Cambiamenti Climatici e impatti sul ciclo idrologico: proposta per una catena modellistica del Bacino del Po - Autorità ...

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Cambiamenti Climatici e impatti sul ciclo idrologico: proposta per una catena modellistica del Bacino del Po - Autorità ...
Cambiamenti Climatici e impatti sul ciclo idrologico:
proposta per una catena modellistica del Bacino del Po

          Silvio Gualdi, Centro Euro-Mediterraneo per I Cambiamenti Climatici
                                 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

          Forum di informazione pubblica sul Piano di Bilancio Idrico
                            Parma 12 luglio 2012
Cambiamenti Climatici e impatti sul ciclo idrologico: proposta per una catena modellistica del Bacino del Po - Autorità ...
CMCC

    • An Italian research center on climate science and policy
    • A network of Italian public and private research institutions
    • Funded by the Italian Ministries MIUR, MATTM and MEF
    • Within the framework of the National             Research Plan

     Partners:
     • INGV - National Institute on Geophisics and Vulcanology
     • UNISA - University of Salento
     • UNISANNIO - University of Sannio
     • CIRA - Italian Center for Spatial Research
     • FEEM - Enrico Mattei ENI Foundation
1    • UV - University “Ca Foscari” of Venice
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The CMCC Activities

    Numerical              Climate Research       Software
     Methods                                     Development

                             Numerical
     Impacts:                Simulations
    Agricultural                                       Impacts:
                                                      Energy and
                                                       Economy
         Impacts:
          Forests

                                                          Impacts:
            Impacts:                                       Water
         (Mediterranean)
               Sea             Impacts:        Impacts:
                           The Coastal Areas      …
2
Cambiamenti Climatici e impatti sul ciclo idrologico: proposta per una catena modellistica del Bacino del Po - Autorità ...
The CMCC Climate Model                               (CMIP5 configuration)

                                        Atmosphere
                                                ECHAM5
       Land                               (from 200-to-80 km)
                                         (Roeckner et al 1996, 2003)
      Surface
          SILVA
      (Alessandri 2006)

                                            Coupler
                                                OASIS3
                                            (Valcke et al, 2000)

         Sea Ice
        LIM (ORCA2)
        (Timmerman et al, 2005)

                                            Global                     Med Sea
     Marine Bio-                                                         NEMO-MFS
    Geochemistry
                                            Ocean                          (~6.7 km)
                                                                        Oddo et al. (2009)
                                         OPA 8.2 (ORCA2)
        PELAGOS                             (Madec et al, 1998)
        Vichi et al. 2007

                    Coupling Daily (or higher frequency) & no flux adjustment
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Future Climate Change Projections

Deviation of the global mean
surface temperature
(wrt 1840-70 mean)

T2m   trend 2001-2050   DJF                    Prec   trend 2001-2050   DJF

T2m   trend 2001-2050   JJA                    Prec   trend 2001-2050   JJA                             T2m and
                                                                                                    Precipitation

                                                                              (mm/day)/decade
                                                                                                projected trends
                              10*(°C/decade)
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Short Term Projections (Decadal Predictions)

              30-year hindcast/forecast simulations grouped into
              3-members ensembles, for different start dates
 • CMCC CGCM (ECHAM5+OPA/LIM)
 • CMIP5 GHG & aerosol RF
 • RCP4.5 scenario (2005 onward)
 • solar variability
 • ocean init.: from ODA products

                                                                                     RCP4.5

       1965   1970   1975   1980   1985   1990   1995          2005   2010   2015   2020      …   2030
1960                                                    2000                                             2035
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Short Term Projections (Decadal Predictions)

              Short-term fluctuations due to both natural
              variability and anthropogenic radiative forcing

                 North Atlantic annual-mean SST
                   Observ

                                                          Time series of SSTA in the North
                                                          Atlantic [0-60N;50W-10W]
                                                          Hindcast for 5-prediction years and
                                                          Observations (5-year running mean)

Some predictive skill is evident when 5-yrs slices out of each hindcast simulation are retained
CMIP5 simulations
#     Simulation                        CMCC-CESM         CMCC-CMS       CMCC-CM
                                        Earth sys-model   stratosphere
3.1   Pre-industrial control                  X                X            X
3.2   Historical (1850-2005)                  X                X            X
3.3   AMIP (1978-2008)                                         X            X
4.1   RCP4.5 (2006-2100)                                                    X
4.2   RCP8.5 (2006-2100)                      X                X            X
6.1   Idealized + 1% CO2/yr                   X                             X
1.2   Decadal predictions (1960-2035)                          X            X

Preindustrial (pre-1850) :                        300 years

Historical (1850-2005):                           156 years

21st Century scenario RCP4.5:                       96 years

21st Century scenario RCP8.5:                       96 years

1%/year CO2 increase (up to 4xCO2):                140 years
Downscaling
LIMITED AREA MODEL: COSMO-CLM
              • Horizontal resolution: 14 km
              • Vertical resolution:  40 levels
From Global   • Non-hydorstatic

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Proiezioni di Cambiamento Climatico: scala regionale

                   Proiezioni di Cambiamento Climatico nel Mediterraneo

                        Evolution of the T2m over the Mediterranean region

(Gualdi et al., 2011)
Proiezioni di Cambiamento Climatico: scala regionale

                          Proiezioni di Cambiamento Climatico nel Mediterraneo
                                       T2m and Precipitation projected trends
                        T2m trend 2001-2050   DJF                      Precip trend 2001-2050   DJF

                        T2m trend 2001-2050   JJA                      Precip trend 2001-2050   JJA

                                                                                                      (mm/day)/decade
                                                      10*(°C/decade)
(Gualdi et al., 2011)
Downscaling
LIMITED AREA MODEL: COSMO-CLM
              • Horizontal resolution: 8 km
              • Vertical resolution:  40 levels
From Global   • Non-hydorstatic
                                Orography

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Proiezioni di Cambiamento Climatico: zoom sull’Italia

   Cambiamento medio della Temperatura alla superficie simulato dai
   modelli PRUDENCE per l’inverno e l’estate, 2071-2100 rispetto a
   1961- 1990, scenario A2

T2m change A2 JJA Italy: ~ +5°°C                                  T2m change A2 DJF Italy: ~ +3°°C

                   ~ +5°C                                                       ~ +3°C

                              ~ +5°C                                                        ~ +3°C

                                  ~ +4°C                                                    ~ +3°C

                                                             °C
       6E    8E     10E     12E    14E     16E   18E   20E            6E   8E   10E   12E   14E   16E   18E   20E

Coppola and Giorgi (2009)
Proiezioni di Cambiamento Climatico: zoom sull’Italia

Cambiamento medio di Precipitazione simulato dai modelli PRUDENCE
per l’inverno e l’estate, 2071-2100 rispetto a 1961-1990, scenario A2

Precip change A2 JJA Italy: ~ -35%                            Precip change A2 DJF Italy: ~ -1%

                     ~ -30%                                                  ~ +17%

                                  ~ -40%                                                ~ 0%

                                  ~ -35%                                                ~ -18%

                                                          %
      6E     8E    10E      12E   14E   16E   18E   20E           6E   8E   10E   12E   14E    16E   18E   20E

Coppola and Giorgi (2009)
Proiezioni di Cambiamento Climatico: zoom sull’Italia

 Distribuzone delle anomalie stagionali di Temperatura (rispetto alla
 media 1961-1990) calcolate dalle simulazioni di PRUDENCE per il 1961-
 1990 (istogrammi neri) e il 2071-2100, scenario A2 (istogrammi rossi)

                                             Nord Italia                         Centro Italia                              Sud Italia
      numero di eventi

DJF

                           -4   -2   0   2     4   6   8   10 °C   -4   -2   0   2    4   6   8   10 °C   -4   -2   0   2      4   6     8   10   °C

                                             Nord Italia                         Centro Italia                              Sud Italia

                                                                                                                                                       Coppola and Giorgi (2009)
        numero di eventi

JJA

                           -4   -2   0   2     4   6   8   10 °C   -4   -2   0    2   4   6   8   10 °C   -4   -2   0   2      4   6     8   10 °C
Proiezioni di Cambiamento Climatico: zoom sull’Italia

 Distribuzone delle anomalie stagionali di Precipitazione (rispetto alla
 media 1961-1990) calcolate dalle simulazioni di PRUDENCE per il 1961-
 1990 (istogrammi neri) e il 2071-2100, scenario A2 (istogrammi rossi)

                                            Nord Italia                              Centro Italia                               Sud Italia
      numero di eventi

DJF

                           -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %   -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %   -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %

                                            Nord Italia                              Centro Italia                               Sud Italia

                                                                                                                                                         Coppola and Giorgi (2009)
        numero di eventi

JJA

                           -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %   -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %   -100 -50   0   50 100 150 200 250 300 %
Downscaling
    LIMITED AREA MODEL: COSMO-CLM
                  • Horizontal resolution: ~3 km
                  • Vertical resolution:  40 levels
    From Global   • Non-hydorstatic

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1
6
Changes in Evaporation, T2m and Precipitation seasonal
means averaged over the North-East Italy plains (11-13.5ºE; 45-
46.5ºN)

        A1B 2071-2100 seasonal means - 1971-2000 seasonal means
COME RENDERE UTILIZZABILI LE INFORMAZIONI PRODOTTE DALLA SCIENZA DEL CLIMA?

                                    Colmare le lacune e rimuovere le
                                    barriere che ostacolano l’utilizzo
                                    dei dati e delle informazioni sul
                                    clima prodotti dalla comunità
                                    scientifica

                                              • Decisori Politici ed Economici
                           Utilizzatori e     • Amministratori
                           portatori di       • Opinione pubblica
                                              • Altre Comunità Scientifiche
                            interesse         • Mondo della Formazione
SERC - Climate Service

    Main objectives:

    • Production of climate predictions and climate change projections at different
      scales (global and regional, seasonal-to-multi annual, short-term long-term
      scenarios).

    • Development of new information systems and diagnostic tools for the
      characterization of the climate variability and change signals and their impacts to
      support research and dissemination.

    • Provide scientific support and understandable and relevant climate-related
      information for the recent past, present and future to a wide range of users and
      stakeholders.

    • Establish and sustain a discussion and interaction platform with stakeholders

1
    • Develop tailored sectorial climate products, regularly maintained and updated
9
SERC - Climate Service
                 The CMCC models coupling

Multi-model      Downscaling            Impacts
climate data      (SD/DD)             assessment

                                      Agriculture

                                      Forests and Fires

                                                             Economic
                                      Hydrologic risks        impact

                                      Coastal erosion

                                            …

Global Climate   Downscaled Climate   Impact data and info
 data and info      data and info
SERC – Climate Info External Activities

Currently, our major “clients”/stakeholders are large international
institutions (e.g., World Bank, …) and national policy makers and
institutions (Italian ministries, regional and local administrations)

                                  Italian Ministry of Environment:
                                     e.g.: guidelines for National
Large international development         Adaptation Strategies
institutions (WB, ADB, etc) B
 e.g.:. Capacity for Climate
Resilience in Tajikistan
                                                                          Municipalities
                                                                     (e.g., Venice, Bologna,
                                                                         urban planning
SERC – Climate Info External Activities
          Catalogue of products at SERC based on sectors (work in progress)
    Five major sectors identified (for the moment) :
                                         •    estimation of crop yield annual changes
                                         •    fire risk predictions
    • Agriculture/Forests                •    water balance
                                         •    change in forests stocks
                                         •    land capability and sustainability analysis

                                         •    fire risk predictions
                                         •    water balance
    • Public sector                      •    water quality
                                         •    extremes and risk analysis (coastal erosion, floods, …)

                                         •    water balance
                                         •    degrees day
    • Energy
                                         •    ocean circulation / sea-ice (off-shore platforms)
                                         •    wind/solar

    • Transport                      •       ship routing

                                     •       extremes
2   • Insurance                      •       risk analysis (coastal erosion, floods, …
2
Una catena modellistica del Bacino del Po

Multi-model        Downscaling             Hydrologic model
climate data        (SD/DD)

                                         Cred
                                             its:   Michi
                                                         gan S
                                                               tate U
                                                                     niver
                                                                          sity

               • Gestione risorsa idrica (magre)
               • Emergenze piene
Thanks
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