Il cambiamento climatico è considerato tra i principali fattori che influenzeranno la disponibilità idrica in questo secolo (IPCC, 2014). Le implicazioni principali sono l'aumento della temperatura media globale e le variazioni nella distribuzione delle precipitazioni. Il ciclo idrologico può essere fortemente influenzato da questi fenomeni, con gravi conseguenze sulle attività umane e sugli ecosistemi legati all'acqua. Inoltre, il contesto socio-economico e demografico sta cambiando rapidamente.
La popolazione è in crescita e si registrano ingenti migrazioni dalle aree rurali alle città, con conseguente aumento della domanda di acqua, energia e cibo, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, dove tali cambiamenti sono più marcati e difficili da contenere (ONU, 2015). In queste condizioni in rapida evoluzione, si prevede che i sistemi idrici diventeranno sempre più vulnerabili: progettare opzioni di adattamento flessibili, robuste ed efficaci in molteplici scenari futuri plausibili è fondamentale per mitigare il degrado delle prestazioni. Nelle regioni alpine, si prevede che il cambiamento climatico avrà un impatto significativo sui modelli di deflusso dei corsi d'acqua, a causa della riduzione sia della durata sia dell'estensione della copertura nevosa stagionale e dell'aumento del ritiro dei ghiacciai nel medio e nel lungo termine. Questo effetto si sovrappone all'aumento previsto della temperatura, che potrebbe aumentare la frequenza degli anni particolarmente secchi, con importanti conseguenze sui sistemi di irrigazione e, di conseguenza, sulla produzione agricola. L'umanità ha avuto un ruolo fondamentale nel plasmare il cambiamento climatico che stiamo affrontando e ne avrà un ruolo importante anche nella sua gestione. È quindi importante includere le attività umane nel contesto del ciclo dell'acqua (Figura 1), per comprendere efficacemente gli impatti e le strategie di adattamento da attuare.
Prima del Quinto Rapporto di Valutazione (2014), gli scenari climatici futuri venivano elaborati stimando le emissioni di gas serra e le relative concentrazioni atmosferiche a partire da fattori socioeconomici, dallo sviluppo tecnologico e da ipotesi sulla produzione di energia (Figura 2). Questo processo si svolgeva in fasi successive, con un conseguente ritardo cumulativo e un tempo totale di circa 10 anni.
Per ridurre i ritardi e rendere le informazioni più efficaci, le comunità di ricerca sul clima e sull'impatto ambientale hanno sviluppato un approccio parallelo che parte dall'identificazione di scenari di forzatura radiativa. Gli scenari di forzatura radiativa sono più efficaci perché non si basano su narrazioni univoche, ma possono derivare da diverse combinazioni di scenari futuri economici, tecnologici, demografici, politici e istituzionali.
Tradizionalmente, gli approcci top-down – che descrivono le prestazioni dei sistemi idrici in base a una serie discreta di proiezioni globali – sono stati utilizzati come base per lo sviluppo di strategie di adattamento. Tali proiezioni si ottengono utilizzando modelli di circolazione generale e regionale (GCM/RCM, Figura 3), i cui risultati vengono inseriti in un modello del sistema idrico per valutarne le prestazioni in ciascuna proiezione. Gli scenari climatici forniti dall'IPCC vengono infatti utilizzati per alimentare i modelli climatici globali (GCM), modelli matematici dei processi fisici che avvengono nell'atmosfera, nell'oceano, sulla terraferma, nella copertura glaciale e nelle interazioni tra di essi. Questi modelli si basano su una discretizzazione della Terra in una griglia tridimensionale, con una risoluzione orizzontale tipica compresa tra 250 e 600 km. Ogni cella contiene tutte le interazioni tra le componenti naturali e quelle antropiche.
È importante notare che, per la stima degli impatti locali relativi, ad esempio, a piccoli sottobacini idrografici, la risoluzione spaziale dei GCM risulta troppo grossolana. Infatti, molti fenomeni fisici, come le nuvole o l'orografia, non possono essere modellati con accuratezza su questa scala. Per effettuare una valutazione d'impatto, le variabili globali provenienti dai GCM devono essere ridimensionate alla scala locale.
È disponibile una serie di tecniche per ridurre la risoluzione delle variabili dei modelli globali (ovvero, modelli climatici regionali), consentendo di cogliere le forzanti climatiche regionali e locali. Particolarmente utilizzati per la loro accuratezza e la disponibilità di variabili sono i prodotti di EURO-CORDEX (COoRdinated Downscaling EXperiment - European Domain), la sezione europea dell'iniziativa internazionale CORDEX, un programma sponsorizzato dal Programma mondiale per la ricerca sul clima che fornisce un quadro coordinato a livello internazionale per la produzione di proiezioni migliorate dei cambiamenti climatici regionali per tutte le regioni terrestri del mondo.
Per rappresentare adeguatamente le condizioni locali, è però necessario un ulteriore passaggio di riconciliazione tra le proiezioni regionali e le misure a terra, noto come downscaling statistico. Si tratta di una tecnica basata su un collegamento statistico, più o meno complesso, tra variabili climatiche su larga e su piccola scala.
Nel progetto MAURICE è stato selezionato uno scenario climatico, noto come RCP8.5, in quanto ipotizza un aumento delle emissioni di gas serra che cresce nel tempo fino a raggiungere concentrazioni elevate, prevedendo un forzante radiativo di 8,5 watt per metro quadrato entro il 2100. Si tratta dello scenario più estremo sviluppato nel Quinto Rapporto di Valutazione dell'IPCC.
Sono state infine considerate le seguenti tre coppie GCM-RCM opportunamente riconciliate con le misure a terra (in parentesi la sigla utilizzata in alcuni dei grafici presenti sul sito):
- CNRM-ALADIN63 (Aladin),
- KNMI-RACMO22E (RACMO)
- ICTP-RegCM4-6 (RegCM4)
L'accoppiamento dei modelli sviluppati in MAURICE ha consentito di proiettare l'andamento delle variabili di interesse fino al 2050. Ad esempio, la Figura 4 mostra il livello medio della falda freatica nell'acquifero superficiale dell'Area Pilota per i tre scenari di cambiamento climatico. I tre modelli di circolazione regionale mostrano risultati coerenti in termini di variabilità e di frequenza degli anni secchi. Tutti i modelli prevedono che il gennaio del 2040 sarà un anno con una falda freatica particolarmente bassa, e RACMO simula due anni secchi consecutivi nel 2044-45.
Per valutare la resilienza del sistema e l'efficacia delle misure di adattamento, nel progetto MAURICE si sono ulteriormente stressate le condizioni fornite dallo scenario RCP8.5, introducendo artificiosamente, ogni 7 anni, la coppia di anni 2022-2023, particolarmente siccitosi per la Pianura Padana, tanto che nelle proiezioni nessun altro anno è riuscito a raggiungere la falda freatica minima registrata alla fine del "2022". La Figura 5 mostra la serie temporale della falda freatica per queste condizioni.
