Il recupero della serie delle osservazioni meteorologiche di Cavalese dagli archivi del Convento dei Padri Francescani.

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1 Rovereto, Sala Conferenze del Museo Civico 21 Aprile 2017 Che tempo che faceva Il recupero della serie delle osservazioni meteorologiche di Cavalese dagli archivi del Convento dei Padri Francescani Roberto Ranzi Università degli Studi di Brescia, DICATAM Ringraziamenti: Convento dei Padri Francescani di Cavalese Biblioteca del Convento di S. Bernardino, Trento Dott. Marco Colombo, Tesi di Laurea, Università di Brescia, 2016 Dott. Emanuele Eccel, Fondazione Mach-progetto ASTRO Università degli studi di Brescia: MURST 60% Impatto dei cambiamenti climatici e antropici sul ciclo idrologico

2 Introduzione In questo studio è stata ricostruita ed analizzata la serie delle precipitazioni giornaliere misurate presso l Osservatorio del Convento dei Padri Francescani di Cavalese a partire dal 1882 fino al La stazione meteorologica di Cavalese divenne operativa dall aprile del 1882, presso il Convento dei frati francescani. Fu la prima stazione della valle e una delle prime del Trentino. Documenti storici dimostrano che non è stata spostata dall orto del convento e inoltre tale area ha sempre mantenuto le caratteristiche di zone agricola ed è rimasta pressoché inalterata nel tempo. Preposti alla raccolta di dati, erano gli stessi frati che vivevano nel convento. A partire dal 1991, la provincia di Trento decise di costruire una stazione automatica di rilevamento, ma la vecchia stazione è stata mantenuta in funzione fino al 2006, anche per garantire la continuità del rilevamento in caso di malfunzionamento della centrale automatica. 2

3 Fonti utilizzate I dati delle precipitazioni giornaliere utilizzati per la ricostruzione e l analisi statistica provengono dalle seguenti fonti: dall aprile del 1882 a dicembre del 1918 dagli annuari dell osservatorio meteorologico di Cavalese. da gennaio 1919 a dicembre 1988 la fonte sono stati gli Annali Idrologici del Servizio Idrografico (nazionale e dal 1975 provinciale). Dal 1989 al dicembre del 2011 la fonte è la Provincia autonoma di Trento tramite Emanuele Eccel della Fondazione Edmund Mach di San Michele dell Adige. Inoltre, causa la mancanza di alcuni dati dagli annuari meteorologici del convento (agosto 1896 e agosto del 1900), sono stati utilizzati anche gli Annali Idrologici dell Ufficio idrografico Austriaco, anche se questi ultimi indicavano solo la somma della precipitazione mensile e non quella giornaliera. Esiste uno studio di Tarolli, Rea, Zardi sulle precipitazioni mensili, risultato del progetto Interreg Foralps ed edito da Meteotrentino relativamente al periodo , ma gli Autori contattati non furono in grado di recuperare le trascrizioni digitali degli Annali di Cavalese 3

4 Indici climatici di precipitazione RD Numero di giorni piovosi ( P 1 mm ) CDD Giorni non piovosi consecutivi ( P 1 mm ) CWD Giorni piovosi consecutivi SDII Intensità di pioggia R20 Numero di giorni con P 20 mm RX1day Massima precipitazione giornaliera RX5day Massima precipitazione in 5 giorni consecutivi R95p Precipitazione annuale intensa R99p Precipitazione annuale molto intensa 4

5 Gli Annali meteorologici di Cavalese altitudine dichiarata 1042 m s.l.m. 5

6 Il primo annale dell aprile 1882 Misure Barometriche (barometro Fortin matr. 1740), Termometriche (bulbo asciutto e 6 bagnato), Tacogonioanemometriche, osservazioni sullo stato del cielo, pluviometriche (con la neve non fusa) alle ore 7 antimeridiane, alle ore 2 e 9 pomeridiane

7 L annale del novembre

8 Direttore: Fra Fedele almeno dal 1906 fino a oltre il

9 Analisi degli indici climatici di precipitazione La serie delle precipitazioni giornaliere di Cavalese disponibile inizia dall aprile del 1882 fino a dicembre Non essendo disponibili i valori antecedenti al mese di aprile dell anno 1882, il valore dell indice RD (numero di giorni piovosi in un anno) è stato calcolato a partire dall anno In ogni grafico è stato riportato il valore dell indice calcolato annualmente, la media mobile a 5 anni (linea rossa) e la retta di regressione (linea bianca). La retta di regressione è stata riportata sul grafico solo quando il trend risulta significativo con α 0,05). Inoltre, per ogni indice, nel periodo , è stato riportato il valore massimo, il valore minimo, la media, la deviazione standard, la pendenza e l intercetta della retta di regressione e l errore standard della pendenza e dell intercetta della retta da regressione (l intercetta è stata calcolata all anno zero). Successivamente, sono stati analizzati i seguenti dieci trentenni ( , , , , , , , , , ) 9

10 Analisi degli indici nel periodo Indice Valore massimo Valore minimo Media Deviazione standard (±) Pendenza RD * (n giorni > 1mm) CDD (n giorni non piovosi cons.) CWD (n giorni piovosi cons.) ,06 11,93-0,0818 (± 0,0275) ,68 13,19 0,0233 (± 0,0310) ,65 1,99-0,0106 (± 0,0046) SDII (mm/d) 11,79 6,46 8,78 1,16-0,0025 (± 0,0027) R20 (n giorni) ,59 3,36-0,0060 (± 0,0079) RX1day (mm) 116,80 23,80 49,68 15,66 0,0040 (± 0,0369) RX5day (mm) 220,30 47,20 89,43 27,37-0,0145 (± 0,0645) R95p (mm) 469,70 0,00 173,48 96,98-0,1136 (± 0,2282) R99p (mm) 251,00 0,00 36,18 51,13 0,0180 (± 0,1204) 10

11 Giorni RD RD Media mobile a 5 anni Lineare Lineare ( RD) y = -0,0818x + 100, Anni Grafico dell indice RD (n giorni piovosi) dal 1883 al

12 PRECIPITAZIONE [mm] Precipitazioni annuali Lineare Lineare Media mobile a 5 anni Lineare ( Precipitazione annua) y = -0,8715x + 889, anni 12

13 Precipitazioni annuali e stagionali dal 1882 al 2011 Valore massimo [mm] Valore minimo [mm] Media [mm] Deviazione standard [± mm] Pendenza [mm/anno] Totale annuo * 1216,60 554,70 832,52 152,43-0,8715 (± 0,3549) Inverno * 374,70 12,90 108,97 62,04-0,1783 (± 0,1470) Primavera * 445,70 76,00 200,93 66,41-0,3933 (± 0,1543) Estate 512,80 137,60 296,55 66,63-0,1882 (± 0,1561) Autunno 577,70 70,50 228,61 97,25-0,2027 (± 0,2283) * La precipitazione annua e le precipitazioni stagionali di inverno e primavera iniziano dal

14 Precipitazioni mensili dal 1882 al 2011 Valore massimo [mm] Valore minimo [mm] Media [mm] Deviazione standard [± mm] Pendenza [mm/anno] Gennaio * 200,70 0,00 32,23 32,33-0,0521 (± 0,0769) Febbraio * 167,20 0,00 34,16 35,44-0,1156 (± 0,0838) Marzo * 220,60 0,00 47,40 41,95-0,1748 (± 0,0988) Aprile 188,00 2,80 62,27 36,22-0,0996 (± 0,0848) Maggio 227,40 3,60 90,93 39,74-0,0984 (± 0,0932) Giugno 202,40 28,40 99,72 37,08-0,0537 (± 0,0872) Luglio 217,00 29,80 102,98 34,27-0,1067 (± 0,080) Agosto 257,80 13,40 93,85 40,15-0,0278 (± 0,0945) Settembre 318,70 4,40 78,73 50,25-0,1536 (± 0,1176) Ottobre 298,40 0,80 83,96 62,63-0,1412 (± 0,1470) Novembre 307,00 0,00 65,92 53,45 0,0921 (± 0,1256) Dicembre 146,00 0,30 42,38 34,13-0,0196 (± 0,080) * Le precipitazioni di gennaio, febbraio e marzo iniziano dal

15 Precipitazione [mm] Precipitazioni giornaliere massime annuali RX RX1 day Massima precipitazione giornaliera [RX1 day] Media mobile a 5 anni Anni 15

16 Frequenza delle precipitazioni nel periodo Totale annuo * ,20 % 14,73 % 26,36 % 22,48 % 17,05 % 7,75 % 4,65 % 1,55 % Inverno * 52,71 % 36,43 % 10,08 % 0,78 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % Primavera * 3,10 % 51,94 % 36,43 % 6,98 % 1,55 % 0,00 % 0,00 % Estate 0,00 % 6,92 % 47,69 % 39,23 % 5,38 % 0,77 % 0,00 % Autunno 7,69 % 30,77 % 40,77 % 14,62 % 4,62 % 1,54 % 0,00 % Frequenza degli indici RX1day e RX5day RX1day 3,86 % 26,15 % 32,31 % 16,15 % 13,85 % 3,85 % 1,54 % 0,00 % 1,54 % 0,76 % RX5day 10,77 % 46,92 % 29,23% 10,00% 2,31 % 0,00 % 0,77 % * Le precipitazioni annuali, invernali e primaverili iniziano dal

17 Distribuzione di Gumbel delle precipitazioni giornaliere massime annuali Tempi di ritorno T [anni] h (mm)

18 Test statistici per i trend Test F ad una coda MS reg SS 1 reg F reg MS reg MSE SSE MSE n 2 Dove SS reg è la somma dei quadrati della regressione, mentre 1 sono i gradi di libertà. Dove SSE è la somma dei quadrati residui, mentre n-2 sono i gradi di libertà. n 2 n SS yˆ y 2 SSE ˆ y ŷ i reg i1 i Media Corrisponde al valore della retta di regressione nel punto x i y i i1 y i y i Corrisponde al valore della serie ad ogni x i 18

19 Mann Kendall Applicato al totale annuo e RX1day S T 1 T k1 jk1 sgn X j X k Sgn(x)=1 se X > 0, sgn(x) = 0 se X = 0, sgn(x) = -1 se X < 0 e T è la numerosità. Operativamente, il test è condotto sulla statistica Z dove: S 1 S 1 Z MK per S 0 0,5,5 V S Z Z MK 0 per S 0 MK V S per S 0 0 V S T T 2T 5 1 i1 18 g n i n 1 2n 5 i 18 i 19

20 Test di Spearman Applicato al totale annuo e RX1day Il calcolo del coefficiente di correlazione di Spearman ρs, analogamente al test di Mann - Kendall, è basato sui ranghi, ossia sugli indici che denotano le posizioni occupate dalla osservazioni nel campione ordinato (in modo crescente o decrescente). Date due serie di osservazioni x t e y t, con t = 1,, T, definendo i rispettivi ranghi con r xt e r yt, il coefficiente di correlazione di Spearman è dato dall espressione: s 1 6 T t1 T r 3 xt r T yt 2 Operativamente, il test è condotto sulla statistica Z dove: Z sr V s D V D 1 T 1 20

21 Stimatore Theil Sen Applicato al totale annuo e RX1day La pendenza è stata calcolata mediante il metodo dei minimi quadrati. Si può calcolare la pendenza mediante lo stimatore non parametrico Theil - Sen (TS). Rispetto al metodo dei minimi quadrati lo stimatore TS è più robusto in presenza di valori anomali ma ha un errore standard maggiore. Pendenza ˆ mediana Sij, 1 i j n Intercetta A,..., An Ai Y ˆ i xi ˆ mediana 1 S ij ˆ 1 S k Y x j j Y i x i, N dispari N 2k 1 dove S ij indica le N = n(n-1) pendenze individuali di Y i e Y j della serie 1 ˆ A k, N dispari N 2k 1 ˆ S k k1 S 2, N pari N 2k ˆ A k k1 A 2, N pari N 2k 21

22 Esito dei test non parametrici per le precipitazioni annuali e massime giornaliere 22

23 Tropicalizzazione delle precipitazioni estreme? 23

24 Conclusioni Analizzando gli indici di precipitazione, si nota che l indice di precipitazione RD (numero di giorni piovosi P 1 mm) e l indice CWD (numero massimo di giorni piovosi) hanno un trend significativo, negativo, in tutto il periodo di osservazione dal 1882 al Abbiamo inoltre un trend negativo per l indice RX1day (massima precipitazione giornaliera) pari a -1,1919 mm a -1 nel trentennio e un trend negativo per l indice R95p (somma delle precipitazione superiori al 95-esimo percentile del trentennio di riferimento ) nel trentennio pari a -4,4511 mm a -1. Per quanto riguarda le precipitazioni stagionali e annuali, si osservano trend significativi, negativi, nell intero periodo di osservazione solo per la precipitazione primaverile (-0.4 mm a -1 ) e, anche applicando i test di Mann-Kendall, Spearman e Theil-Sen, per quella annuale (-0.8 mm a -1 ). E archiviata nella Biblioteca di S.Michele all Adige e dell Università di Brescia una copia degli annali meteorologici del Convento dei Padri Francescani di Cavalese stampata su 6.5 kg di carta di buona qualità. 24

25 Grazie per l attenzione ma, soprattutto, grazie ai Padri Francescani che hanno raccolto e registrato i dati per oltre 120 anni 25

26 Conclusioni Inoltre le precipitazioni primaverili hanno anche un trend negativo pari a -2,8936 (± 1,2640) mm/anno nel trentennio , mentre quelle annuali hanno un trend positivo pari a 7,588 (± 2,6357) mm/anno nel trentennio mentre un trend negativo pari a -8,1974 (± 2,6860) nel trentennio Le precipitazioni estive hanno un trend positivo pari a 3,3744 (± 1,4274) mm/anno nel trentennio e un trend negativo pari a -2,8300 (± 1,2552) mm/anno nel trentennio Infine nel c è un trend positivo di 3,5589 (± 1,5725) mm/anno delle precipitazioni autunnali. Gennaio, marzo, luglio, agosto, settembre e ottobre non hanno mai avuto trend significativi in tutti i periodi di osservazione. Troviamo invece un trend negativo di -1,8048 (± 0,7604) mm/anno di febbraio nel trentennio In aprile si riscontra un trend positivo di 1,9777 (± 0,7755) mm/anno nel trentennio e un trend negativo di -2,0101 (± 0,8053) mm/anno nel trentennio In maggio si riscontra un trend negativo di -2,1290 (± 0,9654) mm/anno nel trentennio e un altro trend negativo di -1,7315 (± 0,4968) mm/anno nel trentennio In giugno si osservano due trend positivi di 1,4696 (± 0,5872) mm/anno e di 1,5392 (± 0,699) mm/anno rispettivamente nei trentenni e Novembre ha un trend positivo di 2,4467 (± 0,8295) mm/anno nel trentennio e un trend negativo di -2,5502 (± 0,8960) mm/anno nel periodo Infine il mese di Dicembre ha solo un trend positivo rilevante che è pari a 1,6795 (± 0,7867) mm/anno che si verifica nel periodo

27 Analisi delle precipitazioni mensili Per ogni precipitazione annuale, stagionale e mensile è presente un istogramma sul quale è stato riportato il valore della precipitazione la mobile a 5 anni (linea rossa) e la retta di regressione (linea gialla). La retta di regressione è stata riportata sul grafico solo quando il trend risulta significativo con α 0,05. Inoltre, nel periodo , è stato riportato il valore massimo, il valore minimo, la media, la deviazione standard, la pendenza e l intercetta della retta di regressione e l errore standard della pendenza della retta di regressione e dell intercetta. Successivamente, si sono presi in considerazione dieci trentenni ( , , , , , , , , , ) per i quali sono stati calcolati i valori della media della precipitazione mensile nei trent anni, la deviazione standard, la pendenza e l intercetta della retta di regressione e l errore standard della pendenza della retta di regressione e dell intercetta. 27