentali (campi, laboratori, serre, stalle, capi di bestiame, ecc.) (max 1 pagina)

Le date dei casi saranno decise mediante una discussione con le unita' impegnate nel downscaling. Si cerchera' di individuare dei casi che siano interessanti dal punto di vista delle particolari situazioni nazionali e che siano anche rilevanti dal punto di vista della situazione globale. Verranno presi in considerazioni fattori come persistenti anomalie sull'area del Mediterraneo, casi estremi di temperature marine nell'Oceano Pacifico equatoriale e nell'Oceano Atlantico, condizioni particolarmente anomale della circolazione sul settore europeo.

Dopo la selezione dei casi di studio si procederą alla preparazione delle condizioni iniziali. Le condizioni iniziali saranno ottenute, per la parte oceanica, mediante una simulazione forzata da osservazioni (analisi) di vento e temperatura e umiditą e per la parte atmosferica saranno estratte da un analisi della stessa stagione di un giorno a caso. Nel caso delle previsioni stagionali, infatti, l'informazione e' contenuta nella parte oceanica e la memoria di quella atmosferica si perde rapidamente, non e' necessario quindi prevedere di dover disporre di accurate condizioni iniziali atmosferiche. Le previsioni consisteranno in una integrazione continua del modello accoppiato per sei mesi almeno e i dati saranno archiviati ogni 12 ore per renderli disponibili al gruppo che si occupera' del downscaling. Gli ensemble saranno ottenuti mantenendo la stessa condizione iniziale oceanica, ma usando altri giorni della stessa stagione per la parte atmosferica. Con le presenti disponibiltą di calcolo si ritiene che tre ensemble saranno pronti alla fine del primo anno e gli ultimi alla fine del terzo semestre.

Gli ensembles saranno analizzati usando tecniche statistiche di analisi della varianza (Empirical Orthogonal Fuctions) e gli effetti remoti saranno analizzati usando tecniche di Singular Value Decomposition per identificare la porzione di varianza che e' correlata tra campi diversi (per esempio SST e campi atmosferici) o tra porzioni del globo distanti (per esempio il Mediterraneo e le varie aree oceaniche).

RIASSUNTO DEI CONTENUTI DELLA SCHEDA DI RICERCA 

I problemi cruciali nell'ambito delle simulazioni e predizioni del clima riguardano la diminuzione delle incertezze e l'aumento del grado di dettagli delle simulazioni e predizioni stesse. La diminuzione delle incertezze puo' essere raggiunta attraverso l'uso delle tecniche di "ensemble" ovvero la creazione di molteplici scenari, leggermente diversi tra di loro, da analizzare in un contesto statistico. Le variazioni tra gli scenari permettono l'esplorazione delle possibilita' all'interno del sistema climatico e quindi la valutazione del grado di affidabilita' delle previsioni stesse. Si prevedono in totale sei casi studio di previsioni, completi di data sets globali atmosferici (ogni dodici ore) e oceanici (ogni 6 giorni). Le previsioni forniranno i dati necessari al downscaling alle unita' operative impegnate nel downscaling e nella valutazione dei modelli agronomici.

L'innovazione di questo progetto consiste nel legame originale tra gli aspetti di previsione "dinamica" delle anomalie stagionali e nella valutazione del loro valore dal punto di vista delle applicazioni in agricoltura. Le previsioni stagionali sono previsioni molto diverse da quelle familiari del tempo a breve termine (fino a 5-6 giorni) in quanto sono previsioni la cui attendibilita' varia nello spazio e nel tempo. In ogni caso forniscono previsioni probabilistiche che richiedono un interpretazione a volte complessa per essere utilizzate. Questo progetto si pone il problema di valutare il grado di utilita' di queste previsioni considerato le loro attuali possibilita' in termini di  accuratezza e affidabilita'. La valutazione si basa sulla realizzazione di una catena 'quasi-operativa" che simuli il comportamento di un vero sistema operativo e quindi consista di tutti gli elementi ( previsione, intrepretazione, applicazione ai sistemi specifici) che contiene una vera catena operativa.

La possibilita' di disporre di previsioni stagionali attendibili comporta significanti ricadute sulle tecniche di gestione agricole. In particolare si presenterebbe l'opportunita' di ottimizzare i trattamenti, con minori dosaggi e alleviando l'inquinamento fitochimico, di gestire meglio le risorse idriche, e di pianificare l'impiego di seminagioni adatte al tipo di stagione prevista, per esempio usando seminagioni di varieta' meno costose quando ci si aspetta una stagione normale o prevedendo piu' cicli nel caso di una stagione eccezionalmente favorevole. Un sistema di previsioni stagionali di questo tipo, rappresenterebbe quindi una notevole ricaduta in termine economici, sia in termini di reddito per gli operatori che in termini di benefici piu' generali sull'economia.

Questo progetto si pone inoltre a naturale complemento del progetto europeo DEMETER, che consiste in uno studio delle previsioni stagionali condotto con numerosi modelli europei al fine di stabilire la possibilita' usare modelli diversi nel metodo Montecarlo. Questo progetto permettera' di allargare il numero di casi trattati, ma soprattutto consentira' un focus nazionale che DEMETER non ha, inoltre permettera' di rendere disponibili i dati di previsioni stagionali alla comunita' nazionale al di fuori dei partners di DEMETER.

DOCUMENTI

* Previsioni stagionali sperimentali - Workshop Cagliari 16-17 Gennaio 2003

* Scheda informativa sull'attività al 30/04/2003

* Relazione II° Anno

 

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