CIOMTA: le procedure di classificazione bioclimatica

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CIOMTA: le procedure di CIOMTA: le procedure di classificazione bioclimaticaclassificazione bioclimatica

Prof. Dr. Simone OrlandiniDipartimento di Scienze Agronomiche e Gestione del Territorio Agroforestale - Università di Firenze

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Soggetti che collaborano al progetto Soggetti che collaborano al progetto CIOMTACIOMTA

Istituto di Biometeorologia, Consiglio Nazionale delle Ricerche,IBIMET-CNR

Dipartimento di Scienze Agronomiche e Gestione del Territorio, Università di Firenze, DISAT-UNIFI

Centro Interdipartimentale di Bioclimatologia, Università di Firenze, CIBIC-UNIFI

Centro Studi per l‘Applicazione dell'Informatica in Agricoltura, Accademia dei Georgofili, Ce.S.I.A

Fondazione per la Meteorologia Applicata, FMA

Aspetti generaliAspetti generali

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Attività previste nell’ambito del Attività previste nell’ambito del progettoprogetto

o Realizzazione di una classificazione bioclimatica degli ecosistemi argentini per valutare l’impatto dei cambiamenti climatici e le colture ed aree più sensibili

o Valutazione del ruolo degli ecosistemi agricoli e forestali nel bilancio del carbonio

L’IBIMET e il DISAT forniranno un supporto scientifico attraverso:o il coinvolgimento del personale nella scelta delle metodologie e

nell’organizzazione temporale del progettoo visite del personale per attività di organizzazione, formazione e

istallazione strumentazione


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La modellistica (Prof. MarcoLa modellistica (Prof. Marco BindiBindi))

I modelli individuati per l’applicazione sono:o CROPSYST. E’ un modello che simula la produzione delle più

importanti colture agrarie. Si basa su semplici variabili climatiche,pedologiche, colturali ed agronomiche e fornisce in output lo sviluppo e la crescita della coltura in atto.

o FOREST. Il modello in questo caso simula la produzione potenziale di specie forestali. Anche in questo caso gli input principali sono di tipo climatico e pedologico, mentre altri input più specifici vengono lasciati immutati rispetto alla versione originale. In aggiunta il modello richiede in ingresso il valore del LAI, che viene stimato da satellite.

o BIOME. E’ la versione di FOREST che non utilizza il valore del LAI stimato da satellite. Le altre caratteristiche sono analoghe.


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Aspetti generaliAspetti generaliCropsystCropsyst

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CropsystCropsyst


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ForestForest


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La classificazione bioclimaticaLa classificazione bioclimatica

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La classificazione bioclimatica (Prof. La classificazione bioclimatica (Prof. Simone Orlandini)Simone Orlandini)

L’obiettivo di questa attività è quello di classificare il territorio dell’area di studio in modo da mettere in evidenza le sue caratteristiche climatiche ed i rapporti con gli ambienti coltivati e naturali. A tale scopo saranno applicati ed integrati due approcci:

• il primo basato sull’analisi di serie storiche climatiche per mezzo di opportune metodologie, indici bioclimatici numerici e tecniche di spazializzazione che definiscono in dettaglio le diverse caratteristiche climatiche ed i rapporti con le colture;

• il secondo sulla base di una classificazione ottenuta dalla elaborazione di immagini telerilevate che fornisce una informazione integrata.


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Classificazioni climatiche Classificazioni climatiche

o Rappresentano dei criteri di organizzazione e di raggruppamento dei dati meteorologici registrati in un determinato periodo, secondo classi e categorie definite.

o Le classificazioni bio ed agro-climatiche analizzano i rapporti fra il clima ed i fattori biologici o la produzione agricola.

o Sono degli strumenti per la conoscenza e la valutazione delle “risorse climatiche“ dei territori.

o I primi esempi di classificazioni bioclimatiche risalgono al 1783, quando Soulavile definì classi basate sulle somme termiche in relazione all’attitudine alla coltivazione di colture agrarie.

o In seguito altri lavori sono stati eseguiti da Koppen, Thornthwaite,Pavari, Azzi e recentemente da altri autori.


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CLASSIFICAZIONECLIMATICA

TemperaturaRadiazione Precipitazioni

Periodi e livellidi ricaduta

BreveInterventi sull’esistente,

scelte colturali.

MedioInterventi sul rinnovo,

scelte fisse.

LungoInterventi sulle strategieaziendali e territoriali.

Classificazione climatica: periodi e Classificazione climatica: periodi e livelli di ricadutalivelli di ricaduta


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Attività da sviluppare Attività da sviluppare

o Raccolta dati. o Classificazione climatica. o Classificazione bioclimatica. o Estensione del dato puntuale a livello territoriale. o Integrazione nel sistema gestionale sviluppato nel corso del

progetto.


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1. Raccolta dati1. Raccolta datio Reperire e controllare le serie storiche dei datio Le variabili che possono essere elaborate sono: temperatura:

media, minima, massima; umidità relativa: media, minima, massima; radiazione: radiazione giornaliera, numero di ore di illuminazione; vento: velocità media giornaliera, velocità massima, direzione media, direzione prevalente; precipitazioni: precipitazioni giornaliere, numero dei giorni di pioggia, precipitazioni massime su di un certo periodo; evapotraspirazione: evapotraspirazione giornaliera.

o I parametri indicati dovranno essere determinati sia per i singoli anni della serie storica, sia come media e deviazione standard del valore ottenuto dalla elaborazione della serie.

o Risoluzione spaziale: verificare la collocazione delle stazioni e quindi le aree coperte e quelle scoperte.

o Risoluzione temporale: verificare se i dati possono essere utilizzati per calcolare gli indici scelti.


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Variabilità spazialeVariabilità spaziale

o E’ legata principalmente a fattori macro-geografici e micro-topografici, oltre che ad ostacoli di origine antropica o naturale.

o Possono essere realizzate caratterizzazioni a macroscala (nazione), mesoscala (regione, comprensorio), microscala (azienda).

o La scala spaziale influenza l’applicazione delle informazioni ottenute, che vanno dalla pianificazione territoriale (macro), ascelte quasi operative a livello aziendale (micro).

o Occorrono reti dense o procedure di spazializzazione.


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Variabilità temporaleVariabilità temporale

o Questa può essere di origine casuale o ciclica.o La disponibilità di serie abbastanza lunghe di dati climatici,

permette di tenere sotto controllo queste fonti di variabilità, rappresentando però al tempo stesso un fattore limitante soprattutto operando a microscala.

o E’ possibile utilizzare anche serie temporali ridotte, con cui porre in evidenza i rapporti fra le diverse aree del territorio,anche in relazione con studi simili condotti a macro o mesoscala.


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2. Classificazione climatica 2. Classificazione climatica o Analizzare le variabili precedentemente descritte per definire le

caratteristiche climatiche generalio Possono essere applicate tecniche basate sulla definizione degli

scarti reali e normalizzati. Questo permette di definire le caratteristiche di ogni stazione in relazione al territorio sulla base della sua variabilità nello spazio e nel tempo.

o Importante anche la determinazione della rappresentatività delle stazioni, sulla base della deviazione media minore, oppure della presenza di estremi superiori ed inferiori. Le posizioni cosìindividuate possono quindi essere scelte per la collocazione distazioni di rilievo a terra rappresentative dell’intera area da monitorare.

o Sulle variabili determinate possono essere determinate le relazioni con variabili geo-topografiche in modo da definirne le loro dinamiche spaziali e mettere i presupposti per l’applicazione dei metodo di spazializzazione.


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st15

st00

st12

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st04

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st20

st19

st01

st26

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st16

st09

st11

st21

st02

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st07

st18

st27

st17

st13

st23

st03

st10

st06

st08

genmar

maglug

setnov

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

SRN

stazionemeseVariabilitàVariabilità

Stabili nel tempoStabili nel tempo

Variabili nello spazioVariabili nello spazio

Massime

Minime

Variabili nel tempoVariabili nel tempo

Stabili nello spazioStabili nello spazio


st23

st08

st06

st03

st05

st02

st24

st04

st14

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st17

st00

st20

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st22

st26

genmar

maglug

setnov

-4

-3

-2

-1

0

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SRN

stazionemese

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Rappresentatività delleRappresentatività dellestazioni di misurastazioni di misura

2.18263.42152.95151.80222.29121.92081.79212.07041.91001.64231.67001.7612

0.54160.35140.26110.48180.33090.25090.47170.29240.21240.46110.14160.1016

scartostazionescartostazionescartostazioneMassimeMedieMinime

POSIZIONE POSIZIONE RAPPRESENTATIVARAPPRESENTATIVA

POSIZIONE POSIZIONE PIU’ PIU’ FREDDAFREDDA

POSIZIONE POSIZIONE PIU’ PIU’ CALDACALDA


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3. Classificazione bioclimatica3. Classificazione bioclimaticao In questo caso saranno messe in evidenza le caratteristiche

climatiche strettamente connesse con l’attività vegeto-produttiva delle piante distribuite sul territorio.

o A tale scopo saranno applicati una serie di indici in grado, in primo luogo, di definire alcuni aspetti a carattere generale: durata stagione vegetativa, epoca ripresa vegetativa, rischio gelate, stagione arida

o In una seconda fase potranno essere utilizzati indici relativi a specifiche piante naturali o coltivate, quali ad esempio la vite od il mais.

o Potranno essere considerate anche le relazioni con alcuni comportamenti della coltura, con particolare riferimento alla fenologia.

o La determinazione delle relazioni con la topografia e la geografia permetterà di analizzare la distribuzione spaziale della variabile e di applicare successivamente le tecniche di spazializzazione piùidonee.


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Principali indici bioclimatici utilizzatiPrincipali indici bioclimatici utilizzati

o Somma delle temperature attiveo Indice di Huglin e Winkler per la viteo Somma delle escursioni termicheo Temperature massimeo Indice di rischio relativo di gelateo Umidità relativa minimao Umidità relativa mediao Umidità relativa massima


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Probabilità del rischio di gelateProbabilità del rischio di gelateLa classificazione bioclimaticaLa classificazione bioclimatica

0.00.1

0.20.30.40.50.60.7

0.80.91.0

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106

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Data (gg)

Ris

chio

gel

ata

(%)

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Il rischio di gelateIl rischio di gelate

020406080

100120

50 65 80 95 110 125 140

data (giorno)

prob

abilit

à (%

)

VARIETA’VARIETA’TARDIVATARDIVA

DANNO DANNO PROBABILEPROBABILE

DANNO NON DANNO NON PROBABILEPROBABILEVARIETA’VARIETA’

PRECOCEPRECOCE


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4. Estensione del dato puntuale a 4. Estensione del dato puntuale a livello territorialelivello territoriale

o Lo scopo è quello di distribuire sul territorio le informazioni ottenute dalla applicazione della classificazione climatica e bioclimatica, in modo da produrre opportune mappe tematiche di supporto per le scelte degli operatori.

o A questo scopo, come più volte discusso, sono disponibili due opzioni:spazializzazione degli input, spazializzazione degli output. Per ragioni di semplicità è possibile ipotizzare la scelta della seconda opzione

o Per la spazializzazione potranno essere applicate tecniche diverse, in funzione delle caratteristiche del dato e della area di studio. In questo caso la scelta potrà andare dal kriging, al multiregressivo, alla integrazione fra i due.

o La verifica e quindi la scelta dei metodi di spazializzazione più idonei sarà effettuata per mezzo di alcuni indici di errore, determinati col metodo della cross validation.


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GermogliamentoGermogliamentogiorno 83 giorno 87

giorno 91 giorno 95


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Determinazione del rischio di gelateDeterminazione del rischio di gelate

a b


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Danni da gelateDanni da gelate

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


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Aree di qualitàAree di qualitàLa classificazione bioclimaticaLa classificazione bioclimatica

1616

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Zone sconsigliateZone alta vocazionalità

Zone bassa vocazionalitàZone media vocazionalità

Carte di Carte di vocazionalitàvocazionalitàLa classificazione bioclimaticaLa classificazione bioclimatica

1717

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5. Integrazione nel sistema 5. Integrazione nel sistema gestionale sviluppato nel corso del gestionale sviluppato nel corso del

progettoprogettoo Nel corso delle stagioni di crescita gli indici per la

caratterizzazione bioclimatica e climatica possono essere applicati con i dati reali misurati dalle stazioni in modo da ottenere informazioni operative per i diversi utenti sullo stato della vegetazione, soprattutto in relazione alla gestione del cambiamento climatico.

o L’interesse è soprattutto rivolto alla possibilità di monitorare l’evoluzione della stagione individuando le differenze rispetto alle condizioni medie del territorio ed quindi mettendo in atto gli interventi ottimali per la sua gestione.

o In pratica possiamo avere indicazioni sulle caratteristiche della stagione in corso, in termini di condizioni medie, estremi, variabilità climatica e quindi sulle possibili risposte delle colture e della vegetazione in generale.


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Relazioni con il cambiamento Relazioni con il cambiamento climaticoclimatico

o In termini generali è possibile osservare un aumento della frequenza di eventi estremi, della variabilità inter-annuale della produzione e quindi dei costi di gestione.

o La disponibilità di una adeguata conoscenza delle condizioni climatiche può rappresentare il presupposto essenziale per gestire tale cambiamento, individuando le strategie adattative necessarie per sfruttare gli elementi positivi e ridurre quelli negativi.

o I cambiamenti climatici hanno un impatto notevole sia sui processi produttivi in agricoltura, sia sulla gestione dell’ambiente.

Analisi degli impatti dei cambiamenti Analisi degli impatti dei cambiamenti climaticiclimatici

1818

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Giorni consecutivi con t Giorni consecutivi con t max max >34°C>34°C

0

2

4

6

8

10

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16

18

tempo (anni)

tem

po (n

°gio

rni)

1882 1902 1922 1942 1962 1982 2002


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Temperature minime invernaliTemperature minime invernali

-1.00.01.02.03.04.05.06.07.08.0

1882 1902 1922 1942 1962 1982 2002

tempo (anni)

tem

pera

tura

(°C

)


1919

37

Aumento del numero di gelate tardiveAumento del numero di gelate tardive

0

2

4

6

8

1988 1990 1992 1994 1996 1998

tempo (anni)

n° g

elat

e


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Sommatoria termicaSommatoria termica(base 10°C, da aprile a settembre)(base 10°C, da aprile a settembre)

140016001800200022002400

1950 1960 1970 1980 1990 2000

tempo (anni)

gg(°

C)


2020

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Relazione fra Relazione fra fioriturafioritura e e temperaturatemperatura

AUMENTO DELLA AUMENTO DELLA TEMPERATURATEMPERATURA ANTICIPO DELLA FIORITURAANTICIPO DELLA FIORITURA


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Anticipo della maturazioneAnticipo della maturazioneRelazioni con il cambiamento Relazioni con il cambiamento

climaticoclimatico

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Indice di Indice di HuglinHuglinVINI SUPERIORI, VINI SUPERIORI,

ALCOLICI E DA DESSERTALCOLICI E DA DESSERT

VINI DA TAVOLA VINI DA TAVOLA LEGGERi e LEGGERi e SUPERIORISUPERIORI

1800

2050

2300

2550

2800

1950 1960 1970 1980 1990 2000tempo (anni)

IH


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Eventi alluvionali negli ultimi 50 anniEventi alluvionali negli ultimi 50 anni

0123456789

10

1950-60 1960-70 1970-80 1980-90 1990-00tempo (anni)


2222

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Deficit idrico invernaleDeficit idrico invernale

-100-50

050

100150200250300350

riser

va id

rica

(mm

)

1950 1960 1970 1980 1990 2000

tempo (anni)

-100-50

050

100150200250300350

riser

va id

rica

(mm

)

1950 1960 1970 1980 1990 2000

tempo (anni)


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ConclusioniConclusioni

o La classificazione climatica e bioclimatica è in grado di valutare le caratteristiche del territorio, fornendo agli operatori informazioni di supporto per le loro scelte gestionali.

o Attenzione deve essere posta nella valutazione della rappresentatività spaziale e temporale dei dati utilizzati, degli indici climatici e bioclimatici, delle tecniche di spazializzazione.

o In questo modo è possibile individuare gli interventi ottimali per gestire il territorio, sia agricolo che naturale, anche in relazione ai cambiamenti climatici in atto, intervenendo per ridurre le conseguenze negative e trarre vantaggio dalle variazioni eventualmente positive.

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