MAPPE FENOLOGICHE A SCALA DI DETTAGLIO METODOLOGIA

Transcript

1 MAPPE FENOLOGICHE A SCALA DI DETTAGLIO METODOLOGIA Dott. ssa Anna Letizia Zanotti Orto Botanico Università di Bologna - Dipartimento di Biologia Evoluzionistica Sperimentale Via Irnerio Bologna Tel Fax annaletizia.zanotti@unibo.it PREMESSA Il metodo qui presentato per la realizzazione delle mappe fenologiche a scala di dettaglio si basa sulla messa a punto di un modello di interpolazione spaziale. Inizia quindi dalla raccolta di dati tramite una serie di osservazioni di campagna in numerose stazioni di rilevamento, aventi diverse caratteristiche di ambiente e topografia. I dati raccolti vengono elaborati statisticamente prima con analisi di regressione lineare per stimare il giorno di comparsa di un evento (nel nostro caso viene considerata la fase centrale della fioritura), successivamente mediante analisi di regressione multipla per correlare le osservazioni fenologiche con i fattori ambientali. Applicando tale modello di interpolazione alle matrici che rappresentano, punto per punto, il valore delle diverse variabili topografiche, si ottiene la stima del ritardo fenologico, cioè del numero di giorni di differenza rispetto ad una stazione di riferimento. Successivamente dalla matrice "ritardo fenologico" si realizza graficamente la mappa del ritardo fenologico (o fenologica sintetica) che, sovrapposta a quella del rilievo, mette in evidenza il modo di manifestarsi dell evento in rapporto ai fattori topografici. Da questa mappa di base si possono derivare, per ogni singola specie osservata, sia carte cronologiche di una singola fenofase che esprimono, punto per punto, il giorno in cui l evento si manifesta, sia mappe sinottiche che esprimono, in un giorno stabilito, punto per punto la fenofase manifestata. In quest'ultimo caso, tuttavia, poiché il succedersi degli eventi fenologici nel tempo segue un andamento sigmoide, per valutare i primi e gli ultimi stadi è necessario valersi di un modello di tipo logistico, caratteristico per ogni singola specie, da applicare alla mappa del ritardo. Le mappe climatiche, basate su osservazioni termometriche in diverse stazioni del territorio e costruite in base a una relazione polinomiale di secondo grado tra la quota e la sommatoria termica in gradi-giorno, vengono realizzate con la stessa metodologia grafica. Negli esempi che presentiamo è da notare la fascia termica situata sulle prime propaggini collinari che viene evidenziata sia dall'andamento fenologico, con maggiore anticipo degli eventi rispetto alla zona di pianura, sia dall'andamento termico, rappresentato dai valori più alti di gradigiorno. 1

2 2

3 INDICE INDIVIDUAZIONE DEI PUNTI DI RILEVAMENTO, RACCOLTA DATI TOPOGRAFICI DELLE STAZIONI E MAPPATURA DELLE STAZIONI METODO DI RILEVAMENTO: COMPILAZIONE DELLA SCHEDA DI CAMPAGNA Chiavi di rilevamento IMMISSIONE DEI DATI SU FOGLIO ELETTRONICO E PRIME ELABORAZIONI METODI DI ELABORAZIONE STATISTICA METODO DI CALCOLO DELLA MATRICE DELLA CARTA FENOLOGICA CON APPOSITO PROGRAMMA MODO DI REALIZZAZIONE DELLE MAPPE SU SURFER PREPARAZIONE DELLE GRIGLIE CARTA DEL RITARDO FENOLOGICO DELLE SPECIE LEGNOSE CARTE DERIVATE CARTA CRONOLOGICA DERIVATA DI CRATAEGUS MONOGYNA CARTA SINOTTICA DERIVATA DI ACER CAMPESTRE PER UNA DATA RICHIESTA CARTA CLIMATICA DELLE SOMMATORIE TERMICHE 3

4 INDIVIDUAZIONE DEI PUNTI DI RILEVAMENTO, RACCOLTA DATI TOPOGRAFICI DELLE STAZIONI E MAPPATURA DELLE STAZIONI scelta delle stazioni in diverse situazioni topografiche e vegetazionali acquisizione delle matrici di base del territorio (quote, esposizioni, pendenze) rappresentazione su GIS (Sistema Informativo Geografico): $T STAZIONI DI RILEVAMENTO Reno BOLOGNA 20 $T $T $T$T$T $T $T $T $T$T $T$T$T$T $T $T 31 $T$T$T$T$T $T $T$T$T$T$T 81 $T$T$T $T$T $T$T $T $T$T $T$T$T $T$T$T $T$T $T$T$T$T$T$T $T$T$T $T$T$T $T $T $T 87 $T $T $T $T $T $T 12 $T 11 6 $T$T Reno 2 IMOLA $T $T 3 1 $T 0-75 m m m m m > 850 m Fiumi e torrenti linee ferroviarie Città autostrade strade statali W N S E 4

5 METODO DI RILEVAMENTO: osservazioni settimanali invernali e primaverili osservazioni su più individui (fino a un massimo di 25 per stazione) fenofasi osservate: vegetative e riproduttive 34 specie osservate, sia legnose che erbacee; ai fini dell elaborazione sono state considerate solo le seguenti : ACER CAMPESTRE CORNUS SANGUINEA CORONILLA EMERUS EUONYMUS EUROPAEUS PRUNUS AVIUM PRUNUS DOMESTICA PRUNUS SPINOSA QUERCUS PUBESCENS ROBINIA PSEUDACACIA ROSA CANINA SAMBUCUS NIGRA AGROPYRON REPENS ANTHOXANTHUM ODORATUM BRACHYPODIUM RUPESTRE BROMUS HORDEACEUS BROMUS ERECTUS DACTYLIS GLOMERATA LOLIUM PERENNE POA PRATENSIS POA TRIVIALIS 5

6 COMPILAZIONE DELLA SCHEDA DI CAMPAGNA per ogni specie viene indicato il numero di esemplari rilevato in ciascuna fase: SCHEDA DI RILEVAMENTO DI CAMPAGNA DATA 16/4/1999 STAZIONE 85 QUOTA m 580 LOCALITA M. Cerere ESPOSIZIONE - TIPO DI AMBIENTE FENOFASI RIPRODUTTI VE FENOFASI VEGETATIV E ACER R Margine di bosco PENDENZA V GEMME DORMIENTI GEMME RIGONFIE GEMME RIGONFIE+ FG.APERTE RIPIEGATE FOGLIE APERTE+ FOGLIE GIOVANI R 5 CAMPESTRE V 1 9 CORNUS R 2 SANGUINEA V 2 PRUNUS R SPINOSA V 1 QUERCUS R 5 PUBESCENS V ROBINIA R PSEUDACAC V 3 IA ROSA R CANINA V FOGLIE GIOVANI FG.GIOVANI +ADULTE FOGLIE ADULTE 6

7 Chiavi di rilevamento FASI RIPRODUTTIVE 1. Boccioli o amenti presenti, ma poco sviluppati (+00) 2. Boccioli prossimi alla schiusura, rigonfi, con petali visibili; amenti sviluppati ma immaturi (+00) 3. Boccioli rigonfi e fiori aperti; amenti immaturi e maturi (++0) 4. Piena fioritura (+++, 0+0): boccioli, fiori aperti e fiori sfioriti; amenti maturi 5. Inizio sfioritura: fiori aperti e fiori appassiti; amenti maturi e amenti sfioriti (0++) 6. Completa sfioritura: fiori appassiti; amenti sfioriti (00+) 7. Allegagione: inizio ingrossamento ovari (000) FASI VEGETATIVE DELLE SPECIE LEGNOSE 1. Gemme in riposo 2. Gemme rigonfie prossime alla schiusura 3. Gemme rigonfie insieme a gemme aperte, con foglie ripiegate 4. Gemme appena aperte insieme a foglie giovani con lembo disteso 5. Foglie giovani a lembo disteso 6. Foglie giovani insieme a foglie adulte 7. Foglie adulte 7

8 IMMISSIONE DEI DATI SU FOGLIO ELETTRONICO E PRIME ELABORAZIONI (EXCEL) FENOFASI N.individui MEDIA PONDERATA DATASTIMATA DELLA FASE CENTRALE DI FIORITURA stazione giorno giuliano CALCOLO DELLA DATA STIMATA DI MASSIMA FIORITURA (4), in ogni stazione e anno, mediante regressione lineare tra le fenofase medie (var. dip.) e i giorni giuliani (var. ind.) di ciascun rilievo. 8

9 RIEPILOGO DI TUTTI I DATI IN UN UNICO FILE 9

10 METODI DI ELABORAZIONE STATISTICA (software SPSS) regressione multipla tra la var. dipendente data di massima fioritura (fase 4) e le variabili indipendenti anno, specie, stazione in formato binario si ottengono i ritardi delle specie e i ritardi delle stazioni e i ritardi degli anni (=coefficienti di regressione) rispetto ad una specie, ad una stazione e ad un anno di riferimento coeffregr SPECIE1-31, Acer campestre SPECIE10-2, Cornus sanguinea SPECIE12-24,22 12 Crataegus monogyna SPECIE15-14, Euonymus europaeus SPECIE24-41, Prunus avium SPECIE25-53, Prunus domestica SPECIE27-55, Prunus spinosa SPECIE28-28, Quercus pubescens SPECIE29-1, Robinia pseudoacacia SPECIE32 1, Sambucus nigra SPECIE Rosa canina (Costante) 124,1587 ANNO97 0 ANNO98 1,7064 ANNO99 7,4323 STAZID1 3,3162 STAZID2 0 STAZID3 7,8156 STAZID6 7,1243 STAZID11 4,8473 STAZID12 6,1501 STAZID13 4,5781 STAZID16 6,3783 STAZID17 6,7187 STAZID19 5, in questo esempio la specie di riferimento è Rosa Canina, la stazione di riferimento è la n.2 e l'anno di riferimento il organizzazione dei dati in un file 10

11 regressione multipla tra la var. dipendente ritardo di stazione e le variabili di stazione ( quota, inclinazione, latitudine, longitudine, pianura, valle...) si ottengono i coefficienti di regressione dei vari fattori e la costante, (valori utili per le mappe). Si utilizzano solo i coefficienti significativi: B (Costante) -6,726 QUOTA 3,799E-02 ENAP -,113 * PIANURA 16,290 VALSTR 13,241 *ENAP = energia solare incidente del mese di aprile 11

12 METODO DI CALCOLO DELLA MATRICE DELLA CARTA FENOLOGICA CON APPOSITO PROGRAMMA o GIS calcolo della carta del RITARDO FENOLOGICO a partire dalle matrici di base (quote, esposizioni, pendenze, valle) e dai coefficienti di regressione precedentemente stimati. calcolo della matrice dell'energia solare incidente da esposizione e pendenza secondo apposite tabelle Esempio per il calcolo della matrice del Ritardo fenologico delle specie legnose: In ogni i-esimo punto: RITARDO FENOLOGICO i = bq*quota i + bp*pianura i + bv*vallestretta i - bes *energia solare incidente i -6,726 Valori di b: 0,0377=bq 16,260=bp 13,241=bv -0,113= bes -6,726= costante si ottiene la MATRICE DELLA CARTA DEL RITARDO FENOLOGICO o FENOLOGICA SINTETICA in formato F5.1 12

13 MODO DI REALIZZAZIONE DELLE MAPPE SU SURFER PREPARAZIONE DELLE GRIGLIE Griglia RITARDO FENOLOGICO: preparazione di un file.xls contenente x (longitudine- colonna A), y (latitudine - colonna B), z (variabile ritardo fenologico - colonna C) Griglia QUOTE : preparazione di un file.xls contenente x (longitudine- colonna A), y (latitudine - colonna B), z (variabile quote - colonna C) 13

14 CARTA DEL RITARDO FENOLOGICO DELLE SPECIE LEGNOSE (programma SURFER) costruzione mappa delle quote in 3 dimensioni costruzione della contour map del ritardo fenologico sovrapposizione delle 2 mappe CARTA DEL RITARDO FENOLOGICO DELLE SPECIE LEGNOSE (media ) giorni di ritardo 14

15 CARTA CRONOLOGICA DERIVATA DI CRATAEGUS MONOGYNA Questa carta rappresenta, per una singola specie, la date di comparsa di un evento fenologico (es. massima fioritura). Costruzione della mappa cronologica sulla contour map del ritardo fenologico applicare la funzione: C i,j = A i,j + B dove A i,j = valore del ritardo fenologico B= ritardo della specie+costante + ritardo anno (es.:nel caso di Crataegus monogyna B=- 24, ,2+0) costruzione mappa delle quote in 3 dimensioni sovrapposizione delle 2 mappe CARTA CRONOLOGICA MASSIMA FIORITURA DI CRATAEGUS MONOGYNA giorni giuliani 15

16 la scala rappresenta il giorno giuliano in cui avviene la massima fioritura di Crataegus monogyna nel territorio nell'anno CARTA SINOTTICA DERIVATA DI ACER CAMPESTRE PER UNA DATA RICHIESTA costruzione della mappa sinottica Questa carta rappresenta, per ogni singola specie, la fenofase che essa presenta ad una certa data. Poiché le fenofasi presentano, in funzione del tempo, un andamento asintoticosigmoide, questo può essere approssimato da una equazione logistica del tipo: dove y= fenofase k= asintoto superiore a = costante r= velocità di cambiamento di fase t = tempo (numero di giorni) y = k/(1+e (a-rt) ) per calcolare a e r si fa uso di una regressione logistica dove la var. ind. è costituita da t (giorni) e la var dip. dallo stadio fenologico espresso nella forma: w = ln(y/(k-y)) 16

17 ESEMPIO: DATA RICHIESTA: 106 GIORNO (16 APRILE 1999) Sul file.xls iniziale: per ogni singola specie si calcola la regressione logistica per la stazione di riferimento var. dip w =LN(fasemedia/(8-fasemedia)) var. indip. GIA (giorno giuliano) si ottengono i valori di intercetta (-9.86) e di pendenza (0.10) Alla mappa del ritardo fenologico ottenuto in precedenza si applica la funzione: C=(8/(1+(EXP(9.86-(0.10*(106-A)))))) Si ottiene un secondo grid-file da cui si può costruire una mappa che rappresenta gli stadi in cui si presenta la specie alla data richiesta nei diversi punti del territorio costruzione mappa delle quote in 3 dimensioni sovrapposizione delle 2 mappe 17

18 CARTA SINOTTICA DEL 16 APRILE 1999 DI ACER CAMPESTRE FENOFASE 18

19 CARTA CLIMATICA DELLE SOMMATORIE TERMICHE costruzione della contour map delle sommatorie termiche o calcolo mese per mese delle sommatorie termiche (in gradi-giorno) a soglia 0 e immissione dei dati in una matrice, come nel caso della carta del ritardo fenologico SOMMATORIE TERMICHE DI APRILE 1999 M.Castellari 708 m M.Grande 607 m M.Formiche 638 m gradi giorno costruzione mappa delle quote in 3 dimensioni sovrapposizione delle 2 mappe 19