Ambiente e risorse naturali incontrano tecnologia e innovazione: calcolo ad alte prestazioni, tecniche avanzate per il processamento e l’analisi dei dati, proiezioni climatiche ad altissima risoluzione saranno la chiave per affrontare e ridurre i rischi associati ai cambiamenti climatici. La Fondazione CMCC è partner di un progetto di ricerca che coinvolge istituti di ricerca, università, aziende e agenzie regionali di protezione ambientale italiani.

Calcolo ad alte prestazioni, proiezioni climatiche, tecniche di analisi dei dati, agricoltura, sviluppo di servizi per una migliore gestione del territorio nazionale: se dovessimo descrivere il progetto Highlander sono probabilmente queste le parole che useremmo.
Il progetto Highlander – High performance computing to support smart and land services vuole mitigare e prevenire gli impatti dei cambiamenti climatici sul territorio; grazie alla high performance computing, il progetto riesce ad integrare simulazioni climatiche ad altissima risoluzione, osservazioni satellitari e dati di monitoraggio del suolo, in strumenti di supporto alle decisioni, per una migliore e più sostenibile gestione dell’interazione tra risorse naturali, sistemi umani e attività produttive.
Highlander vuole dimostrare tutte le potenzialità di una serie di servizi, fra cui: un portale di open data sul clima e sui pericoli collegati, programmazione delle irrigazioni grazie a previsioni sul fabbisogno idrico delle colture, risorse idriche e gestione del suolo, previsione degli incendi boschivi, gestione dei parchi naturali, valutazione e previsione delle condizioni idonee per gli ecosistemi, gli animali e le persone.
Il progetto è coordinato dal CINECA, che metterà a disposizione la propria infrastruttura di supercalcolo. Con 8 su 9 partner italiani, il progetto ha un respiro spiccatamente nazionale, e vede la partecipazione di enti di ricerca, università, aziende e agenzie regionali di protezione ambientale.

La Fondazione CMCC Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici è partner del progetto, e vede 4 delle sue Divisioni scientifiche coinvolte: IAFES – Impacts on Agriculture, Forests and Ecosystem Services, CSP – Climate Simulations and Predictions, REMHI – REgional Models and geo-Hydrological Impacts, e ASC – Advanced Scientific Computing. Ecco nel dettaglio di cosa si occuperanno.

Guarda il video:

La Divisione CSP – Climate Simulations and Predictions realizzerà delle simulazioni climatiche globali ad altissima risoluzione spaziale (1/4°, ~ 27-28 km) per il futuro, che saranno utilizzate dalla Divisione REMHI – REgional Models and geo-Hydrological Impacts per produrre simulazioni ad altissimo dettaglio (~2 km) per l’Italia con il modello COSMO-CLM. Si tratta di un livello di risoluzione mai raggiunto prima, visto che attualmente le proiezioni climatiche sull’Italia alla massima risoluzione di cui disponiamo sono quelle fornite in passato sempre dalla Fondazione CMCC con lo stesso modello (~8 km di risoluzione) o quelle fornite dall’esperimento di downscaling europeo EURO-CORDEX (~12 Km). Proiezioni climatiche sul futuro, ma anche un’analisi accurata sui decenni più recenti: la Divisione REMHI realizzerà anche un downscaling ad altissimo dettaglio delle reanalisi ERA5 prodotte dal Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (ECMWF, partner del progetto); le reanalisi rappresentano la migliore ricostruzione spazializzata e fisicamente basata del clima osservato grazie alla combinazione di modellistica climatica e assimilazione di dati da stazioni meteorologiche.
La Divisione ASC – Advanced Scientific Computing si occuperà invece di progettare e implementare le catene di processamento e di analisi dei dati climatici e territoriali, fondamentali per lo sviluppo dei casi studio del progetto, definiti dagli addetti ai lavori DApOS (Downstream Applications and pre-Operational Services), e in particolare di quelli a cui lavorano i ricercatori CMCC. La stessa Divisione ASC è coinvolta nel caso studio “Forest fire predictions”; si occuperà di processare i dati raccolti dai sensori TreeTalkerFire – già utilizzati nel progetto Interreg Italia Grecia OFIDIA2, coordinato proprio da ASC – per sviluppare un servizio di previsione degli incendi boschivi, che garantisca agli enti gestori delle aree verdi e dei parchi naturali di salvaguardare il patrimonio boschivo del territorio, preservando la sicurezza degli insediamenti umani nelle vicinanze. La Divisione IAFES – Impacts on Agriculture, Forests and Ecosystem Services, con Monia Santini, Direttore della Divisione IAFES di Viterbo e leader scientifico CMCC del progetto, coordinerà una serie di casi studio su vocazionalità del territorio per le foreste, pericolo di erosione dei suoli, disponibilità delle risorse idriche e benessere umano.

Il cambiamento climatico influenza molto la disponibilità delle risorse idriche e fa sì che sia sempre più necessaria una gestione ottimale tra i settori che competono per l’acqua e i relativi usi: civile, industriale, energetico, agricolo ed ecologico. “Uno dei casi studio che svilupperemo sarà incentrato a valutare la sostenibilità dei prelievi di acqua dal fiume Ofanto, che supporta i diversi usi idrici in Puglia, e in particolare l’agricoltura nella zona della Capitanata, in competizione con l’industria e gli usi domestici nell’area, quest’ultimi particolarmente intensi in estate per via del turismo”, spiega Monia Santini. “Grazie alle proiezioni climatiche ad altissima risoluzione sull’Italia realizzate nell’ambito del progetto, sfruttando le potenzialità offerte dal calcolo ad alte prestazioni, saranno stimate le modificazioni future negli episodi di siccità idrologica, cioè di mancanza di acqua nei corpi idrici superficiali, in seguito a siccità meteorologica – scarsità di piogge – prolungata.”
L’obiettivo sarà poi quello di trasferire questo caso studio ad altri bacini idrografici italiani.

Un altro caso studio chiave sviluppato dai ricercatori CMCC sarà quello sulle foreste (land suitability for vegetation). “A partire dall’attuale distribuzione delle specie boschive”, spiega Sergio Noce, ricercatore presso la Divisione IAFES, “si realizzeranno delle proiezioni sulla possibile modifica (spostamento, restringimento, espansione) degli habitat delle specie forestali a seguito dell’evoluzione del clima. Riguardo ai boschi, il caso studio trae vantaggio da un’analisi degli impatti del clima sulla vegetazione boschiva svolta dagli stessi ricercatori della Fondazione CMCC per l’Europa Meridionale e la Russia; adesso, grazie alle simulazioni ad altissima risoluzione per l’Italia sviluppate dal progetto, sarà possibile arrivare a un livello di dettaglio mai raggiunto prima, dimostrando la validità dell’High performance computing anche nel supporto alle attività del settore forestale.”
Gli eventi climatici estremi condizionano il mantenimento delle funzioni del suolo, soprattutto in aree particolarmente soggette all’erosione da piogge intese. Il caso di studio “Soil Erosion” sviluppato dai ricercatori CMCC si basa su un modello empirico consolidato per realizzare proiezioni sulla potenziale perdita di suolo a causa di precipitazioni intense o di pratiche di gestione del territorio, sia forestale che agricolo, già in parte elaborato nell’ambito del Demo Case C3S SOIL EROSION che ha visto coinvolte le Divisioni IAFES, REMHI e ASC. L’applicazione del modello su scala nazionale con dati ancora a più alta risoluzione permetterà di identificare zone particolarmente a rischio e di supportare la formulazione di strategie per ridurre l’erosione del suolo mediante pratiche idonee per la lavorazione e la protezione dei terreni.
Il cambiamento climatico mette alla prova la capacità degli individui di percepire condizioni di benessere fisico e mentale nella vita quotidiana, in particolare nelle città. “Sulla base della combinazione di variabili climatiche, come temperatura e umidità relativa,” spiega Monia Santini, “calcoleremo indicatori di benessere umano per capire come varieranno le condizioni di comfort legate al clima per le popolazioni, sulla scia di quanto pubblicato recentemente dai ricercatori della Divisione CSP sulla rivista Environmental Research Letters. Grazie alle simulazioni climatiche ad altissima risoluzione adottate in HIGHLANDER, in grado di schematizzare e riprodurre la struttura delle città, potremo studiare in particolare le differenze che esistono fra aree rurali e insediamenti urbani.”

Per maggiori informazioni, visita il sito ufficiale del progetto HIGHLANDER