Il cambiamento climatico parte prima Attività 2.1.4. Individuazione di una politica di regolazione integrata e condivisa Il cambiamento climatico parte prima Rodolfo Soncini Sessa, Enrico Weber, Daniela Anghileri, Marco Micotti DEI – Politecnico di Milano Milano, 20 marzo 2013

Scenari climatici 2041-2050 Due Regional Circulation Models (RCMs): 1) REG-CM3 del Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) a Trieste (Pal et al., 2007) 2) REMO del Max Plank Institute for Meteorology ad Hamburg (Jacob et al., 2001). L’uscita di entrambi i modelli è a passo giornaliero e ha una risoluzione spaziale di 0.22o (~25km).

Scenari climatici: scenario di emissione Data la scarsa differenza tra gli scenari emissivi sino al 2050, abbiamo adottato lo scenario A1B che rappresenta un buon compromesso.

Scenari climatici: celle e stazioni I quadrati sono i centri delle celle. Ad ogni cella sono state associate le stazioni (diamanti) che cascano entro un un raggio di 20 km dalla stazione.

Scenari climatici: il campo di precipitazione Si stimano 5 statistiche giornaliere 2 statistiche orarie che definiscono il campo di pioggia. Andamento annuale delle statistiche risultanti in una stazione.

Metodo di analisi del CC Si è così ottenuto un modello di generazione del tempo (meteorologico) che descrive in termini statistici i processi spazio-temporali della temperatura e della precipitazione, che è stato calibrato sulla serie di dati storici 2000-09.

Scenari climatici: procedura di forecast Si proietta la variazione riscontrata delle statistiche nell’RCM sulle statistiche osservate: così facendo si utilizza la tendenza, e non il valore, fornito dal modello RCM e si evita l’errore sul valore assoluto che esso commette. Le statistiche che lo definiscono sono poi state calcolate sia sulla serie di backcast che su quella di forecast prodotte dal modello RCM adottato. La variazione stimata per ogni statistica è quindi applicata alla corrispondente statistica del modello di generazione, ottenendo così il generatore che descrive il futuro.

Metodo di analisi del cambiamento Pro: si utilizza solo la variazione tra presente e futuro stimata dal modello RCM, non i valori assoluti che esso produce che si ritengono poco affidabili. Contro: la ricchezza delle correlazioni presenti nella serie temporale prodotta dal RCM è solo parzialmente riprodotta, poiché si riproduce solo quanto è descritto dalle statistiche (spazio-temporali) che caratterizzano il processo generativo adottato (lag-1). Effetto secondario: a differenza di altri metodi, il backcast non dipende dal RCM adottato, ma solo dal processo generativo scelto e dalla sua taratura. Esaminiamo ora le serie ottenute

Scenari climatici: conclusione Afflussi metereologici alle stazioni pluviometriche del Verbano: Backcast 2000-09 (100 anni equivalenti) Forecast 2041-50 ( “ ) 2000-09 per avere la piena 2000 nel campione. Attenzione: tempo ritorno 150 anni - improbabile Scenari prodotti da P. Burlando (ETH, Zurigo).

Il sistema VerbaCe Scenario climatico Meteo FEST Afflussi Isola S. Antonio Pavia Miorina Meteo FEST Afflussi Presentare FEST Deflussi Miorina Po a S. Antonio Ticino a Pavia

Scenari di afflusso Afflussi metereologici alle stazioni pluviometriche del Verbano: Backcast 2000-09 (100 anni equivalenti) Forecast 2041-50 ( “ ) FEST 2000-09 per avere la piena 2000 nel campione. Attenzione: tempo ritorno 150 anni - improbabile Trasformati in afflussi al lago con modello FEST: Backcast 2000-09 (100 anni equivalenti) Forecast 2041-50 ( “ ) Scenari prodotti da G. Ravazzani (DIIAR, Polimi).

Frontiera Ver_eso vs Tic_Irr 1996-2010 (come in negoziazione) 2000-2009 (per Camb. Clim.) La piena del 2000 ha tempo di ritorno 90-200 anni. L’utilità è diversa se si presenta una volta su sedici anni o una volta su dieci.

Il sistema VerbaCe Scenario climatico Meteo Afflussi Alternative Isola S. Antonio Pavia Miorina Meteo Afflussi Alternative Deflussi Miorina Mod. prop. Po a S. Antonio Ticino a Pavia

La correlazione con il Po Scenario climatico Isola S. Antonio Pavia Miorina Meteo Correlazione Afflussi Alternative Mentre abbiamo serie future di afflusso al Verbano non abbiamo analoghe serie per il Po. Ma il Po è essenziale per regolare il Verbano. Le costruiamo per correlazione. Quanto perdiamo nel far ciò? Deflussi Miorina Mod. prop. Po a S. Antonio Ticino a Pavia

Il Po

Cumulata portata Po 2000-09 Po storico Po simulato via regressione con afflusso Verbano storico Si noti differenza di pendenza e quota finale: differenza di media. E’ indice di afflusso mancante: le precipitazioni piemontesi non correlate al Verbano

Traiettoria portata Po 2000 Po storico Po simulato via regressione con afflusso Verbano storico Notare grande piena di Ticino del 2000 (a destra) che non si riverbera su Po, mentre quella piccola in primavera sì. E’ un gioco di media e varianza di Po. La piena di Po sincrona a Ticino è stata prodotta da un’anomala contemporanea perturbazione sul Piemonte.

Correlazione Ticino-Po Afflusso Verbano storico Po simulato via regressione con afflusso Verbano storico Media Po Varianza Po Ticino e Po nel 2000 - 2002. Si noti la piena del 2000 del Ticino (attorno al giorno 270) che non si riflette su Po, mentre la piena al giorni 550 (molto più piccola della prima) genera un alto Po. La seconda avviene in un istante in cui la media di Po è al massimo come pure la varianza. In più gioca il logaritmo. Media (rossa) e deviazione standard (fucsia) del Po non sono in scala. Verbano Po

Frontiera Ver_eso vs Tic_Irr Po storico Po simulato via regressione con afflusso Verbano storico Nonostante quanto prima osservato le frontiere sono molto simili a quelle originali. DIGA ATTUALE Ma ci si attende non sia così a Pavia: sarà più facile ridurvi le esondazioni e quindi avere buone prestazioni.

Frontiera Ver_eso vs Tic_eso Po storico Po simulato via regressione con afflusso Verbano storico E in effetti l’immagine lo conferma. Notare i quattro punti a destra.

FEST Scenario climatico Meteo FEST Afflussi Correlazione Alternative Isola S. Antonio Pavia Miorina Meteo FEST Correlazione Afflussi Alternative Ora abbiamo tutti i modelli e possiamo valutare come essi riproducano quanto avvenuto. Deflussi Miorina Mod. Tic. Po a S. Antonio Ticino a Pavia

Simulazione afflussi Fest Partiamo a valutare gli afflussi generati da Fest rispetto a quelli storici.

Fest: un modello idrologico semi-distribuito Forzanti atmosferiche Interpolazione spaziale: Thiessen, Dist. Inversa, ecc. Parametri del suolo http://dx.doi.org/10.1016/j.advwatres.2009.01.006 Dinamica neve Parametri della vegetazione Bilancio idrologico DEM Percolazione Deflusso superficiale Definizione del reticolo idrografico 6600 celle 1 km x 1 km 39600 variabili Propagazione: invaso lineare Propagazione: Muskingum-Cunge Realizzato da G. Ravazzani e M. Mancini, DIIAR, Polimi Idrogramma

Dati meteorologici della rete di pluviografi e termometri Vengono trasformati in campi Precipitazione Temperatura aria

Uscite: afflussi a Verbano e Ceresio Afflussi al Verbano Afflussi al Ceresio Abbiamo due serie di afflusso: una al Ceresio, una al Verbano

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia Fest (Simulazione meteo storico) La media è preservata come pure la distribuzione temporale

Curva di durata Storia

Curva di durata Storia Fest Sembra molto buona, ma …

Frontiera Ver_eso vs Tic_Irr Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato FEST La frontiera è molto diversa Migliora esondazioni (meno rischio piene) Migliora irrigazione (meno magre)

Curva di durata Storia Fest Sembra molto buona, ma … notare sottostima piene e sovrastima magre

Curva di durata: piene Storia Fest Piene sottostimate

Curva di durata: magre Storia Fest Invaso lacuale 375 Mm3 Domenica Lunedì Storia Fest Notare forte sovrastima frequenza portate > 100 mc/s Minimo afflusso 50 mc/s, storia 15 giorni anno con portate inferiori. Che accade? Per spiegare i serbatoi, non presenti in FEST, si è aumentata la capacità filtrante. Invaso lacuale 375 Mm3 Capacità serbatoi 550 Mm3

Media e varianza afflusso Storia

Medie e varianze afflusso Storia Fest Notare sovrastima media e sottostima (mu-sigma) estate -> migliora irrigazione sottostima media e “ “ autunno -> diminuisce esondazioni, ne migliora l’utilità

Correzione Correggere media e sigma. Quando? Ogni giorno: media e varianza giornaliera (730 parametri!) Media e varianza annua (2 parametri) Compromesso adottato: Media e varianza sotto e sopra 75 mc/s (serbatoi alpini) (4 parametri)

Curva di durata Storia Fest Sembra molto buona, ma … notare sottostima piene e sovrastima magre

Curva di durata Storia Fest Fest corretto

Curva di durata: contributo serbatoi idroelettrici Storia Fest Corretto 4 parametri Togliere rossa, correzione solo sotto 75 mc/s

Con 720 parametri Storia Fest Corretto 4 parametri Se avessimo 720 parametri la correzione sarebbe perfetta: curva blu. Ma quale sarebbe la capacità predittiva di questo modello? Ben scarsa: troppo adattato all’errore.

Curva di durata: piene Storia Fest Piene sottostimate

Curva di durata: piene Storia Fest Fest corretto

Medie e varianze afflusso Storia Fest Notare sovrastima media e (mu-sigma) estate -> migliora irrigazione sottostima media e “ autunno -> migliora esondazioni

Medie e varianze afflusso Storia Fest Fest corretto Sovrastima primavera, ma bene tarda estate e autunno

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia Fest (Simulazione meteo storico) La media è preservata come pure la distribuzione temporale

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia Fest (Simulazione meteo storico) Fest corretto La media è preservata come pure la distribuzione temporale

Piena 2000: afflusso al lago Storia

Piena 2000: afflusso al lago Storia Fest

Piena 2000: afflusso al lago Storia Fest Fest corretto Ricostruisce l’onda bene

Nuova diga Tic_Irrigazione vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato FEST Afflusso simulato corretto Ora la frontiera è migliore: Ancora leggera sovrastima utilità esondazioni; Corretta utilità irrigazione. Ristretta la variabilità dell’utilità di esondazioni.

Nuova diga Tic_Irrigazione vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto In seguito non mostremo più FEST

Nuova diga Tic_EnelGreenPower vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto Guardare solo a destra. Va bene.

Nuova diga Tic_Esondazioni vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto La correlazione tra esondazioni monte e valle è confermata. Fest corretto leggermente ottimista: perché Po è sottostimato.

Nuova diga Ver_Ambiente vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto Bene

Nuova diga Ver_Turismo vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto Bene

Nuova diga Tic_Termoelettrico vs Ver_Esondazioni Afflusso storico (Po simulato) Afflusso simulato corretto Solo i blackout di Turbigo non vengono ricostruiti correttamente. Fest tende a correlare molto di più della storia (è stata tarato proprio in questo modo cercando di riprodurre la dinamica dei serbatoi) # giorni q<25 mc/s Storia Fest corretto Fest totali 61 21 1 consecutivi 3 6

Backcast (corretto)

Piogge backcast Media Storia Colore: dieci anni storici Grigio: 100 anni generati La generazione: a occhio è simile all’ attuale

Cumulata precipitazione Media Storia Colore: dieci anni storici Grigio: 100 anni generati Le cumulate lo confermano

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia Fest corretto

Cumulata afflussi totali al Verbano (2000-2009) Storia Fest corretto Backcast La media è preservata; meno bene la distribuzione temporale: l’andamento temporale della pendenza è diversa.

Medie e varianze afflusso Storia Fest corretto

Medie e varianze afflusso Storia Fest corretto Backcast Afflussi sovrastimati in inverno: dovremmo trovare un miglioramento dell’ idroelettrico. Sottostima piene autunnali (in particolare varianza): si attenuano le esondazioni

Piena 2000: afflussi al lago Storia Fest corretto Backcast Le piene molto più strette e impulsive. Il volume di piena è in media la metà di quello storico. Non si presentano mai picchi in successione. ATTENZIONE: le serie sono equiprobabili, quindi non c’è esattamente il 2000; per questo mancano i due primi colmi.

Curva di durata Storia Fest corretto Backcast Sembra molto buona, ma … notare sottostima piene e sovrastima magre

Curva di durata: contributo serbatoi idroelettrici Storia Fest corretto Backcast Durata morbida sovrastimate. Magre estreme (< 50 mc/s) assenti.

Curva di durata: piene Storia Fest corretto Backcast Piene sottostimate

Nuova diga Tic_Irrigazione vs Ver_Esondazioni Storia Fest corretto Backcast Piene sottostimate Afflussi magra e morbida sovrastimati Utilità sovrastimate di entrambi

Nuova diga Tic_EnelGreenPower vs Ver_Esondazioni Storia Fest corretto Backcast Come irriguo

Nuova diga Ver_Ambiente vs Ver_Esondazioni Storia Fest corretto Backcast Riprodotto correttamente

Nuova diga Ver_Turismo vs Ver_Esondazioni Storia Fest corretto Backcast Bene

CHE FARE? Coerentemente con l’approccio adottato per il downscaling climatico utilizzeremo solo la variazione prevista delle utilità di settore. Coerentemente con l’approccio adottato per il downscaling climatico utilizzeremo solo la variazione prevista.

Nuova diga Tic_Termoelettrico vs Ver_Esondazioni Storia Fest corretto Backcast Correlazioni eventi errata # giorni q<25 mc/s Storia Fest corretto Backcast totali 61 21 consecutivi 3 6