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SICCITÀ IDROLOGICA

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Abstract: 
Le mappe di Standardized Precipitation Index (SPI) a 12 mesi del Bollettino di Siccità di ISPRA, che sono ottenute utilizzando le reanalisi di precipitazione a 2.5° del National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE reanalysis), forniscono una valutazione a livello nazionale e a larga scala delle condizioni di siccità idrologica quantificando il deficit o il surplus di precipitazione. Il passo temporale di aggregazione a 12 mesi dello SPI è quello che meglio descrive gli effetti della siccità sulla portata dei fiumi e sulle falde acquifere.
Le mappe di SPI a 12 mesi hanno evidenziato, in generale, per l'intero anno 2020 una situazione nella norma nei quantitativi di precipitazione cumulata su 12 mesi, rispetto alla climatologia di riferimento (1948-2019), per la quasi totalità del territorio italiano, con alcune situazioni localizzate di surplus di precipitazione (umidità severa). Pur tuttavia, è altresì importante segnalare che la prima parte dell'anno è stata caratterizzata da un minor apporto meteorico che ha portato a delle situazioni localizzate di siccità meteorologica su breve periodo, così come evidenziato dalle mappe di SPI a 3 mesi presenti sul Bollettino di Siccità di ISPRA.
Descrizione: 
La siccità è una condizione meteorologica naturale e temporanea in cui si manifesta una sensibile riduzione delle precipitazioni rispetto a condizioni climatiche medie di un determinato luogo di interesse. Pertanto, non è da confondere con il fenomeno di aridità, termine con il quale si indica una condizione climatica naturale permanente in cui la scarsa quantità di precipitazioni annue, associata a elevate temperature, non fornisce al terreno il necessario grado di umidità da promuovere lo sviluppo della vita. Non esiste un’unica definizione di siccità, sebbene tutti si trovino in accordo sul fatto che la siccità sia un fenomeno temporaneo ma frequente, che può generare impatti di carattere ambientale, sociale ed economico (Mariani et al., 2020). Il fenomeno delle siccità presenta caratteristiche differenti nelle componenti del ciclo idrologico, che, a loro volta producono impatti diversi sui sistemi idrici, sulle culture e sui sistemi socio-economici e ambientali. In relazione agli effetti prodotti, la siccità viene, in generale, classificata in quattro categorie: siccità meteorologica in caso di relativa scarsità di precipitazioni; siccità idrologica in presenza di un apporto idrico relativamente scarso nel suolo, nei corsi d’acqua, o nelle falde acquifere; siccità agricola in caso di deficit del contenuto idrico al suolo che determina condizioni di stress nella crescita delle colture; siccità socio-economica e ambientale intesa come l’insieme degli impatti che si manifestano come uno squilibrio tra la disponibilità della risorsa e la domanda per le attività economiche, per gli aspetti sociali e per la conservazione degli ecosistemi terrestri e acquatici.
L’impatto sull’ambiente è poi legato al perdurare delle condizioni siccitose. Una carenza di piogge prolungata per molti mesi (6-12 mesi) avrà effetti sulla portata dei fiumi; mentre per un periodo maggiore (uno o due anni) graverà sulla disponibilità di acqua nelle falde. Lo Standardized Precipitation Index (SPI) è l’indice comunemente usato a livello nazionale e internazionale per quantificare, su una data scala temporale, il deficit o il surplus di precipitazioni nelle aree di interesse rispetto alla climatologia, ossia al regime
pluviometrico di riferimento (WMO, 2009): valori positivi indicano una precipitazione maggiore della climatologia, ossia condizioni umide; valori negativi indicano una precipitazione minore della climatologia, ossia condizioni siccitose più o meno estreme.
Questo indice è spesso utilizzato a livello regionale e/o di distretto idrografico per il monitoraggio e l’individuazione di periodi siccitosi, avvalendosi per il suo calcolo delle precipitazioni registrate dalle reti pluviometriche regionali. Inoltre, è stato inserito sia in ambito europeo (dal “Water Scarcity & Drought” Expert Group della Common Implementation Strategy per la Direttiva Quadro Acque 2000/60/CE) sia internazionale (dal World Meteorological Organization) come uno degli strumenti più efficaci per il monitoraggio della siccità. Lo SPI fa, inoltre, parte del set di indicatori adottati dall’European Drought Observatory del Joint Research Center della Commissione europea. Non da ultimo, l'indicatore SPI è stato anche recentemente incluso nelle Linee guida (Mariani et al., 2018) che identificano il set comune di indicatori da adottare negli Osservatori distrettuali permanenti per gli utilizzi idrici (istituiti nel 2016 come misura di Piano ai sensi della Direttiva Quadro Acque 2000/60/CE) nelle attività di monitoraggio delle situazioni di siccità e scarsità idrica. Nel contesto del “Rapporto SNPA sugli indicatori di impatto dei cambiamenti climatici” (SNPA, 2021) è stato inoltre proposto sul caso pilota della Sardegna l'utilizzo dello SPI per derivare un indicatore per valutare le variazioni nella percentuale di territorio sottoposto a inusuali condizioni umide o secche. A partire dal presente Annuario, sarà proposto a livello nazionale un analogo indicatore calcolato sulla base delle elaborazioni effettuate dall'ISPRA con il modello “BIGBANG - Bilancio Idrologico Gis BAsed a scala Nazionale su Griglia regolare”.
Per ciascuna area in esame, il calcolo dello SPI si basa sulla normalizzazione della distribuzione di probabilità della pioggia cumulata sulla scala temporale considerata (1-3-6-12-24 o 48 mesi). Così facendo si rendono confrontabili regioni caratterizzate da diversi regimi climatici. Al fine di una valutazione delle condizioni di siccità idrologica, in analogia con quanto fatto per gli anni passati a partire dal 2010, si utilizzano le mappe di SPI a 12 mesi prendendo come dati di precipitazione le rianalisi su grigliati a 2.5° del National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE reanalysis) e come riferimento climatologico il periodo 1948-2019 per le mappe di SPI relative al 2020.
Scopo: 
Quantificare le condizioni di siccità idrologica di un determinato luogo in termini di deviazione statistica della precipitazione occorsa su una data scala temporale rispetto al corrispondente regime pluviometrico. Pertanto, l'indicatore permette di rendere confrontabile tra di loro regioni caratterizzate da regimi climatici diversi. Conseguentemente, regioni a clima più secco e quelle a clima più umido sono monitorate nello stesso modo in un’unica mappa tematica.
Rilevanza: 
È di portata nazionale oppure applicabile a temi ambientali a livello regionale ma di significato nazionale
È semplice, facile da interpretare
Fornisce una base per confronti a livello internazionale
Ha una soglia o un valore di riferimento con il quale poterlo confrontare
Misurabilità: 
Adeguatamente documentati e di fonte nota
Aggiornati a intervalli regolari e con procedure affidabili
Facilmente disponibili o resi disponibili a fronte di un ragionevole rapporto costi/benefici
Un’ “adeguata” copertura spaziale
Un’ “idonea” copertura temporale
Solidità: 
È basato su standard nazionali/internazionali e sul consenso nazionale/internazionale circa la sua validità
È ben fondato in termini tecnici e scientifici
Presenta attendibilità e affidabilità dei metodi di misura e raccolta dati
Comparabilità nel tempo
Comparabilità nello spazio
Principali riferimenti normativi e obiettivi: 
La normativa italiana vigente non fissa obiettivi ambientali specifici per l'indicatore SPI. Ciononostante, l'indicatore è inserito nel set comune di indicatori per la valutazioni delle condizioni di siccità e scarsità idrica condotte dagli Osservatori distrettuali permanenti per gli utilizzi idrici, che sono stati istituiti a partire dal 2016 quali misura di Piano ai sensi della Direttiva Quadro Acque 2000/60/CE.
I livelli di severità degli eventi di umidità e siccità in termini di SPI, associati al surplus e al deficit di precipitazione, che sono adottati nell'Annuario sono quelli definiti in letteratura: SPI ≥ 2.0 umidità estrema; 1.5 ≤ SPI < 2.0 umidità severa; 1.0 ≤ SPI < 1.5 umidità moderata; ‒1.0 < SPI < 1.0 nella norma; ‒1.5 < SPI ≤ ‒1.0 siccità moderata; ‒2.0 < SPI ≤ ‒1.5 siccità severa; SPI ≤ ‒2.0 siccità estrema.
DPSIR: 
Stato
Tipologia indicatore: 
Descrittivo (tipo A)
Riferimenti bibliografici: 
Le mappe di SPI a 3, 6, 12 e 24 mesi per diverse aree di interesse sono disponibili sul bollettino mensile di siccità ISPRA disponibile all’'indirizzo: http://www.isprambiente.gov.it/pre_meteo/siccitas/index.html. Il bollettino ISPRA contiene anche i collegamenti ai bollettini regionali e all’European Drought Observatory (http://edo.jrc.ec.europa.eu).
Ulteriori dettagli sullo SPI e sulle modalità di calcolo sono reperibili sul portale ISPRA e nella Tesi di Master di Dan Edwards (cap. 3 - http://ccc.atmos.colostate.edu/pub/spi.pdf).
Ulteriori riferimenti bibliografici:
- Braca, G., M. Bussettini, B. Lastoria, S. Mariani, e F. Piva, 2021: Il Bilancio Idrologico Gis BAsed a scala Nazionale su Griglia regolare – BIGBANG: metodologia e stime. Rapporto sulla disponibilità naturale della risorsa idrica. ISPRA, Rapporti 339/21.
- Edwards, D. C., and T. B. McKee, 1997: Characteristics of 20th century drought in the United States at multiple time scales. Climatology Rep. 97–2, Department of Atmospheric Science, Colorado State University, Fort Collins, Colorado, 155 pp.
- Fioravanti, G., P. Fraschetti, F. Lena, W. Perconti, E. Piervitali, e V. Pavan, 2021: Gli indicatori del clima in Italia nel 2020 – Anno XVI. ISPRA, Stato dell’Ambiente 96/2021.
- Mariani, S., e AA.VV., 2020: Note tecniche su crisi idriche, siccità e servizio idrico integrato – Manuale UTILITALIA. ISBN: 978 88 998 7903 7.
- Mariani, S., G. Braca, E. Romano, B. Lastoria, e M. Bussettini, 2018: Linee Guida sugli Indicatori di Siccità e Scarsità Idrica da utilizzare nelle Attività degli Osservatori Permanenti per gli Utilizzi Idrici, Pubblicazione progetto CReIAMO PA, 66pp. Disponibile online all’indirizzo: http://www.isprambiente.gov.it/pre_meteo/idro/Osservatori/Linee%20Guida%20Pubblicazione%20Finale%20L6WP1_con%20copertina_ec.pdf.
- McKee, T. B., N. J. Doesken, and J. Kleist, 1993: The relationship of drought frequency and duration of time scales. Eighth Conference on Applied Climatology, American Meteorological Society, Jan 17-23, 1993, Anaheim CA, pp. 179-186.
- Panofsky, H. A., and G. W. Brier, 1958: Some applications of statistics to meteorology. Pennsylvania State University, University Park, 224 pp. - Thom, H. C. S., 1966: Some methods of climatological analysis. WMO N. 199. Technical Note N. 81., Ginevra, 53 pp.
- SNPA, 2021. Rapporto sugli indicatori di impatto dei cambiamenti climatici – Edizione 2021. Report SNPA 21/2021.
- WMO, 2009: Experts agree on a universal drought index to cope with climate risks. Press Release No. 872.
Limitazioni: 
-
Ulteriori azioni: 
-
Frequenza rilevazione dati: 
Giornaliera
Accessibilità dei dati di base: 
Utilizzati i dati di NCEP/NCAR Reanalysis 1 disponibili presso il PSD del NOAA/ESRL (https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html).
Tipologia dato: "Surface Flux".
Parametro: "Daily Precipitation Rate".
Fonte dei dati di base: 
Physical Sciences Division (PSD) dell'US National Oceanic & Atmospheric Administration/Earth System Research Laboratory (NOAA/ESRL)
Descrizione della metodologia di elaborazione: 
Lo SPI (McKee et al., 1993) è un indicatore statistico basato sul confronto tra la precipitazione registrata in un determinato luogo e in un determinato periodo t di mesi (dove t = 12 mesi nell'indicatore pubblicato nel presente Annuario) con la distribuzione a lungo termine della precipitazione per quel determinato luogo aggregata per lo stesso periodo di tempo t. In altre parole, se si vuole calcolare lo SPI a 12 mesi alla fine di giugno per un determinato anno si metterà a confronto la precipitazione totale registrata nel periodo che va da luglio dell'anno precedente a giugno dell'anno in esame con la serie a lungo termine della precipitazione cumulata sul periodo luglio-giugno registrata negli anni passati (la sua climatologia di riferimento). Il calcolo dello SPI si basa quindi sull'analisi di una serie storica a lungo termine di osservazioni di precipitazione aggregate su un determinato intervallo temporale t.
Operativamente, per ciascuno mese in esame e per ciascun box del grigliato dei dati di reanalisi del NCEP, la serie X delle cumulate annuali (la variabile aleatoria analizzata) è interpolata a una distribuzione di probabilità di tipo gamma, stimando i parametri della distribuzione con la tecnica della massima verosimiglianza.
Tuttavia, dato che la distribuzione gamma G(x) non è definita per valori uguali a zero, mentre la serie delle precipitazioni può contenere degli zeri (i giorni di non pioggia), la distribuzione cumulativa è ridefininta come segue: H(x)=q + (1-q)*G(x), dove q è la probabilità di precipitazione nulla, che può essere stimata come il rapporto tra il numero di zeri nella serie temporale delle precipitazioni (m) e il numero totale di osservazioni di precipitazione: m/n.
La distribuzione cumulativa H(x) è poi trasformata in una distribuzione normale, pertanto il valor medio dello SPI per un determinato luogo e periodo di aggregazione considerato è uguale a zero. La trasformazione conserva la probabilità cumulativa, nel senso che la probabilità della variabile aleatoria X (la precipitazione cumulata su 12 mesi nel caso specifico) di trovarsi al di sotto di un certo valore nella distribuzione gamma è uguale alla probabilità della variabile trasformata normalmente distribuita di trovarsi al di sotto della trasformata di quel valore.
Dal momento che lo SPI è distribuito secondo una funzione di probabilità normale, è possibile monitorare sia periodi secchi sia periodi umidi. Valori negativi di SPI corrispondono a periodi più secchi rispetto alla climatologia, ossia indicano un deficit di precipitazione (siccità), mentre valori positivi di SPI corrispondono a periodi più umidi, ossia indicano un surplus di precipitazione. Maggiore è la distanza dalla climatologia (ossia dal regime pluviometrico di riferimento), maggiore è la severità dell’evento. Inoltre, la normalizzazione che è alla base di questo indice permette di rappresentare nello stesso modo e su una stessa mappa aree soggette a climatologie differenti.
Maggiori dettagli sulla metodologia di elaborazione sono reperibili sul Bollettino di Siccità di ISPRA (https://www.isprambiente.gov.it/pre_meteo/siccitas/spicalc.html).
Core set: 
Non compilato  
Altri Core set: 
- European Drought Observatory del Joint Research Center della Commissione Europea
- Rete degli Osservatori distrettuali permanenti per gli utilizzi idrici
Periodicità di aggiornamento: 
Annuale
Copertura spaziale: 
Nazionale
Copertura temporale: 
gennaio-dicembre 2020
Il metodo di calcolo dell’indice SPI su 12 mesi e i dati di reanalisi del NCEP /DOE utilizzati garantiscono: la rilevanza dell’informazione in termini di aderenza dell’indicatore alla domanda di informazione riguardante la siccità idrologica; l’accuratezza in termini di comparabilità del dato, di affidabilità delle fonti, di completezza delle serie storiche e di copertura spaziale su scala nazionale; la comparabilità sia nel tempo, sia nello spazio.
Stato: 
Buono
Descrizione/valutazione dello stato: 
In generale, nel 2020 l’apporto di precipitazione sulla scala temporale di 12 mesi è stato nella media o superiore rispetto alla climatologia del periodo di riferimento 1948–2019. Si tratta di una valutazione a larga scala sull'intero territorio nazionale e su aggregazione annuale.
Trend: 
Non definibile
Descrizione/valutazione del trend: 
-
Variabili: 
La precipitazione è l'unica variabile utilizzata per il calcolo dell'indicatore.
Commenti: 
Le mappe di SPI a 12 mesi del Bollettino di Siccità di ISPRA hanno evidenziato per l'aggregazione temporale annuale una situazione sostanzialmente nella norma e/o di umidità (surplus di precipitazione) nel 2020 per l'interno territorio italiano. Nell'Italia settentrionale si osserva un surplus di precipitazione, rispetto alla media climatologica di riferimento relativa al periodo 1948-2019, maggiormente evidente nella prima metà del 2020 (Figure 1-6) e meno evidente e/o nella norma nella seconda metà del 2020 (Figure 7-12).
La valutazione dell'indicatore SPI è stata condotta dall'ISPRA elaborando, per ciascun mese del 2020, le serie di precipitazione cumulata su 12 mesi ottenute dai dati giornalieri di reanalisi prodotte dal National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) su una griglia con passo orizzontale di 2.5° (NCEP Reanalysis 1 data). La valutazione fornita da queste mappe di SPI è una quantificazione a larga scala delle condizioni di surplus e di deficit della precipitazione. Il passo temporale di aggregazione a 12 mesi scelto per il calcolo dello SPI è quello che, in generale, meglio descrive gli effetti della siccità sulla portata dei fiumi e sulle falde acquifere (cosiddetta "siccità idrologica").
La situazione sostanzialmente nella norma e/o di surplus di precipitazione mostrata dalle mappe di SPI a 12 mesi nella prima parte del 2020 (Figure 1-6) è frutto, in particolare, delle abbondanti precipitazioni che hanno interessato l'Italia nel 2019, essendo invece le precipitazioni registrate tra gennaio e maggio 2020 inferiori alla media climatologica (si veda, ad es., su quest'ultimo punto le Figure 5.2 e 5.3 in Fioravanti et al., 2021). Per ogni mese considerato, l'indicatore SPI a 12 mesi fornisce difatti un'indicazione sulla relazione tra la quantità totale di precipitazione caduta nei dodici mesi precedenti e la sua climatologia di riferimento (1948-2019). Come si evince dal rapporto ISPRA sul bilancio idrologico effettuato con il modello BIGBANG (si veda la Figura 8.9 e la Tabella 8.5 in Braca et al., 2021), nel 2019 l'Italia è stata caratterizzata da precipitazioni annue superiori sia al valore medio di lungo periodo (LTAA) sia ai valori riferiti alla media mobile trentennale. Andando nel dettaglio, le stime mensili effettuate dall'ISPRA con il BIGBANG registrano per diversi mesi dell'anno valori superiori alle medie mensili di lungo periodo sia sull'Italia sia sul Distretto Idrografico del fiume Po, nel quale è maggiormente localizzato il surplus di precipitazione nelle mappe di SPI a 12 mesi per i primi mesi del 2020 (Figure 1-6). Valori di precipitazione ben superiori alle corrispondenti medie di lungo periodo sono soprattutto evidenti nel mese di novembre 2019 sia a livello nazionale (ca. +155 mm) sia a livello di distretto del fiume Po (ca. +173 mm).
A una scala temporale più ridotta (3 e 6 mesi), non riportata nel presente indicatore, sono stati osservati eventi localizzati e brevi di siccità nella prima parte del 2000 associati alle ridotte precipitazioni occorse localmente tra gennaio e maggio 2020. Per una valutazione di dettaglio di questi eventi di siccità, si rimanda alla consultazione dei bollettini idrologici e/o di siccità emessi mensilmente a livello regionale dagli uffici preposti al monitoraggio idro-meteorologico, oltre che alla consultazione delle mappe di SPI a 3 e a 6 mesi del 2020 pubblicate sul Bollettino di Siccità di ISPRA (http://www.isprambiente.gov.it/pre_meteo/siccitas/).
Anche nel corso del 2020, l'evolvere di questi eventi di siccità localizzata è stato monitorato dagli Osservatori permanenti per gli utilizzi idrici, istituti presso le Autorità di Bacino Distrettuali, ai fini della gestione della risorsa idrica, nonché dal Comitato tecnico di coordinamento nazionale degli Osservatori istituito presso l'attuale Ministero della Transizione Ecologica (v. http://www.isprambiente.gov.it/pre_meteo/idro/idro.html#osservatori).