WP 2.5 Proiezioni climatiche future in regioni montane

La disponibilità di risultati prodotti da simulazioni numeriche climatiche è un elemento essenziale per complementare e interpretare le informazioni fornite dai dati misurati e per sviluppare metodologie di previsione e stima degli impatti. In questo work-package è stato costruito e reso disponibile un archivio di dati climatici ottenuti da simulazioni numeriche globali, regionali e locali, già esistenti o prodotte nell’ambito del progetto. Inoltre, sono state sviluppate tecniche di downscaling statistico e stocastico allo scopo di produrre dati climatici ad altissima risoluzione, adatti alla valutazione degli impatti di cambiamento climatico in aree di specifico interesse.

Attività svolte

• Task 1. Costruzione di un archivio di dati ottenuti da simulazioni climatiche globali, regionali e locali, sia già esistenti, sia effettuate nell’ambito del progetto. A livello di condizioni climatiche globali, sono stati costruiti archivi di dati ottenuti dalle simulazioni del periodo industriale e storico (1850-2005) e dalle proiezioni di futuri scenari climatici – basati sugli scenari di emissioni denominati RCP 3-PD, RCP 4.5 e RCP 8.5 – per il periodo 2006-2100. Queste simulazioni sono state condotte utilizzando i diversi modelli climatici globali disponibili presso gli Enti partecipanti, quali il modello del CMCC (CMCC–CM) e il modello EC-Earth in uso presso il CNR. Alcune delle simulazioni sono state effettuate ed archiviate presso i centri di calcolo del CMCC mentre altre sono state effettuate e rese disponibili presso il CINECA e l'ENEA. Queste simulazioni forniscono un ensemble di risultati modellistici che rappresentano una base di dati globali per la caratterizzazione delle condizioni climatiche a grande scala. I risultati dei modelli globali sono stati utilizzati anche come condizioni al contorno per simulazioni a scala regionale e locale. Inoltre, le simulazioni globali condotte nell’ambito del progetto sono state integrate con quelle disponibili nell’ambito di programmi internazionali quali CMIP5 e le simulazioni del consorzio EC–Earth.

L’archivio dati rende disponibili anche i risultati delle simulazioni ad alta risoluzione, a scala regionale, per le aree strategiche considerate nel progetto, includendo sia i risultati di simulazioni puramente atmosferiche, sia simulazioni accoppiate mare–atmosfera per il bacino del Mediterraneo, eseguite presso CMCC, ENEA e ICTP. Le simulazioni sono confrontate e completate da quelle condotte nell’ambito delle iniziative internazionali CORDEX e MedCORDEX. L’archivio comprende anche una casistica dei risultati di simulazioni ad altissima risoluzione (1-10 km), non-idrostatiche, in aree montane, in cui l’orografia complessa ha richiesto lo sviluppo di particolari soluzioni modellistiche. In queste aree, il confronto fra i risultati numerici e i dati raccolti dalle reti di misura è essenziale per la calibrazione e la validazione dei modelli a scala locale. Questi modelli sono stati poi innestati nelle simulazioni globali per ottenere un archivio di scenari futuri ad altissima risoluzione spaziale nelle regioni montane di interesse.

• Task 2.  Sviluppo e implementazione di metodi di downscaling statistico e stocastico per temperatura e precipitazione, in grado di rappresentare gli effetti orografici, per regioni montane italiane. Una serie di metodi e strumenti sono stati sviluppati per la produzione di dati climatici ad altissima risoluzione basati su tecniche di “downscaling” statistico e stocastico. Tutte le simulazioni e gli scenari disaggregati, ottenuti dall’applicazione dei metodi di downscaling,  sono stati resi disponibili sui portali tematici del progetto. I dati prodotti ad altissima risoluzione, hanno permesso una realistica rappresentazione dei processi di piccola scala, così importanti per una più profonda comprensione dei fenomeni che caratterizzano le aree ad orografia complessa – come la regione Alpina – e per una più accurata quantificazione degli impatti che il cambiamento climatico può causare in queste regioni.

Risultati ottenuti

Nel corso del progetto, numerose simulazioni sono state condotte e analizzate al fine di produrre una stima, quanto più possibile attendibile, del segnale di cambiamento climatico che potrebbe determinarsi nei prossimi decenni nel bacino del Mediterraneo, sulla Penisola Italiana e nella regione Alpina, in conseguenza ad alcuni scenari di emissioni. A questo scopo, simulazioni ottenute da modelli climatici globali e regionali, accoppiati oceano–atmosfera e solo modelli atmosferici, a diversa risoluzione spaziale, sono state utilizzate. Per esempio, le analisi di simulazioni prodotte con modelli accoppiati globali e regionali sull’intero bacino del Mediterraneo hanno prodotto informazioni sul segnale di cambiamento climatico nella regione Euro–Mediterraneo e sulla penisola Italiana. Per quanto riguarda la temperatura superficiale, tutte le simulazioni sostanzialmente concordano nell’indicare un rilevante aumento delle temperature medie estive sulle coste del Mediterraneo, che già nei prossimi decenni (2021–2050) possono essere oltre 2°C più. calde rispetto a quelle osservate nel recente passato. Per le precipitazioni, le simulazioni mostrano un minore accordo sui cambiamenti proiettati. Tuttavia un marcato gradiente meridionale nelle variazioni previste nelle precipitazioni medie è presente per tutte le stagioni, con precipitazioni medie ridotte per la regione Mediterranea e un corrispondente aumento per l'Europa centro-settentrionale. In particolare, nell'Italia centro-meridionale le proiezioni suggeriscono una marcata riduzione delle piogge, che nella stagione estiva primaverile sembra interessare tutto il Paese. Comunque, nel nord della Penisola, specialmente d’inverno, l’incertezza è molto maggiore e le simulazioni non sono concordi sul segno del cambiamento delle precipitazioni medie. Le simulazioni prodotte con modelli accoppiati globali e regionali nel Mediterraneo, hanno permesso anche di valutare la capacità dei modelli numerici di simulare le caratteristiche degli eventi estremi di precipitazione su questa regione e di stimare gli impatti che su di essi potrebbero avere possibili cambiamenti climatici futuri. I risultati indicano che i modelli generalmente riescono a riprodurre ragionevolmente bene gli estremi associati ad eventi di precipitazione di larga scala, mentre hanno maggiori problemi con gli eventi associati a fenomeni convettivi. Inoltre, le proiezioni suggeriscono che in un clima futuro più caldo di quello attuale, o del recente passato, sulla regione Euro–Mediterraneo possa verificarsi un aumento più marcato dei fenomeni estremi rispetto a quelli meno intensi. L’aumento d’intensità degli eventi estremi di pioggia appare caratterizzare anche quelle aree della regione che nelle proiezioni mostrano una diminuzione delle precipitazioni medie. Questo aumento degli eventi estremi sembra essere chiaramente legato a un’aumentata disponibilità di vapor acqueo accumulato in atmosfera in condizioni di clima più caldo. Infine, nel corso del progetto, sono stati condotti approfonditi studi mirati a inverstigare e valutare le prestazioni di simulazioni numeriche ad alta (~8 km) ed altissima (~2,2 km)  risoluzione nella regione Alpina. Particolare attenzione è stata dedicata all’analisi della capacità dei modelli di rappresentare le dinamiche di precipitazione giornaliere e sub-giornaliere, con l’obiettivo di fornire una quantificazione oggettiva dei miglioramenti eventualmente determinati da un aumento della risoluzione spaziale, a diverse scale temporali, della variabilità climatica osservata nella regione. In generale, i risultati mostrano che le simulazioni ad altissima risoluzione (2,2 km) producono un significativo miglioramento della capacità dei modelli di riprodurre le principali caratteristiche della statistica delle precipitazioni ad alta frequenza (giornaliera e sub–giornaliera) nell’area Alpina, sia in termini di riduzione del bias che di migliore rappresentazione degli eventi estremi.