Prevedere la ‘Sete’ della Terra Ora per Ora: La Sfida Vinta in Corea del Sud

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che forse suona un po’ tecnico, l’evapotraspirazione di riferimento (ETo), ma che in realtà tocca le corde vitali del nostro pianeta, soprattutto in un’epoca di cambiamenti climatici e temperature in aumento. Immaginate l’acqua come la linfa della Terra: l’evapotraspirazione è, in parole povere, quanta di quest’acqua “respira” e ritorna nell’atmosfera dal suolo e dalle piante. Capire e prevedere questo fenomeno è fondamentale, specialmente in quelle zone dove l’acqua scarseggia o dove è difficile andare a misurare direttamente sul posto.

Perché è così importante prevedere l’ETo?

Pensateci: i cambiamenti climatici stanno rimescolando le carte del ciclo idrologico. Temperature più alte significano più evaporazione e traspirazione. Questo non solo aumenta il fabbisogno idrico (si stima oltre il 3% per ogni grado in più!), ma può anche innescare eventi estremi come siccità devastanti, inondazioni improvvise e incendi boschivi spaventosi. In alcune regioni aride, più del 90% delle piogge annuali se ne torna in cielo così! Quando la siccità colpisce duro, il terreno si secca, le piante soffrono, diventano più vulnerabili a malattie e parassiti, e il rischio di incendi schizza alle stelle. Gestire le risorse idriche diventa quindi una partita a scacchi complicatissima. Ecco perché poter prevedere quanta acqua evaporerà è un’arma potentissima per la gestione e il monitoraggio, soprattutto dove servono bacini e dighe.

La sfida: misurare l’impossibile?

Misurare l’evapotraspirazione non è uno scherzo. Si possono usare strumenti sofisticati come i lisimetri (che pesano letteralmente quanta acqua se ne va dal terreno) o torri di flusso e scintillometri. Ma provate a installare e mantenere questa roba in zone impervie, magari fitte foreste o montagne scoscese! Spesso è impraticabile. E allora che si fa? Ci si affida a stime basate su dati meteorologici: radiazione solare, temperatura dell’aria, pressione, umidità, velocità del vento. Il metodo considerato il “gold standard” a livello mondiale è quello di Penman-Monteith (PM), raccomandato anche dalla FAO (l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura). Questo metodo è robusto e funziona bene in climi e luoghi diversi.

La nostra avventura in Corea del Sud

Ed eccoci al cuore della nostra ricerca! Ci siamo concentrati sulla provincia di Gangwon, in Corea del Sud. Perché proprio lì? Perché è una regione per l’82% coperta da foreste, in gran parte montuosa (oltre il 60% sopra i 500 metri), e particolarmente vulnerabile a siccità e incendi. Insomma, un laboratorio perfetto per testare le nostre idee sulla previsione dell’ETo. L’obiettivo era ambizioso: prevedere l’ETo ora per ora, fino a 48 ore in anticipo. Come? Abbiamo “sposato” il metodo Penman-Monteith con i dati di un modello di previsione meteorologica numerica (NWP) ad altissima risoluzione spaziale e temporale, chiamato LDAPS (Local Data Assimilation and Prediction System), fornito dall’Amministrazione Meteorologica Coreana (KMA). Questo modello sforna previsioni ogni 6 ore per le successive 48 ore, con un dettaglio di 1.5 km x 1.5 km, perfetto per catturare le variazioni meteo anche in zone complesse come le montagne di Gangwon.

Cosa influenza di più l’ETo?

Analizzando i dati dal 2020 al 2022, abbiamo capito quali fattori meteo “comandano” l’ETo in quella regione. Di giorno, non c’è storia: la radiazione solare (quanta energia arriva dal sole) e la temperatura dell’aria sono le regine incontrastate. L’ETo è super sensibile a queste due variabili. Di notte, invece, il ruolo principale passa all’umidità relativa (più è bassa, più si evapora) e, in misura minore, alla velocità del vento. Capire queste sensibilità è cruciale per fare previsioni accurate.

Dalle previsioni alla realtà: la prova del nove

Ok, il modello LDAPS ci dà le previsioni meteo, e con la formula PM calcoliamo l’ETo prevista. Ma quanto ci possiamo fidare? Per verificarlo, abbiamo confrontato le nostre previsioni orarie con i dati reali osservati dalle stazioni meteorologiche ASOS (Automated Synoptic Observing System) sparse nella provincia di Gangwon. Queste stazioni ci forniscono i dati meteo reali, con cui possiamo calcolare l’ETo “vera” usando sempre il metodo PM. Inizialmente, abbiamo notato che le previsioni LDAPS tendevano a sovrastimare un po’ l’ETo. C’era un “bias”, un errore sistematico.

La correzione che fa la differenza

Nessun problema! Sapevamo che le previsioni meteo non sono perfette (specialmente per variabili “difficili” come umidità e radiazione solare). Quindi, abbiamo usato i dati dei tre anni precedenti (2020-2022) per “insegnare” al nostro sistema a correggersi. Abbiamo calcolato una semplice correzione lineare (una formula del tipo Y = aX + b) basata sul confronto tra l’ETo prevista da LDAPS (X) e quella osservata da ASOS (Y). Applicando questa correzione alle previsioni per il 2023, i risultati sono migliorati nettamente! L’errore medio assoluto (MAE) è sceso da 0.06 a 0.04 mm/ora, l’errore quadratico medio (RMSE) da 0.10 a 0.07 mm/ora (circa il 33% in meno!), mentre il coefficiente di correlazione (R), che misura quanto le previsioni seguono l’andamento reale, è rimasto altissimo a 0.91. Insomma, la correzione ha funzionato alla grande!

Quanto sono affidabili queste previsioni? L’ETS ci dà una mano

Per dare un voto ancora più oggettivo, abbiamo usato l’Equitable Threat Score (ETS). Questo indice, che va da -1/3 a 1 (dove 1 è la perfezione), ci dice quanto la nostra previsione sia migliore di una fatta a caso, tenendo conto anche dei “falsi allarmi” e delle “mancate previsioni”. Abbiamo diviso l’ETo in tre livelli: basso (0-0.3 mm/h), moderato (0.3-0.6 mm/h) e alto (>0.6 mm/h). Ebbene, per i livelli basso e moderato, che rappresentano la stragrande maggioranza dei casi (circa il 98% del tempo!), l’ETS medio è risultato superiore a 0.5 (0.64 per il basso, 0.51 per il moderato). Questo è un punteggio considerato molto buono, decisamente migliore di quello che si ottiene solitamente per previsioni di pioggia o siccità! Anche se le previsioni per l’ETo alta sono un po’ meno precise (ETS medio 0.10), avere previsioni affidabili per la maggior parte del tempo è fondamentale.

Perché “spaccare il capello” ogni ora?

Qualcuno potrebbe chiedersi: ma non bastano le previsioni giornaliere o mensili? Per la pianificazione a lungo termine, forse. Ma per la gestione in tempo reale, l’ora fa la differenza! Pensate all’irrigazione: sapere quanta acqua sta evaporando ora permette di regolare i sistemi di irrigazione automatica in modo ottimale, risparmiando acqua preziosa. Pensate agli incendi: monitorare l’ETo oraria può dare segnali precoci di condizioni critiche. L’ETo giornaliera, calcolata su medie, massime e minime, perde queste sfumature. Di notte, ad esempio, l’ETo non è zero, anzi, a volte può superare il 50% di quella diurna media! Monitorare le variazioni diurne è quindi importantissimo. Usare la differenza tra precipitazione ed ETo oraria (il bilancio idrico) può diventare uno strumento potente per prevenire siccità e incendi.

Conclusioni: un passo avanti per la gestione dell’acqua

Cosa ci portiamo a casa da questa avventura coreana? Che è assolutamente possibile prevedere l’evapotraspirazione di riferimento a breve termine, ora per ora, con una buona accuratezza, anche in aree complesse, combinando modelli meteorologici avanzati e il collaudato metodo Penman-Monteith, a patto di applicare una correzione basata sui dati reali. Questo apre porte importantissime:

• Migliorare la gestione delle risorse idriche, ottimizzando l’uso dell’acqua in agricoltura e non solo.
• Fornire allerte più tempestive per prevenire disastri come siccità e incendi boschivi.
• Aiutare nella pianificazione e manutenzione di strumenti di misura, anche in zone remote.
• Fornire dati utili anche per esperimenti di modifica del tempo volti ad aumentare le risorse idriche.

In un mondo che ha sempre più sete, poter prevedere la “sete” della Terra con questa precisione non è solo affascinante scienza, ma una necessità concreta per un futuro più sostenibile e sicuro. E chissà cosa potremo fare in futuro, magari con l’aiuto dell’intelligenza artificiale!

Fonte: Springer