Una delle cause più comuni di alluvioni sono le precipitazioni estreme. Diversi studi sostengono che il cambiamento climatico dovrebbe aumentare la frequenza di eventi di forti precipitazioni, il che potrebbe a sua volta portare a inondazioni più frequenti e intense. Ma si tratta di studi timidi, previsioni generiche e tendenze incerte. In effetti, si prevede generalmente che gli eventi di forti precipitazioni aumentino più delle precipitazioni medie in un clima più caldo, il che è coerente con la maggiore capacità dell’aria più calda di trattenere l’umidità. Ciò si riflette anche nel fatto che si prevede che una porzione più ampia della Terra subirà un aumento delle precipitazioni intense a causa del riscaldamento globale, rispetto alle precipitazioni medie. Tuttavia, il rischio di alluvione è influenzato da molteplici fattori, tra cui l’umidità del suolo, l’uso del suolo e la sensibilità del deflusso al livello del mare, rendendo difficile collegare le variazioni delle precipitazioni estreme al verificarsi di alluvioni.
Adesso, nuova ricerca scientifica del Centro euromediterraneo sui cambiamenti climatici (CMCC) fa luce per la prima volta sul ruolo che il cambiamento climatico ha sui fenomeni meteo estremi in Italia e nel Mediterraneo. Lo studio “A cul-de-sac effect makes Emilia-Romagna more incline to floods in a changing climate”, pubblicato su Scientific Reports (Nature) proprio oggi, approfondisce tutte le concause dei fenomeni alluvionali e svela particolari importanti su come il clima stia cambiando nel nostro Paese.
L’identificazione delle fonti di umidità è stata al centro di numerosi studi, contribuendo a una comprensione più approfondita del funzionamento del ciclo idrologico in diverse regioni del pianeta e fornendo spunti sul ruolo dei sistemi su scala sinottica, come i fiumi atmosferici e i getti d’acqua di bassa quota. “In questo lavoro ci concentriamo su una classe di eventi in cui il trasporto di umidità gioca un ruolo cruciale nel modellare i modelli di precipitazione e, di conseguenza, gli eventi di alluvione estremi. Lo facciamo esaminando il caso dell’alluvione dell’Emilia-Romagna del 2023 in Italia. In quel caso non si sono verificate precipitazioni estreme orarie, ma piogge prolungate e continue per diversi giorni. L’alluvione ha causato una delle alluvioni più devastanti della storia recente in Italia, causando oltre 36.000 sfollati, 15 vittime e danni stimati in 8,8 miliardi di euro a infrastrutture, corpi idrici ed ecosistemi”: è quanto riporta lo studio pubblicato su Nature.
Negli ultimi anni, la preoccupazione per gli eventi di precipitazioni estreme e il loro ruolo nelle inondazioni estreme è cresciuta in tutta Europa, e in particolare nella regione del Mediterraneo. Con il riscaldamento degli oceani e delle masse continentali, si prevede un’evoluzione della relazione tra evaporazione, trasporto di umidità e precipitazioni. Una maggiore convergenza dell’umidità, combinata con la maggiore capacità di trattenere l’umidità di un’atmosfera più calda, può supportare forti piogge. Ciò, a sua volta, può essere ulteriormente migliorato dai flussi orizzontali di umidità, che tendono a scalare con la relazione di Clausius-Clapeyron. “Nel nostro caso di studio identifichiamo una serie di condizioni, che coinvolgono sia l’avvezione di umidità da parte di cicloni stazionari sia l’orografia locale, che sembrano aumentare la gravità delle inondazioni. Un’analisi preliminare di tali condizioni nella regione del Mediterraneo suggerisce l’esistenza di una classe di località vulnerabili a questo tipo di evento. Riteniamo che una migliore comprensione dei fattori alla base di questi eventi possa portare a una migliore previsione e preparazione”, si legge nello studio.
Risultati e discussione
L’alluvione del maggio 2023 è stata caratterizzata da precipitazioni significative. Alcune località hanno registrato periodi di ritorno superiori a 500 anni. Tuttavia, l’alluvione non è stata causata esclusivamente da un evento di forti precipitazioni di breve durata. Pertanto, non può essere attribuita direttamente alla maggiore capacità di trattenere l’umidità di un’atmosfera sempre più calda. È interessante notare che, nonostante le basse probabilità di un simile evento, un’alluvione estrema molto simile si è verificata di nuovo nella stessa area solo un anno dopo, nel settembre 2024. Questo secondo evento di alluvione è stato leggermente meno intenso, ma ha mostrato modelli di circolazione di spinta comparabili. “Utilizziamo dati storici per indagare i principali meccanismi meteorologici alla base di tali eventi e per valutare i potenziali collegamenti con i cambiamenti climatici”.
L’evento alluvionale del 2023 è stato caratterizzato da due episodi di precipitazione prolungati: il primo dall’1 al 3 maggio e il secondo dal 15 al 17 maggio. In particolare, un altro evento, meno intenso ma comunque superiore a 30 mm/giorno, si è verificato il 10 maggio. Il pannello a) della Figura 1 mostra una serie temporale delle precipitazioni su un dominio di 60 × 60 km centrato su Forlì, una delle città più colpite dell’Emilia-Romagna. La linea rossa si basa sulla rianalisi di ERA5. La linea blu si basa su ARPAE – Archivio Climatologico per l’Italia centro-Settentrionale , un dataset osservativo ad alta risoluzione (vedi sezione Metodi). Nonostante i noti limiti di ERA5 nel rappresentare i modelli di precipitazione locali in determinate condizioni del terreno, il presente caso di studio è stato accuratamente catturato da ERA5 in termini sia di tempistica che di magnitudo rispetto al dataset ARPAE ad alta risoluzione. Il contenuto di vapore acqueo integrato verticalmente è mostrato in magenta, mentre la convergenza orizzontale del vapore acqueo integrata verticalmente è in nero. Entrambi sono derivati da ERA5. Il contenuto di vapore acqueo (linea continua magenta pannello a, Fig. 1 ) supera la mediana giornaliera regionale (linea tratteggiata magenta centrale pannello a, Fig. 1 ), tuttavia le precipitazioni sono principalmente associate alla convergenza orizzontale del vapore acqueo integrato verticalmente (linea nera, pannello a, Fig. 1 ). Infatti, la convergenza orizzontale dell’umidità sulla regione, illustrata nella serie temporale oraria centrata sugli eventi in Fig. 1 , pannelli b e c), ha preceduto l’inizio delle precipitazioni di diverse ore.
Entrambi gli eventi di precipitazione di maggio sono stati associati a una circolazione ciclonica, centrata tra l’Italia centrale e la Corsica, che è rimasta stazionaria per un periodo prolungato a causa del blocco degli anticicloni subtropicali. Per illustrare l’evoluzione temporale dei principali campi meteorologici, ci concentriamo sull’evento dell’1-3 maggio, ma quello del 15-17 maggio è stato simile. Il ciclone ha attirato aria umida dal Mar Adriatico e ha iniziato a colpire l’Emilia-Romagna orientale il 1° maggio, come evidenziato dalla convergenza del vapore acqueo verticalmente integrata (Fig. 2 , pannello in alto a sinistra). Come si vede nell’analisi delle serie temporali, i modelli spaziali della convergenza del vapore acqueo (pannelli di sinistra) sull’Emilia-Romagna precedono anche quelli delle precipitazioni (pannelli di destra). L’entità di questa convergenza è stata guidata dal trasporto orizzontale di vapore acqueo verso sud-est sostenuto, visualizzato dalle frecce nere nella Fig. 2 (pannelli di sinistra), che ha trasportato umidità nella regione.
Fondamentalmente, questo processo è stato favorito dalla barriera orografica degli Appennini. Infatti, la Pianura Padana e le aree adiacenti rappresentano un bacino geografico semichiuso, aperto solo ai venti da sud-est, in particolare quelli generati da cicloni stazionari centrati nel Golfo di Genova o, più in generale, sul versante sottovento (meridionale) delle Alpi. Questa particolare configurazione è anche la ragione per cui è stato introdotto il termine “cul-de-sac”. Infatti, non sono stati registrati estremi orari di precipitazione durante l’evento di 36 ore, mentre un’avvezione persistente di aria umida è stata mantenuta dal ciclone quasi stazionario sull’Italia centrale. Le precipitazioni sono state da moderate a intense, comprese tra 3 e 20 mm/h, ma non estreme, e l’energia potenziale convettiva disponibile (CAPE) è stata relativamente bassa (non mostrata), indicando solo una debole instabilità e un potenziale convettivo limitato. Tuttavia, la presenza di una barriera orografica ha promosso il sollevamento dell’aria umida e ha intensificato le precipitazioni tramite raffreddamento adiabatico. Ciò è stato sufficiente a sostenere precipitazioni sostenute sulla regione.
“In sintesi, possiamo concludere che lo straordinario accumulo di precipitazioni associato all’alluvione dell’Emilia-Romagna può essere attribuito alla combinazione di due condizioni principali: la persistenza del ciclone che porta a un flusso di umidità verticalmente integrato sostenuto e le caratteristiche orografiche che favoriscono la convergenza dell’umidità”, rileva lo studio.
Tendenza storica nella persistenza della densità dei cicloni
Sulla base dell’analisi sinottica e dei meccanismi di trasporto dell’umidità descritti sopra, è chiaro che gli eventi verificatisi a maggio 2023 e maggio 2024 (non mostrati) condividono queste caratteristiche chiave: la posizione stazionaria di un ciclone vicino all’Italia centrale e un flusso di umidità associato, prolungato e verticalmente integrato, verso regioni con caratteristiche orografiche in miglioramento che favoriscono la convergenza del flusso. Queste condizioni, riscontrate in Emilia-Romagna, hanno portato a precipitazioni totali estreme, anche in assenza di convezione profonda o di estremi orari di precipitazione. La domanda logica successiva è se tali condizioni stiano diventando più frequenti a causa del cambiamento climatico e in quali altre aree del Mediterraneo potremmo riscontrarle.
“Per approfondire questo aspetto, abbiamo esaminato i cambiamenti a lungo termine nella persistenza della densità dei cicloni nel Mediterraneo analizzando i dati di tracciamento dei cicloni forniti da Flaounas et al., un set di dati in cui viene valutata l’importanza dei metodi di tracciamento dei cicloni per la rappresentazione della genesi e delle traiettorie dei cicloni. I risultati di Flaounas et al. confermano che i cicloni si verificano prevalentemente su aree marittime, in particolare in prossimità del Golfo di Genova, della Penisola italiana e dei mari Adriatico e Ionio. I cicloni di Genova, dopo aver persistito in prossimità della loro area di genesi, tendono a spostarsi lentamente verso est e sud-est verso la Grecia e i Balcani, dove tipicamente subiscono un graduale riempimento. Altre regioni con un’elevata densità di cicloni includono l’Africa nord-occidentale, le aree vicine ai Monti dell’Atlante, le coste turche e il versante orientale del Mar Nero. Introduciamo qui una metrica oggettiva, l’indice di persistenza della densità dei cicloni (CDP), per valutare quali aree del Mediterraneo siano più soggette a cicloni stazionari:
CDP = ACD x CP
dove ACD è la densità annuale dei cicloni e CP è la persistenza dei cicloni. ACD è misurata in [numero di cicloni] e CP in [giorni/ciclone], quindi CDP è misurato in [giorni]. Questo indice è stato calcolato su celle di griglia di 3°×3° e mediato sul periodo 1979-2020 (vedi Metodi). La Figura 3a rivela che la Penisola italiana, insieme al Mar Tirreno e allo Ionio, presenta i livelli più elevati di attività ciclonica (evidenziati con rettangoli blu). Un’attività inferiore si osserva nel Mediterraneo meridionale. Inoltre, un’analisi dell’evoluzione temporale dell’indice CDP (Fig. 3b ) rivela valori più elevati dell’indice nel periodo 2000-2020 rispetto al 1979-1999, in particolare sul Mar Tirreno, sullo Ionio e sulle Baleari (rettangoli blu)”, riporta ancora lo studio.
Questo schema spaziale suggerisce che alcune regioni parzialmente racchiuse da caratteristiche orografiche potrebbero essere più soggette a un’avvezione prolungata di vapore acqueo associata a cicloni stazionari o a lento movimento. È probabile che tale terreno limiti l’avvezione di umidità associata alla circolazione del ciclone, favorendo la convergenza che può persistere per più giorni. L’Emilia-Romagna emerge come un punto caldo per questo meccanismo, insieme ad altre aree costiere dell’Albania, come mostrato in Fig. 4, dove il composito del flusso di convergenza di umidità integrato verticalmente, associato a cicloni persistenti (di durata superiore a due giorni) sull’Italia centrale, è mostrato in termini di differenze tra il 2000 e il 2020 e tra il 1979 e il 1999 (Fig. 4 , pannello a) insieme alle caratteristiche orografiche (Fig. 4 , pannello b). Queste regioni sono particolarmente vulnerabili alla convergenza dell’umidità associata ai cicloni mediterranei a lento movimento sull’Italia centrale e i cicloni a lento movimento su questo dominio sono in aumento negli ultimi decenni (modelli blu nella Fig. 3 , pannello b) e stelle rosse rispetto alle stelle nere nella Fig. 4). Condizioni simili possono essere previste per Occitania e Provenza (Francia), Valencia e Catalogna (Spagna) se si considerano i cicloni che incombono sul bacino del Mediterraneo occidentale (Fig. 3 ). L’analisi del CDP e della sua variazione nel tempo suggerisce che il riscaldamento osservato del Mediterraneo potrebbe aumentare la probabilità di eventi di precipitazione prolungati e il rischio di inondazioni ovunque l’orografia e la convergenza dell’umidità interagiscano per produrre condizioni di rischio di inondazione.
Conclusione e prospettive
Si tratta di uno studio preliminare e sono necessari ulteriori studi per caratterizzare altre condizioni critiche, come le condizioni del suolo o lo stato delle infrastrutture idrauliche, che possono contribuire alla formazione di eventi di alluvione estremi. Tuttavia, anche in questa fase iniziale, l’analisi evidenzia il potenziale di metriche di persistenza della densità dei cicloni, come l’indice CDP, come strumenti predittivi nello sviluppo di sistemi di allerta precoce per le alluvioni, in particolare per le aree delimitate da caratteristiche orografiche che probabilmente sono associate a bacini idrografici più piccoli che possono essere facilmente sopraffatti da precipitazioni persistenti. Indicatori come questi potrebbero migliorare la nostra capacità di rilevare la vulnerabilità e l’efficacia delle previsioni su scale temporali diverse, dal breve e medio termine alle previsioni stagionali, per aiutare le comunità a gestire i rischi di eventi estremi.
Sono necessari ulteriori studi per valutare se l’aumento osservato nella persistenza della densità dei cicloni negli ultimi quattro decenni persista anche in diversi scenari di riscaldamento futuri e in che modo tali cambiamenti potrebbero influire sul rischio di inondazioni nel Mediterraneo.
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