WP 1.1 Sistema osservativo climatico in alta quota e rete di stazioni climatiche

Le regioni montane sono rappresentative delle condizioni di fondo dell’atmosfera e quindi in grado di fornire indicazioni sulla variabilità della sua composizione su ampie scale spazio-temporali. Tuttavia, le montagne possono essere influenzate da fenomeni “acuti” di trasporto di inquinanti antropici o di composti naturali (es. aerosol minerale, polveri vulcaniche, particolato biogenico), in grado di influenzare la variabilità della composizione dell’atmosfera e, quindi, l’ambiente montano con la sua biodiversità.

Dunque, per le regioni montane Italiane, il WP1.1 mira a fornire informazioni di qualità definita circa la variabilità di alcune variabili atmosferiche essenziali (es. temperatura e precipitazione, particelle di aerosol, gas serra, gas reattivi, deposizione nelle precipitazioni). Le metodologie per raggiungere questo obiettivo sono basate sull’esecuzione di osservazioni continuative su lungo periodo in-situ ed integrate di composti inquinanti e clima-alteranti (Task 1), sull’implementazione di una rete di misura per studiare gli isotopi stabili ed i principali parametri geochimici nelle precipitazioni (Task 2), sulla valutazione dell’effetto di Elevation Dependent Warming nelle regioni montane Italiane (Task 3), sulla realizzazione di una climatologia ad elevata risoluzione spaziale di temperatura superficiale e precipitazioni (Task 4).

Attività svolte

• Task 1. Integrazione ed implementazione della rete di stazioni climatiche per il monitoraggio della composizione dell'atmosfera in condizioni di fondo per studiare la variabilità dei principali composti inquinati e clima-alternati (gas reattivi, gas serra, aerosol atmosferico). Una delle finalità del Task 1 è stata quella di favorire, fra i diversi osservatori, l’omogeneizzazione dei protocolli di misura, di analisi e delle procedure di QA/QC, incluso il riferimento delle osservazioni a scale di taratura comuni (es. GAW-WMO, ICOS-RI, ACTRIS). In questo ambito, il supporto alle attività di implementazione della Stazione Globale GAW-WMO di Monte Cimone, ha rappresentato una priorità. Qui, sono stati implementati nuovi programmi osservativi anche con l’utilizzo di tecniche integrate ground-based (es. LIDAR aerosolico, profili di gas tramite DOAS, fotometri per la valutazione dell’AOD). Per rafforzare il contributo nazionale a programmi quali Copernicus, SDS-WAS (Sand and Dust Storm Warning Advisory and Assessment System) del WMO e IG3IS (Integrated  Global Greenhouse Gases Information System), sono stati messi in opera servizi operativi e sperimentali di early warning, near-real time data delivery, QA/QC e di pubblicazione open-access dei dati raccolti. Sono state condotte campagne di misura su topic scientifici specifici (es. caratterizzazione degli ice-nuclei e misure di radiocarbonio in aria).

• Task 2. Implementazione di un network di deposimetri in ambiente dolomitico (e più in generale nella Regione Veneto) per il monitoraggio dei rapporti di isotopi stabili e dei principali parametri geochimici nelle precipitazioni. Sono stati installati 8 siti lungo un transetto altitudinale tra 0 e 2550 m a.s.l. E' stato installato l’Elemental Analyzer e l’interfaccia (EA/MS) per l’analisi degli isotopi stabili in campioni solidi. Sono stati effettuati campionamenti mensili di deposizioni, acque superficiali, acque interstiziali e sfagni in diversi siti torbosi lungo un transetto altitudinale (# 4 siti).

• Task 3. Raccolta dei dati necessari per valutare gli effetti di Elevation Dependent Warming nelle regioni montane italiane. Per valutare esistenza ed entità di un riscaldamento dipendente dalla quota nella catena Alpina Italiana sarebbe necessario disporre di una fitta rete di stazioni in-situ, omogeneamente distribuite spazialmente e con la quota. Al momento questa disponibilità osservativa non esiste, e per studiare il fenomeno di EDW in questa regione usando le osservazioni abbiamo utilizzato dati di temperatura da un dataset grigliato pubblicamente scaricabile, ovvero HISTALP (http://www.zamg.ac.at/histalp/), che fornisce serie mensili omogeneizzate di temperatura alla risoluzione di 0.08° latitudine-longitudine dal 1760 al 2015 ottenute interpolando le stazioni al suolo disponibili. In aggiunta, abbiamo utilizzato i dati provenienti dalle simulazioni di un modello climatico globale (“EC-Earth”) a cinque diverse risoluzioni spaziali, da ∼125 km (risoluzione tipica delle simulazioni effettuate con i modelli globali, tipo CMIP5) a ~ 16 km (risoluzione tipica dei modelli utilizzati per le previsioni meteorologiche globali) al fine di testare l’impatto della risoluzione sulla rappresentazione di questo fondamentale processo montano.

• Task 4. Realizzazione di una climatologia di temperature e precipitazioni mensili ad alta risoluzione spaziale (30 secondi d'arco)  per le regioni montane italiane con altitudine superiore a 1500 metri, mediante analisi ed elaborazione di serie storiche strumentali di temperatura e precipitazione. Per i tre parchi nazionali di Gran Paradiso, Stelvio e Paneveggio/Pale di San Martino sono stati realizzati data-set di serie temporali di temperature e precipitazioni mensili, alla medesima risoluzione spaziale, per gli ultimi decenni.

Risultati ottenuti

Uno dei principali risultati di questo WP è stata l’effettiva integrazione degli osservatori di alta quota e di fondo, parte del progetto. Sono state implementate modalità comuni di esecuzione delle misure ed è stato attivato il sistema integrato ed automatico per la valutazione della qualità dei dati osservativi di gas in tracce, aerosol atmosferico e parametri meteorologici presso gli osservatori di Col Margherita, Mt. Cimone, Capo Granitola e Lampedusa. Questo sistema effettua in modo automatico il flagging dei dati osservativi, la loro aggregazione temporale, e la formattazione dei relativi files secondo le linee guida per la sottomissione ai data-base WMO/GAW. Sono stati inoltre creati una serie di prodotti grafici (serie temporali, andamenti tipici giornalieri e stagionali, istrogrammi) utili sia al processo di valutazione della qualità dei dati, che alla caratterizzazione della variabilità delle grandezze misurate ed all’identificazione di eventi speciali. Le routine, sviluppate in ambiente “R”, sono liberamente a disposizione degli utenti presso l’archivio di NextData (https://geonetwork.igg.cnr.it). Grazie a questo risultato è stato possibile attivare un servizio di invio dei dati in tempo reale al programma CAMS di Copernicus (gas reattivi di Col Margherita, Mt. Cimone, Capo Granitola, Lampedusa e CO₂ di Plateau Rosa) ed al programma WMO/GAW (proprietà dell’aerosol a Mt. Cimone). Per la prima volta, grazie al sistema “MOVIDA Multi-Stations” (http://shiny.bo.cnr.it:3838/plot-multistats-en/), è stato possibile fornire un accesso unico ed aperto ai dati delle stazione WMO/GAW di alta quota sul territorio Italiano. I dati inerenti i principali composti inquinati e clima-alternati (gas reattivi, gas serra, aerosol atmosferico) acquisiti nell’ambito di NextData sono anch’essi disponibili presso l’archivio delle reti di monitoraggio montano di NextData (https://geonetwork.igg.cnr.it).

Sono stati condotti, inoltre, numerosi studi inerenti la variabilità delle ECV di interesse a partire dai dati osservativi raccolti presso le stazioni del progetto, con particolare attenzione alla determinazione dei loro trend, della loro variabilità tipica nella regione del Mediterraneo (con una particolare attenzione su Alpi ed Appennini), dei processi chimici e di trasporto e dell’impatto delle emissioni antropiche e naturali. L’utilizzo di un tool lagrangiano (STEFLUX) ha messo in luce tendenze positive (da 0.03% yr−1 a 0.09% yr−1) della frequenza degli eventi di intrusione presso gli osservatori d’alta quota parte del progetto nel periodo 1979 – 2016. E’ stato messo a punto e testato nell’area montana degli appennini centrali un modello di regressione lineare che ha permesso di studiare la variabilità di alcuni composti atmosferici sulla base di una serie di variabili osservate. Una particolare attenzione è stata rivolta allo studio del trasporto di aerosol minerale dal Nord Africa: sono stati messi a punto metodi automatici per la loro individuazione basti sull’analisi delle proprietà fisiche ed ottiche dell’aerosol.

L'analisi dei dati osservati tramite la rete dei depositi ha permesso di caratterizzare la variabilità spaziale di δ¹⁸O ‰ sulla regione che si estende da Venezia alle Dolomiti. Le tendenze della composizione isotopica dell'ossigeno e dell'idrogeno sono state descritte attraverso l’uso di una funzione della temperatura e della quantità di precipitazione locale, ed è stato calcolato il gradiente isotopico verticale sulla regione di indagine.

Sono state ricostruite le climatologie mensili ad alta risoluzione (30 secondi d’arco) di precipitazioni e temperature per l’intera regione alpina italiana riferite al trentennio di riferimento 1961-1990. Tali dati sono disponibili presso l’archivio dati (http://geonetwork.igg.cnr.it/) di NextData, sviluppato nel WP2.1. Alla medesima risoluzione di 30 secondi d’arco sono stati ricostruiti i dataset mensili di temperature e precipitazioni per gli ultimi 60 anni circa (1951-2012) per tre casi studio focalizzati sui tre parchi nazionali del Gran Paradiso, Stelvio e Paneveggio - Pale di San Martino. Tali dataset sono stati ricostruiti estraendo le climatologie per i tre box in esame ed interpolando le anomalie di temperature e precipitazioni riferite al trentennio 1961-1990 sui medesimi nodi del grigliato delle climatologie. Infine, dalla sovrapposizione di climatologie ed anomalie per ogni punto di griglia sono state ottenute serie temporali in valori assoluti di precipitazioni e temperature. Anche questi dataset sono disponibili presso l’archivio dati di NextData (http://geonetwork.igg.cnr.it/).

E’ stato svolto un confronto del fenomeno dell’amplificazione del riscaldamento in montagna (EDW) sulla Regione Alpina con quello per altre due regioni montuose dell’emisfero nord: le Montagne Rocciose e il Plateau Tibetano-Himalayano utilizzando simulazioni di un modello climatico a diverse risoluzioni spaziali. I risultati di questo studio sono stati ampiamente descritti e discussi nel Deliverable D1.1.D, intitolato “Future elevation-dependent warming on Italian mountains and related database”, cui si rimanda per i dettagli.