Modello SWIM
Per generare i dati delle variabili del settore idrico in questa regione è stato utilizzato un modello separato: il modello integrato di suolo e acqua (SWIM).
Cosa fa il modello?
SWIM è stato sviluppato specificamente per studiare gli impatti del cambiamento climatico e dell'uso del suolo su scala regionale, dove gli impatti si manifestano e vengono adottate misure di adattamento. Il modello simula processi interconnessi su scala mesoscopica come la generazione di deflusso, la crescita di piante e colture, il ciclo dei nutrienti e del carbonio e l'erosione. Fornisce numerosi output del modello come la portata del fiume, la resa delle colture e le concentrazioni e i carichi di nutrienti. L'approccio consente la simulazione di tutti i processi interconnessi all'interno di un singolo framework di modello in un intervallo di tempo giornaliero utilizzando dati disponibili a livello regionale (clima, uso del suolo e suolo) e considerando i feedback. L'impostazione del modello e la post-elaborazione sono supportate da un'interfaccia GIS (basata su GRASS). Il modello utilizza uno schema di disaggregazione a 3 livelli: bacino - sottobacini - idrotopi. I risultati sono presentati come serie temporali e mappe per un certo numero di variabili. SWIM è un modello di complessità intermedia per il bacino fluviale e la scala regionale, perché è a) più completo dei modelli puramente idrologici e di precipitazione-deflusso grazie a una rappresentazione più affidabile dei processi idrologici, vegetazionali e nutrizionali interconnessi; b) guidato da dati regionali comunemente disponibili e può essere più facilmente parametrizzato rispetto ai modelli idrologici più complessi.
Chi lo gestisce?
SWIM è gestito e ulteriormente sviluppato dal gruppo di modellazione idrologica regionale del Dipartimento di ricerca 2 sul repository del codice sorgente GitLab di PIK. Lo sviluppo è coordinato da Michel Wortmann, Stefan Liersch e Fred Hattermann.
In che modo il modello è diverso dagli altri modelli nella comunità?
Simulazione del ciclo idrologico (scarico idrico, livello delle falde acquifere): uguale o migliore rispetto ad altri modelli ecoidrologici e idrologici comparabili;Simulazione del ciclo idrologico a scala di bacino fluviale: descrizione del processo migliore e più dettagliata rispetto ai modelli terrestri su scala continentale e ai modelli di risorse idriche su larga scala;
Simulazione dei processi di vegetazione: migliore rispetto a molti modelli idrologici, che normalmente non considerano i processi di vegetazione dinamica;
Simulazione della qualità dell'acqua: migliore rispetto ai modelli idrologici concettuali che non hanno (o hanno solo una minima) rappresentazione dei processi del suolo;
Simulazione dell'inquinamento diffuso: migliore rispetto ad altri modelli comunemente utilizzati a causa di una migliore risoluzione temporale e spaziale e della considerazione dei processi dinamici del paesaggio;
Simulazione dell'uso del suolo, della gestione agricola, delle rese delle colture e dei feedback dei cambiamenti climatici e dell'uso del suolo: migliore rispetto ad altri modelli con rappresentazione ridotta dei processi di crescita della vegetazione.
Fonti:
Krysanova, V., F. Hattermann, Sh. Huang, C. Hesse, T. Vetter, S. Liersch, H. Koch e Z. W. Kundzewicz, 2014. Modellazione degli impatti del cambiamento climatico e dell'uso del suolo con SWIM: lezioni apprese da molteplici applicazioni. Hydrological Sciences Journal, accettato.Krysanova, F. Wechsung, J. Arnold, R. Srinivasan, J. Williams, 2000. PIK Report Nr. 69 "SWIM (Soil and Water Integrated Model), User Manual", 239p. SWIM_Manual
Krysanova, V., Mueller-Wohlfeil, D.I., Becker, A., 1998. Sviluppo e test di un modello idrologico/di qualità dell'acqua distribuito spazialmente per bacini idrografici mesoscalari. Ecological Modelling, 106, 261-289.
Scenari climatici
I cosiddetti percorsi di concentrazione rappresentativi (RCP) sono stati sviluppati per il quinto rapporto di valutazione del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC). Descrivono diversi livelli di radiazioni indotte dai gas serra che potrebbero verificarsi nel periodo dal 2011 al 2100. Tuttavia, non includono alcuna “narrativa” socioeconomica che li accompagni. Negli ultimi anni, un team internazionale di climatologi, economisti e modellisti di sistemi energetici ha sviluppato una serie di nuovi “percorsi” che esaminano come la società globale, la demografia e l’economia potrebbero cambiare nel prossimo secolo. Sono conosciuti come i “Percorsi Socioeconomici Condivisi” (SSP). Gli SSP sono stati pubblicati nel 2017 (Riahi et al., 2017) e svolgeranno un ruolo importante nel sesto rapporto di valutazione dell’IPCC nel 2021/2022.
Gli SSP sono scenari di base che descrivono gli sviluppi futuri in assenza di nuove politiche climatiche, oltre a quelle già in atto oggi. Offrono cinque percorsi che il mondo potrebbe intraprendere. I cinque SSP differiscono principalmente per la crescita della popolazione, l’urbanizzazione, la crescita economica, gli investimenti nell’istruzione e nella sanità, il sistema energetico e l’uso del territorio, il tasso di sviluppo tecnologico e i fattori trainanti della domanda, come i cambiamenti nello stile di vita (Riahi et al., 2017).
Come gli RCP, anche gli SSP non sono completi nella loro progettazione, poiché si tratta solo di futuri sociali che non includono gli impatti dei cambiamenti climatici. Inoltre, in questi non viene implementata alcuna misura di mitigazione o adattamento (O'Neill et al., 2020). Pertanto, ClimateImpactsOnline utilizza tre combinazioni SSP-RCP per visualizzare i dati climatici corrispondenti a diversi scenari socioeconomici e di radiazione.
SSP “Sostenibilità”1 - 2.6
Lo scenario a basso cambiamento climatico (SSP1) presenta un percorso relativamente sostenibile, spesso definito “Taking the Green Road”. Lo scenario presuppone elevati investimenti nell’istruzione e nella sanità. Ciò porta ad un’accelerazione della transizione demografica e ad un rallentamento della crescita della popolazione, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. In totale c’è un’enfasi più ampia sul benessere umano. Spinta da un crescente impegno nel raggiungimento degli obiettivi di sviluppo, la disuguaglianza si riduce sia tra i paesi che all’interno dei paesi. Il consumo è orientato verso una bassa crescita materiale e una minore intensità di risorse ed energia. Lo scenario di base della SSP1 presenta poche sfide in termini di mitigazione e adattamento climatico, poiché gli obiettivi climatici possono essere raggiunti a livello globale (O'Neill et al., 2017). L'SSP1 è combinato con una potenza di forzatura di 2,6 Watt per metro quadrato nel 2100.“Rivalità regionale” SSP3 - 7.0
Lo scenario di cambiamento climatico moderato (SSP3), noto anche come “Rivalità regionale”, è caratterizzato da un nazionalismo in ripresa e da conflitti regionali. Ciò spinge i paesi a concentrarsi sempre più su questioni interne o, al massimo, regionali. Ad esempio, gli obiettivi di sicurezza energetica e alimentare vengono raggiunti solo nella propria regione. Diminuiscono gli investimenti nell’istruzione e nello sviluppo tecnologico. Lo sviluppo economico è lento, i consumi sono ad alta intensità materiale e le disuguaglianze peggiorano nel tempo. Inoltre, la crescita della popolazione è bassa nei paesi industrializzati ed elevata in quelli in via di sviluppo. Nel complesso la SSP3 è caratterizzata da una bassa priorità internazionale nell’affrontare le preoccupazioni ambientali (Fujimori et al., 2017). Lo scenario SSP3 è combinato con un livello di forzante di 7 Watt per metro quadrato.“Sviluppo alimentato dai combustibili fossili” SSP5 - 8.5
Lo scenario estremo (SSP5) è caratterizzato da un rapido progresso tecnologico e dallo sviluppo del capitale umano. I mercati globali sono sempre più integrati. Ci sono anche forti investimenti nella sanità, nell’istruzione e nelle istituzioni per valorizzare il capitale umano e sociale. Allo stesso tempo, a ciò si aggiunge lo sfruttamento di abbondanti risorse di combustibili fossili e l’adozione di stili di vita ad alto consumo di risorse ed energia in tutto il mondo. C’è fiducia nella capacità di gestire i sistemi sociali ed ecologici, anche attraverso la geoingegneria, se necessario (Kriegler et al., 2017). ClimateImpactsOnline utilizza la combinazione dello scenario SSP5 con un livello di radiazione indotta dai gas serra di 8,5 Watt per metro quadrato.Guarda anche:
I percorsi socioeconomici condivisi (SSP): una panoramica (poster)
Fonti:
O'Neill, BC, Carter, TR, Ebi, K. et al. Risultati e bisogni per il quadro dello scenario del cambiamento climatico. Naz. Salita. Chang. 10, 1074–1084 (2020). https://doi.org/10.1038/s41558-020-00952-0
Riahi, K. et al., The Shared Socioeconomic Pathways e le loro implicazioni su energia, uso del territorio e emissioni di gas serra: una panoramica, Cambiamento ambientale globale, volume 42, 153-168 (2017). https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009.
