Future precipitation and temperature changes over the Taro, Parma and Enza River basins in Northern Italy

This study analyzes the climate change effects on the future precipitation and temperature over the Taro, Parma and Enza River basins, in the Emilia Romagna region, northern Italy. An ensemble of 13 Regional Climate Models and two emission scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5) were adopted. The results are reported in terms of precipitation and mean temperature anomalies between a reference period (RP, 1986-2005) and three future periods: short-term (ST) 2016-2035, medium-term (MT) 2046-2065 and long-term (LT) 2081-2100. With reference to the rainfall data, irregular and slight variations are expected at any season and period; on a yearly scale, changes from -5% to +6% are estimated. On the other hand, a gradual warming of the study domain in the future periods is unequivocal. At annual scale, increments up to +0.75°C at ST, +1.5°C at MT and +2°C at LT are expected under the RCP 4.5, and higher, up to +4°C at LT with the RCP 8.5. In addition, the trend evolution of the climate variables was analyzed using a thirty-year moving time window up to the end of the century. From the results, it is evident that the pattern of the trend gradients follows the pattern of the scenario radiative forcing.I cambiamenti climatici rappresentano un fenomeno attuale e molto discusso anche dal punto di vista politico: sono stati rilevati aumenti delle temperature, alterazioni dei regimi pluviometrici, scioglimento di ghiacciai e nevai, e il livello medio del mare è in aumento. Si prevede che tali cambiamenti continueranno e che gli eventi climatici estremi all'origine di pericoli quali alluvioni e siccità diventeranno sempre più frequenti ed intensi. Secondo la maggior parte della comunità scientifica internazionale, molte delle alterazioni verificatesi nell'ultimo secolo sono sostanzialmente dovute all'osservato aumento delle concentrazioni di gas ad effetto serra. Sebbene il cambiamento climatico sia globale, i suoi impatti spesso variano da regione a regione. I principali strumenti disponibili ai ricercatori per analizzare il clima futuro sono basati sulle proiezioni dei modelli di circolazione generale (GCM) e dei modelli climatici regionali (RCM) che forniscono le variabili climatiche di interesse (ad esempio precipitazione e temperatura) su una griglia che include l'intero globo (GCM) o una porzione di esso (RCM). Tali modelli hanno l'obiettivo di descrivere i cambiamenti climatici a lungo termine simulando i processi che avvengono nel sistema atmosferico, negli oceani e sulla superficie terrestre, a livello globale o regionale. Parametri, quali ad esempio la concentrazione di gas ad effetto serra in atmosfera, costituiscono le forzanti in ingresso. Il primo obiettivo di questo studio è quello di analizzare le eventuali future variazioni della precipitazione e della temperatura, nel quadro dei cambiamenti climatici, con riferimento ai bacini idrografici del fiume Taro e dei torrenti Parma ed Enza, in Emilia Romagna. A tal fine, si è utilizzato un insieme di 13 modelli climatici regionali (RCM) sviluppati in seno al progetto EURO-CORDEX secondo due differenti scenari di emissione di agenti forzanti: lo scenario denominato RCP 4.5 e lo RCP 8.5. Per questa tipologia di studi, l'utilizzo di un insieme di modelli climatici si rende necessario al fine di caratterizzare e quantificare l'incertezza insita nelle proiezioni future. I risultati di questa analisi sono presentati in termini di "anomalie" tra la precipitazione e la temperatura media valutate in un periodo di riferimento (RP, 1986-2005) e quelle di tre periodi futuri: uno a breve (ST) 2016-2035, uno a medio (MT) 2046-2065 e uno a lungo termine (LT) 2081-2100. Con lo scopo di confrontare i risultati, le anomalie sono state valutate considerando sia i dati grezzi provenienti dagli RCM che quelli corretti dagli errori sistematici in essi presenti (bias correction) sulla base di osservazioni storiche disponibili sull'area di studio. Le analisi sono state condotte sia a scala stagionale che a scala annuale. Con riferimento alle precipitazioni, le variazioni nei tre periodi futuri risultano irregolari e spesso moderate; a scala annuale e sulla base del valore mediano dei 13 modelli climatici, deviazioni comprese tra -5% e +6% si alternano nei vari periodi e per i due scenari. Le variazioni tra i vari modelli risultano elevate mettendo in evidenza l'ampio grado di incertezza dei risultati. Per quanto riguarda le temperature, invece, il graduale riscaldamento dell'area di studio, nell'arco dei tre periodi futuri analizzati, appare inequivocabile. Sempre con riferimento al valore mediano dei modelli climatici e alla scala annuale, si stimano incrementi di temperature fino a +0.75°C a ST, +1.5°C a MT e +2°C a LT, per lo scenario RCP 4.5. Gli incrementi raggiungono +1°C a ST, +2°C a MT e +4°C a LT secondo lo scenario 8.5. Sebbene l'aumento delle temperature sia indubbio, anche in questo caso i risultati mostrano un'elevata variabilità tra i 13 modelli climatici; l'effetto della correzione del bias presente nelle proiezioni dei modelli RCM risulta in una diminuzione della loro variabilità. In questo studio, alle variazioni della precipitazione e temperatura, si è affiancata un'analisi utile a determinare e a quantificare la presenza di trend nelle variabili climatiche future, sempre sulla base delle proiezioni dei modelli RCM. A tale scopo si sono utilizzati il test non parametrico di Mann-Kendall e lo stimatore di Theil Sen. L'evoluzione nel tempo dei trend di precipitazione e temperatura, sull'area di studio, è stata analizzata nel periodo 1976-2100 e con riferimento a una finestra mobile di ampiezza 30 anni, sempre a scala stagionale ed annuale. Quest'analisi ha confermato i risultati precedenti: trend non significativi e poco robusti per quanto riguarda le precipitazioni e al contrario trend positivi e in accordo tra i vari modelli per quanto riguarda le temperature. I risultati hanno anche messo in evidenza, specialmente per i dati di temperatura, l'esistenza di uno stretto legame tra l'evoluzione nel tempo dei trend e gli scenari di emissione esaminati. La variabilità dei risultati ottenuti in questo studio, giustifica l'utilizzo di un ricco insieme di modelli climatici regionali che permettono di tenere in considerazione l'incertezza delle proiezioni future; l'uso di un singolo modello climatico può infatti portare a conclusioni non complete e fuorvianti