Added value of hourly climate-model ensembles for process-based local-scale water-balance projections
Questo studio dimostra che l'utilizzo della risoluzione oraria nativa proveniente da ensemble climatici a convezione permessa, piuttosto che dati giornalieri aggregati, altera significativamente la partizione del bilancio idrico locale a lungo termine e le diagnostiche dello stress da siccità, catturando le dinamiche intra-giorno rilevanti ai processi, in particolare aumentando l'evaporazione per intercettazione e riducendo il ruscellamento nei siti forestali.
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Immaginate di cercare di prevedere come una foresta assetata berrà da un temporale. Per decenni, gli scienziati hanno osservato il meteo con tratti ampi e giornalieri, come controllare un calendario per vedere se ha piovuto "oggi". Ma la natura non aspetta che la pagina del calendario si giri; accade in secondi, minuti e ore. Un improvviso acquazzone potrebbe inzuppare le foglie di un albero prima ancora che l'acqua colpisca il suolo, o un pomeriggio caldo e secco potrebbe far evaporare l'umidità prima che il terreno possa berla. Questo è il mondo dell'idrologia: la scienza di come l'acqua si muove attraverso la Terra. Per capirla, non dobbiamo sapere solo quanta acqua cade, ma anche quando e quanto velocemente cade. Mentre il clima cambia, questi piccoli dettagli contano più che mai. Se sbagliamo la tempistica, le nostre previsioni su siccità, inondazioni e sulla quantità di acqua rimasta per le nostre città e le nostre campagne potrebbero essere completamente errate. È come cercare di preparare una torta conoscendo solo il peso totale degli ingredienti, senza sapere se si è aggiunto lo zucchero prima o dopo le uova.
Questo articolo è un'immersione profonda in un nuovo tipo di previsione meteorologica: una che parla in ore invece che in giorni. I ricercatori hanno utilizzato un modello climatico estremamente dettagliato chiamato NUKLEUS, che simula l'atmosfera con una risoluzione così fine da poter "vedere" le singole nuvole e i temporali. Si sono posti una domanda semplice ma complicata: dare dati meteorologici ora per ora a un programma per il bilancio idrico cambia la storia di come l'acqua si muove attraverso il suolo e le piante, o è solo un modo elegante per dire la stessa cosa che già sapevamo dai dati giornalieri?
Il team, guidato da Ivan Vorobevskii e colleghi della TUD Dresden University of Technology, ha condotto un esperimento massiccio utilizzando un modello digitale del ciclo dell'acqua chiamato BROOK90. Hanno testato questo modello in sei diversi paesaggi tedeschi, che spaziano dalle nevose Alpi bavaresi alle pianure della costa del Mare del Nord. Hanno confrontato due scenari: uno in cui il modello riceveva i dati meteorologici ogni singola ora (il dato "nativo" ad alta velocità) e un altro in cui quegli stessi dati venivano compressi in una singola media giornaliera (il dato "giornaliero"). Hanno anche testato come la "correzione del bias" — un aggiustamento matematico per far sì che la pioggia del modello corrisponda ai record del mondo reale — cambiasse i risultati.
Ecco cosa hanno scoperto, ed è un colpo di scena. In primo luogo, la correzione del bias giornaliera è stata un elemento determinante per la quantità d'acqua. Ha cambiato significativamente i numeri totali, specialmente nelle zone montuose dove il modello grezzo tendeva a sovra-prevedere la pioggia. Ma quando hanno guardato alla tempistica — confrontando i dati orari con quelli giornalieri — la storia è cambiata. La quantità totale di acqua non è cambiata molto, ma dove quell'acqua andasse è cambiato.
Per le foreste, la differenza è stata drammatica. Quando il modello vedeva la pioggia cadere in scariche orarie, gli alberi agivano come spugne che si bagnavano e poi facevano evaporare l'acqua di nuovo nell'aria prima che potesse raggiungere il suolo. Lo studio ha scoperto che nei siti forestali, l'uso di dati orari aumentava la quantità di acqua catturata dalle foglie degli alberi (intercettazione) fino al 60% rispetto ai dati giornalieri. A Garmisch-Partenkirchen, ciò ha significato un ulteriore 193 mm di acqua evaporata dalla chioma, il che ha a sua volta ridotto l'acqua che defluisce nei corsi d'acqua (ruscellamento) di ben 246 mm. Gli alberi stavano essenzialmente "bevendo" di più della pioggia prima che potesse defluire. Tuttavia, per le praterie e i terreni agricoli, l'effetto era molto più debole o addirittura diverso; l'erba non aveva lo stesso effetto "ombrello", quindi l'acqua veniva principalmente assorbita dal suolo o defluiva normalmente.
I ricercatori hanno anche guardato al futuro, simulando cosa succede quando il mondo si scalda di +2 K e +3 K. Hanno scoperto che non tutte le parti del ciclo dell'acqua sono ugualmente prevedibili. La quantità di acqua che evapora dalle piante (evapotraspirazione) ha mostrato un segnale chiaro e costante in tutte le loro simulazioni, specialmente in inverno. Ma la quantità di acqua che scorre nei fiumi (ruscellamento) è un animale diverso. I modelli sono in forte disaccordo sul fatto che i fiumi diventeranno più ricchi d'acqua o più secchi; in alcuni casi, i modelli prevedevano un'inondazione, e in altri, una siccità, per lo stesso identico luogo. Ciò suggerisce che per i fiumi, il "rumore" dei diversi modelli è importante quanto il "segnale" del cambiamento climatico.
Infine, hanno controllato lo "stress" sulle piante. Hanno definito un "giorno caldo-secco" come un giorno in cui l'aria è estremamente assetata (alto deficit di pressione di vapore) e il suolo è secco. Utilizzando i dati orari, i modelli hanno previsto più di questi giorni di stress, ma solo perché il calcolo orario dell'aria "assetata" era più accurato. L'aria sembrava più assetata quando la misuravi ogni ora rispetto a quando la mediavi su un intero giorno. Tuttavia, questo non significava automaticamente più stress da siccità per le piante. Le piante soffrivano di più solo se l'aria assetata coincideva con il suolo secco. I dati orari hanno mostrato che questi due stress si allineavano più spesso in certi anni e luoghi, in particolare nelle foreste della Germania centrale, ma non ovunque.
In breve, l'articolo suggerisce che mentre i dati meteorologici giornalieri possono bastare per una stima approssimativa, mancano la sottile danza dell'acqua nelle foreste. I dati ora per ora rivelano che gli alberi catturano ed evaporano una sorprendente quantità di pioggia prima che tocchi terra, e che questo dettaglio cambia quanta acqua resta per i fiumi e quanto le piante vengono stressate durante le ondate di calore. Gli autori concludono che per una gestione idrica locale accurata, specialmente nelle foreste, dobbiamo smettere di comprimere i nostri dati meteorologici in medie giornaliere e iniziare ad ascoltare l'orologio. Ma avvertono anche che prevedere il flusso dei fiumi rimane complicato, poiché i diversi modelli climatici continuano a raccontare storie molto diverse sul futuro.
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