La micrometeorologia della risaia sommersa Un aspetto chiave per la produttività alle medie latitudini

Transcript

1 Institute for Protection and Security of the Citizen La micrometeorologia della risaia sommersa Un aspetto chiave per la produttività alle medie latitudini Irruzioni d aria fredda in nord Italia Nonostante l estate presenti caratteristiche tipicamente mediterranee, la vicinanza con le regioni artiche espone a volte a irruzioni estive di aria fredda capaci di influenzare lo sviluppo della giovane pannocchia. La conseguente sterilità raggiunge, in alcuni casi, valori tra e %, a seconda della suscettibilità della cultivar.

2 Irruzioni d aria fredda in nord Italia L ultimo episodio importante risale al luglio Temp. Minima = 7-8 C, sterilità = -% 3 Irruzioni d aria fredda in nord Italia La frequenza è di circa evento ogni /6 anni (temperatura minima giornaliera nel periodo di interesse tra il 976 e il ) 6 4 Minimum daily temperature ( C) lug 4-lug 8-lug -lug 6-lug 3-lug 3-ago 7-ago -ago Date

3 Irruzioni d aria fredda in nord Italia strade: genetica agronomia 3 3 Temperature ( C) Water level (cm) air T (7cm; C) air T ( cm; C) water T ( C) water level (cm) minutes PREDA: un sistema di early warning per la protezione del riso alle medie latitudini Dati meteo Dati fino ad oggi Dati di oggi Dati previsti no Perdite produttive (L, L ) Fine? si STE.FI. (modulo sterilità) AGB, DVS GAIA (modello di crescita) WARM Reti agromet. Dati medi Tx, Tn Livello consigliato Previsione perdite ALTE.A. (altezza pannocchia) altezza pann. T.RIS. (modello micro-meteo per simulazione effetto volano) temperatura pannocchia (L, L ) 6 3

4 TRIS (Confalonieri et al., ) TRIS è un modello meccanicistico basato sulla risoluzione dell equazione di bilancio energetico di superficie che adotta, come termine di accumulo, il calore accumulato nell acqua. Può funzionare anche con solo dati di temperatura massima e minima giornaliera in input. Se altri dati sono disponibili, TRIS li può utilizzare al posto di quelli stimati (con weather generators). Stima la temperatura dell acqua e serie di temperatura dell aria (uno per ogni cm a partire dalla superficie dell acqua) 7 TRIS temperatura dell acqua Energy balance equation (Oke, 978) Rn + G + H + L E = [J m - h - ] net radiation heat stored in the water Sensible heat flux latent heat H = h u ( T T ) s a transfer coefficient of sensible heat (f(wind speed)) (Penman, 948) T s and T a are, respectively, surface and air temperature 8 4

5 TRIS temperatura dell acqua Combinando le due equazioni precedenti: T s = T a ( L E + G + R ) h u n 9 TRIS temperature nella canopy Sono state fatte 3 assunzioni: canopy costituita da strati di spessore fisso = cm numero di strati cresce con sviluppo LAI distribuito omogeneamente negli strati albedo =.3. 7 b quota di rad. solare riflessa dalla canopy (b: angolo di elevazione del sole; Uchijima, 976) absorb = ( exp ( k quota di rad. solare assorbita e LAI )) dalla canopy Radiazione ad onda lunga uscente ottenuta con la soluzione di Brunt della legge di Stefan-Bolzmann

6 TRIS temperature nella canopy Rn + H + L E = Equazione di bilancio energetico (b non c è più) H T Ta = ρ Cp rb 36 ρ è la densità dell aria, Cp è la capacità termica dell aria, T l èla temperatura della foglia [ C] e rb è la resistenza del leaf boundary layer, espressa in funzione della velocità del vento T = T a 36 rb ρ Cp ( Rn + L E) Temperatura per ogni strato di canopy TRIS alcuni risultati 4 - May Water temperature ( C) Water temperature ( C) Water temperature ( C) June - Temp. alla superficie dell acqua per la seconda decade di maggio, giugno, luglio e agosto (Opera (MI), ) 4 - August Water temperature ( C) 3 6

7 STE.FI. modello per la sterilità fiorale Il modello si basa su due principi: fattori giornalieri di sterilità vengono calcolati sommando sub-fattori orari dati dalla differenza tra una temperatura di soglia e le temperature orarie simulate da TRIS all altezza dell apice meristematico Il fattore totale di sterilità si ottiene facendo una somma dei fattori giornalieri pesati con un fattore campana che rappresenta la diversa sensibilità della pianta nel periodo differenziazione pannocchia - spigatura 3 STE.FI. modello per la sterilità fiorale Sterility ( ) GDDi GDD γ e δ ( ) i= headday h= γ π headday 4 = Ψ ( Td Ti, h ) Fattori orari Fattore campana 4 7

8 STE.FI. il fattore campana.8 bell factor.6.4 high bell factor low bell factor Developing stage (GDD) ALTE.A. altezza pannocchia GDD GDDdp h = GDD f GDD dp GDD GDDm m GDD GDD f GDDm GDD f GDD f GDDdp C h max Developing panicle height (cm) panicle initiation hmax heading 6 8

9 PREDA - test Test. Sulla base di normali climatiche, sono state generate serie di dati meteo contenenti ciascuna un irruzione della durata di giorni in modo da coprire tutto il periodo differenziazione della panocchia - spigatura sono state eseguite simulazioni con livello dell acqua di sommersione pari a, e 3cm il sistema è stato testato per la simulazione degli effetti di (i) periodo dell irruzione e (ii) altezza dell acqua Test. PREDA è stato testato (utilizzando dati meteo misurati) per simulare la resa di 6 anni (3 anni caratterizzati da elevata sterilità; anno da bassa sterilità, anni non interessati dal fenomeno). Valori misurati e simulati sono stati confrontati 7 PREDA test. simulazione della sterilità Spikelet sterility (%) August 3-4 August Developing panicle height (cm) no floodwater cm floodwater 3cm floodwater panicle height (cm) Date 8 9

10 PREDA test. perdite economiche Economic losses due to low water level (euro ha - ) August 3-4 Augus t Date Il valore più alto (38 euro ha - ) corrisponde, per l intera produzione italiana, a circa 67 milioni di euro 9 PREDA test. rese simulate Vs osservate 7 6 Yield (t ha - ) 4 3 observed simulated Year Parameter MAE (t ha - ) RRMSE (%) EF CRM CD Min.. -inf. -inf.. Max +inf. +inf.. +inf. +inf. Best..... Calculated value

11 Bibliografia Confalonieri, R., Mariani, L., Bocchi, S.,. Analysis and modelling of water and near water temperatures in flooded rice (Oryza sativa L.). Ecological Modelling, 83, Oke, T.R., 978. Boundary layer climates, Methuen & Co., London, 37 pp. Penman, H.L., 948. Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Proceedings of the Royal Society A93: -4. Uchijima, Z., 976. Microclimate of the rice crop. in Proceedings of the Symposium on Climate and Rice, IRRI.