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In Svizzera nel periodo 1981-2020 si può osservare un aumento della siccità soprattutto in estate. Questo è dovuto da un lato a una leggera diminuzione delle precipitazioni, dall’altro alla maggiore evaporazione causata dall’aumento delle temperature degli ultimi decenni. Le condizioni di siccità o quelle di umidità possono essere un grande fattore di stress per le piante, gli animali e le persone. Gli ecosistemi, l’agricoltura, la selvicoltura e il settore dell’energia sono colpiti in misura diversa a dipendenza della durata dei periodi con condizioni di siccità o di umidità. Perciò è importante essere informati su una possibile mancanza o un possibile eccesso di precipitazioni e conoscere le condizioni del terreno.
Le informazioni e i dati rilevanti sulla siccità sono accessibili online tramite un apposito portale. Le informazioni sulla situazione attuale e le allerte attive sono pubblicate sul portale sulla siccità. Oltre alle informazioni per regioni pubblicate sul portale, MeteoSvizzera calcola alcuni indici anche per singole stazioni di misura.
Anomalia delle precipitazioni e del bilancio idrico
I tre indici SPI, bilancio idrico e SPEI mettono in evidenza le deviazioni dei quantitativi di precipitazione, rispettivamente del bilancio idrico, dalla media pluriennale per un determinato periodo.
Standardized Precipitation Index (SPI)
L’indice SPI qualifica la deviazione dalla media pluriennale dei quantitativi di precipitazione su un mese o su un periodo più lungo. Il calcolo dell’indice SPI su intervalli di tempo di diversa lunghezza (1, 3, 6 e 12 mesi) qualifica il deficit idrico per vari intervalli temporali. Questo è particolarmente utile perché gli effetti della siccità dipendono molto dalla sua durata. Per esempio, la vegetazione, e quindi il settore dell’agricoltura, reagisce in modo sensibile a una siccità di 1-3 mesi, mentre per l’approvvigionamento idrico e il settore dell’energia le conseguenze si manifestano normalmente dopo periodi più lunghi.
Bilancio idrico
Il bilancio idrico è definito come la differenza tra i quantitativi di precipitazione e l’evapotraspirazione potenziale. In questo caso l’evapotraspirazione è determinata unicamente da grandezze meteorologiche (temperatura, umidità, vento e radiazione). Perciò il bilancio idrico di precipitazioni ed evapotraspirazione potenziale è definito anche come bilancio idrico meteorologico. I valori positivi indicano che nel periodo considerato i quantitativi di precipitazione sono stati superiori a quelli evaporati verso l’atmosfera. A differenza dell’indice SPEI (cfr. sotto), il bilancio idrico è un valore numerico positivo o negativo.
L’evapotraspirazione comprende l’evaporazione attraverso le foglie dell’acqua presente nelle piante (traspirazione) e quella che avviene da tutte le altre superfici (evaporazione). La traspirazione dipende dall’attività e dallo stato delle piante, variando molto nel corso dell’anno. Essa è pure dipendente dalla densità delle piante e della disponibilità idrica. In caso di siccità le piante riducono infatti la cessione di acqua all’atmosfera diminuendo l’apertura degli stomi.
L’evapotraspirazione potenziale è invece definita con l’aiuto di una superficie erbosa di riferimento, con dimensioni e tipologia standard, approvvigionata di acqua in maniera ottimale. In questo caso la vegetazione è definita esattamente e l’evapotraspirazione potenziale dipende solo dalle componenti atmosferiche (temperatura, radiazione solare, umidità e velocità del vento).
Standardized Precipitation Evotranspiration Index (SPEI)
L’indice SPEI descrive in che misura il bilancio idrico devia dalla media pluriennale nell’ultimo mese o in periodi più lunghi. Si tratta di un valore relativo: il bilancio idrico è indicato sotto forma di deviazione dalla media pluriennale.
Per calcolare l’indice SPI le somme delle precipitazioni dell’intera serie di misure all’interno di un mese civile attorno alla data in questione sono trasformate in una distribuzione normale standard attorno allo zero. Dai valori risultanti può essere derivata direttamente la frequenza del quantitativo di precipitazione nel rispettivo mese, considerando tutta la serie di misurazioni a disposizione. Un indice SPI di 1.64 oppure -1.64 ha una frequenza del 5%, cioè si verifica statisticamente due volte in 40 anni, rispettivamente una volta ogni 20 anni.
L’indice SPEI è calcolato in maniera analoga all’indice SPI, utilizzando il bilancio idrico al posto delle precipitazioni.
Uno dei vantaggi della standardizzazione è che i bilanci su periodi di differenti lunghezze si possono classificare con il medesimo indice. Un deficit di precipitazioni o di bilancio idrico del 30-40% può essere consueto per un periodo di un mese, risulta però eccezionale se l’intervallo è di un anno, e questo aspetto è riprodotto dagli indici SPI e SPEI.
I colori degli indici SPI e SPEI nei grafici sono definiti dalle seguenti classi:
Indici di umidità del terreno
Un modello semplice consente di calcolare l’indice dell’umidità del suolo. Il terreno viene trattato come un contenitore: le precipitazioni apportano acqua al contenitore, mentre l’evapotraspirazione la toglie. In base alle due grandezze “precipitazioni” ed “evapotraspirazione potenziale” si può calcolare il bilancio idrico del terreno di giorno in giorno. Se il contenitore è pieno (terreno saturo) le precipitazioni sono perse per scorrimento superficiale. Inoltre il modello tiene conto della riduzione della traspirazione della vegetazione al di sotto di una certa soglia di umidità del terreno, rispetto a una situazione di disponibilità ottimale. L’evapotraspirazione effettiva dipende così dall’umidità del terreno e risulta inferiore a quella potenziale. Per determinare la capacità di ritenzione idrica del terreno e il rilascio di acqua da parte della vegetazione, il modello considera un terreno di caratteristiche medie ricoperto da un tappeto erboso denso e tagliato basso.
Con questo modello è possibile calcolare diversi indici:
- Indice di umidità del terreno (Soil Moisture Index): umidità del terreno in percento.
- Deficit idrico del terreno (Soil Water Deficit): quantitativi di precipitazione in millimetri necessari per saturare il terreno.
- Deficit idrico della vegetazione: quantitativi di precipitazione in millimetri necessari per raggiungere l’umidità ottimale del terreno per la vegetazione.
ARID (Agricultural Reference Index for Drought): indice di aridità che calcola la deviazione dell’evapotraspirazione effettiva da quella potenziale, qualificando così il deficit idrico della vegetazione. L’indice 0 indica una disponibilità idrica ottimale, l’indice 1 una siccità acuta.
Letteratura
- Begert M., Schlegel T., Kirchhofer W., 2005: Homogeneous Temperature and Precipitation Series of Switzerland from 1864 to 2000. International Journal of Climatology 25: 65-80. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/joc.1118/pdf
- Frei, C. and Schär C., 2001: Detection probability of trends in rare events: Theory and application to heavy precipitation in the Alpine region. J. Climate 14: 1568-1584. http://dx.doi.org/10.1175/1520-0442(2001)014<1568:DPOTIR>2.0.CO;2
- Kendall M.G., 1975: Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London.
- Mann H.B., 1945: Nonparametric tests against trend. Econometrika 13:245-259.
- Sen P.K., 1968: Estimates of the regression coefficient based on Kendall's tau. Journal of the American Statistical Association, 63, 1379-1389.
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- Scherrer SC, Hirschi M, Spirig C, Maurer F and Kotlarski S 2022: Trends and drivers of recent summer drying in Switzerland, Environ. Res. Commun., 4, 025004,
https://doi.org/10.1088/2515-7620/ac4fb9