Due anni di esperienza nella produzione di mappe fenologiche

Due anni di esperienza nella produzione di mappe fenologiche Luigi Mariani, David Facchinetti Università degli studi di Milano Dipartimento di Produzione Vegetale

L'antefatto

Perchè l'uso di mappe in fenologia Le fasi fenologiche sono variabili regionalizzate, possibile oggetto di indagine geotatistica Per rendere maggiormente fruibili prodotti di norma rilevati su singoli punti. Per giungere ad avere un'idea territoriale dei fenomeni, cogliendoli nella loro dimensione spaziale.

Il settore della cartografia fenologica Lunghissima tradizione (mappa di fioritura del lillà) Metodi - metodi manuali (a sentimento) - metodi automatici -> di norma si utilizza il legame esistente fra variabili fenologiche e variabili correlate (quota, esposizione, ecc.) Potere descrittivo: - microscala (singoli punti) - mesoscala (fenomeni / areali di dimensione dell'ordine dell'areale padano) - macroscala (grandi strutture atmosferiche)

Esempio di carta tracciata a sentimento fioritura del lillà (Siringa vulgaris) http://www.uwm.edu/dept/geography/npn/networks.html

Carte a sentimento - fioritura melo in Germania

Mappe fenologiche europee (IPG) 1961-98 http://www.agrar.hu-berlin.de/pflanzenbau/agrarmet/ipg_map.html Average beginning of growing season (=average leaf unfolding of Betula pubescens, Prunus avium, Sorbus aucuparia and Ribes alpinum). mean data: 23 April (s=5.8 d) min 09 April / 1990 max 03 May / 1970

Mappe fenologiche europee (IPG) 1961-98 http://www.agrar.hu-berlin.de/pflanzenbau/agrarmet/ipg_map.html Average end of growing season (=av. leaf fall of Betula pubescens, Prunus avium, Salix smithiana and Ribes alpinum). mean: 28 October (s=2.4 d) min 22 October / 1972 max 01 November / 1984

Esempi di mappe cronologiche per Bologna fonte: Anna Letizia Zanotti - Dipartimento Biologia Evoluzionistica Sperimentale Università di Bologna CARTA CRONOLOGICA MASSIMA FIORITURA DI CRATAEGUS MONOGYNA 1997 126 125 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 99 98 giorni giuliani Rappresentano il giorno di comparsa di una determinata fenofase di una specie

Esempi di mappe sinottiche per Bologna fonte: Anna Letizia Zanotti - Dipartimento Biologia Evoluzionistica Sperimentale Università di Bologna CARTA SINOTTICA DEL 16 APRILE 1999 DI ACER CAMPESTRE 6 5.5 5 4.5 4.2 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 FENOFASE Rappresentano la distribuzione delle fenofasi di una specie in un dato giorno

Potere descrittivo delle mappe fenologiche La fenologia risponde a tre tipi di effetti meteo-climatici: -effetti a microscala (es:bilancio energetico del singolo campo) -effetti a mesoscala (fenomeni / areali di dimensione dell'ordine dell'areale padano) -effetti a macroscala (grandi strutture atmosferiche)

Microscala singolo campo CANADA YOHO NATIONAL PARK - FIELD OF WHEAT NEAR DRUMHELLER http://www.giorgiozanetti.ca/rockies_2006/yoho_banff_2006/yoho_banff_album_2006.html

Mesoscala Fonte: Nasa

Macroscala > grandi areali

I macroclimi europei (Mariani e Failla, 2005) Clima oceanico (Cfb) Clima alpino Clima padano Clima mediterraneo (Csa)

Macroscala - discontinuità termica europea es: temperatura media primi 150 giorni dell anno a De Bilt Nl (1901-2000) (fonte: dataset ECAD) 1985 14.0 11.9 Con il 90% di probabilità la discontinuità ricade fra 1972 e 1992. Anno più probabile di discontinuità= 1985 (media 1901-1985=11.9; media 1986-2000=14.0) [analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

Macroscala - discontinuità termica europea es: Temperatura media a Bordeaux Merignac - Fr (1922-2005) (fonte: dataset ECAD) 1987 1987 14.2 12.5 Con il 99% di probabilità: discontinuità fra 1984 e 1989 -> Anno più probabile di discontinuità= 1987 (media 1922-87=12.5 media 1988-2005=14.2) [analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

Macroscala - discontinuità termica europea es: Temperatura media a Karlsruhe - D (1876-2000) (fonte: dataset ECAD) 1981 10.9 10.0 Con il 99% di probabilità: discontinuità fra 1984 e 1989 -> Anno più probabile di discontinuità= 1981 (media 1876-81=10.0 media 1982-2000=10.9) [analisi di discontinuità eseguita con la libreria statistica Struchange]

Macroscala - discontinuità termica europea es: cambiamento cliamtico di fine anni 80 in Veneto Yearly Maximum temperatures (average of 9 stations of the Veneto region) (breakpoint dropping with a confidence of 90% between 1990 and 1992; the most problable year of breakpoint is 1991). SOURCE: A. Chiaudani, A. Barbi, I.Delillo, G.Cacciatori, G.Tridello, A. Bonamano, M. Borin, G.Cola, L. Mariani, 2006. Analysis of a 49 years long agrometeorological historical data-sets for short term programming and multi-year planning of regional and local irrigation, Acts of the 6th European Conference on Applied Climatology. Ljubljana, Slovenia, 4 8 September 2006

Esempio di potere descrittivo a macroscala la discontinuità a macroscala europe degli anni '80 Serie 1901-2000 della data di fioritura del sambuco (Sambucus nigra) in Olanda (fonte: Van Vliet et al, 2002). 1985 Serie 1961-2000 inizio stagione vegetativa in Germania 1988

Esempio di potere descrittivo a macroscala la discontinuità a macroscala europe degli anni '80 Serie 1894-2001 inizio fioritura ciliegio a Liestal (CH) 1985 1950-2005 - germogliamento quercia Gran Bretagna 1987

The climatic change of the end of 80: Veneto (Italy) 1991 Date of Merlot Flowering (Conegliano Veneto) (breakpoint drops between 1987 and 1994 with a confidence of 90%; the most problable year of breakpoint is 1991).

Il progetto IPHEN

Progetto Mappe Fenologiche Nazionali Scopo: produzione e diffusione di mappe fenologiche -> concordato nel seminario di fenologia di Roma del 14 e 15 dicembre 2005, tenutosi presso CRA-UCEA. Partecipanti: Università, CNR, servizi agrometeorologici regionali e provinciali, ecc. Prodotto principale: Mappe nella scala BBCH riferite a: - due varietà di vite (Cabernet Sauvignon e Chardonnay); - una specie spontanea (Sambucus nigra). Si tratta di mappe prototipali a diffusione quindicinale inviate ai partecipanti e divulgate da UCEA (www.ucea.it)

Modalità rilevamento vite B.1 Acquisizione dei dati fenologici per la vite I dati, acquisiti localmente in 1-2 siti per rilevatore, saranno rilevati su dieci piante rappresentative del vigneto. Le varietà di vite prescelte sono Cabernet sauvignon e Chardonnay. Il vigneto dovrà essere scelto in modo tale da risultare rappresentativo: - di condizioni colturali ordinarie (in termini di forma di allevamento e di conduzione) - di areali relativamente ampi, escludendo dunque colture collocate in aree che presentano effetti microclimatici troppo spiccati. Prima dell avvio della campagna il rilevatore dovrà comunicare le informazioni di cui alla seguente scheda iniziale: Scheda Iniziale Vite da compilare a inizio stagione e trasmettere a luigi.mariani@unimi.it Località, comune, provincia, azienda Altitudine Pendenza Esposizione Varietà Coordinate (possibilmente geografiche*), (*)indicare se in gradi sessagesimali o sessadecimali I dati da rilevare settimanalmente saranno invece riportati nella seguente scheda: Scheda Settimanale Vite da compilare settimanalmente e trasmettere a luigi.mariani@unimi.it Rilevatore stazione data di rilievo pianta 1 fenofase aspetto note note generali 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Istruzioni per la compilazione I rilievi fenologici saranno eseguiti sui singoli individui con la scala BBCH: indicare la fase fenologica più avanzata presente in oltre il 10% degli organi delle piante valutate. Qualora il rilevatore fosse impossibilitato a trasmettere i dati riferiti alle singole piante è pregato di inviare almeno i dati di sintesi (media dei 10 individui). aspetto: si riferisce ad un giudizio generale sullo stato vegetativo dell individuo rilevato. Utilizzare le classi ottimo, normale, scadente. note: segnalare eventi che possano aver alterato il normale sviluppo fenologico della singola pianta (patologie, interventi agronomici, ecc.) note generali: segnalare eventi che possano aver alterato il normale sviluppo fenologico nella zona (ad es. gelate, siccità prolungata).

Modalità rilevamento sambuco B.2 Acquisizione dei dati fenologici per il Sambuco I dati, acquisiti localmente, in 1-2 siti per rilevatore, saranno rilevati su un numero di individui sufficientemente rappresentativi (almeno 10 individui). La località di rilevazione dovrà essere scelta in modo tale da risultare rappresentativa di: - condizioni ordinarie in termini fitosociologici, pedologici, di disponibilità idrica e di nutrienti; - area di rilievo relativamente ampia, escludendo dunque popolazioni collocate in zone che presentano effetti microclimatici troppo spiccati. Si suggerisce di adottare criteri analoghi a quelli adottati per la scelta del sito per l installazione di stazioni meteorologiche sinottiche. Scheda Iniziale Per Sambucus Nigra da compilare a inizio stagione e trasmettere a luigi.mariani@unimi.it rilevatore sigla stazione * località, comune e provincia Habitat ** altitudine pendenza esposizione varietà Coordinate*** (*)indicare se in gradi sessagesimali o sessadecimali Istruzioni per la compilazione (*) Sigla comprendente la sigla della provincia: ad es. Bologna-giardini Margherita: BO2) (**) ad es. siepe tra i campi, margine di bosco, boscaglia ripariale, parco pubblico) (***) coordinate (possibilmente geografiche, indicando se sessagesimali o sessadecimali) Scheda Settimanale Per Sambucus Nigra da compilare settimanalmente e trasmettere a luigi.mariani@unimi.it rilevatore stazione data di rilievo pianta 1 2 3 4 5 6 fenofase aspetto note* note generali** 7 8 9 10 Istruzioni per la compilazione I rilievi fenologici dovranno essere eseguiti sui singoli individui con la scala BBCH, indicando la fase fenologica più avanzata presente in oltre il 10% degli organi della pianta Qualora il rilevatore fosse impossibilitato a trasmettere i dati riferiti alle singole piante è pregato di inviare almeno i dati sintesi (media dei 10 individui). aspetto: si riferisce ad un giudizio generale sullo stato vegetativo dell individuo rilevato. Utilizzare le classi ottimo, normale, scadente. note: segnalare eventi che possano aver alterato il normale sviluppo fenologico della singola pianta (patologie, interventi di potatura o altro) note generali: segnalare eventi che possano aver alterato il normale sviluppo fenologico nella zona (ad es. gelate, siccità prolungata)

Progetto IPHEN Vite Sambuco

Progetto IPHEN specifiche Parsimonia (in termini di variabili di input) Parametrizzazione minimale (in ragione della ridotta disponibilità di serie storiche fenologiche su vite e sambuco) Robustezza (output producibile anche con dati incompleti) Flessibilità (adattamento ad un vasto set di specie e cv) Risoluzione (capacità di descrivere fenomeni a mesoscala) -> Scelta caduta su: 1. modello empirico molto semplice 2. DTM con pixel di 2x2 km 3. passo temporale di 10 giorni 4. correzione dell'errore per mezzo dei dati prodotti dai rilevatori

Progetto IPHEN sviluppo Standard Pascal in ambiente Delphi. Sistema che automatizza la gestione dei dati meteorologici, la produzione di strati informativi, il confronto fra strati misurati e strati simulati, ecc.

descrittore del tempo biologico Il cuore del modello è il simulatore del tempo biologico, reso come tempo termico - ore normali di caldo (NHH), un analogo delle Chill Units.

Standard fenologico adottato per IPHEN scale -> BBCH (internazionalmente accettasta Adatta per tutte le faanerogam In totale 100 fasi (0-100) 32

Chardonnay e Cabernet S.: NHH da inizio anno (valori di riferimento per alcune stazioni italiane - periodo 1961-90) Cultivar Chardonnay Cabernet Sauvignon Location Cagliari Sigonella Firenze Ronchi Bergamo Cagliari Sigonella Firenze Ronchi Bergamo Latitude ( ) 39 37 44 45 45 39 37 44 45 45 Sprouting (BBCH 8) 336 335 258 175 121 401 400 323 240 186 Phenological phase Flowering Veraison (BBCH 65) (BBCH 81) 894 2053 885 1868 890 1906 810 1906 764 1829 1005 2068 1004 2067 927 1990 844 1907 790 1853 Ripening (BBCH 89) 2899 2349 2549 2506 2521 2966 2965 2888 2805 2751

Dati termici Provengono da 82 stazioni meteorologiche automatiche delle reti Ucea-ran e SMAM. Stazione Ucea di Potenza Picena

From hourly temperatures to NHH map NHH map was obtained from hourly temperatures by means of a generalised response function (a beta function - Wang and Engel, 1998), that normalise to a 0-1 range: fvn(t) = [2(T-Tmin)a (Topt-Tmin) a (T Tmin) fvn(t) = 0 per T<Tmin or T>Tmax ove a=ln[2/ln((tmax-tmin)/(topt-tmin))] Parameters (cardinal temperatures): - Tmin = 7 C and Tmax = 35 C - Topt = 26 C 2a ]/(Topt-Tmin)2a per Tmin<=T<=Tmax

From NHH map to the first guess field From the maps of NHH cumulated from the beginning of the year, the first guess field of BBCH stages is produced, by means of some empirical functions obtained from historical meteorological and phenological data (a time serie 1987-1990 from Calò A. et al. 1997): Cabernet Sauvignon: BBCH= (-1.0187*lat + 78.757)*Ln(NHH) + 8.2296*lat - 537.67 Chardonnay: BBCH= (-1.2888*lat + 88.02)*Ln(NHH) + 9.8554*lat - 587.34 (lat=latitude in geogr. Coord.)

Spatializzazione temperature I dati delle 82 stazioni sono: 1. mediati su decadi 2. spazializzati con medie pesate applicate a dati in precedenza omogeneizzati per altezza ed esposizione > risultato=mappe di Tx,Tn per la decade, con pixel di 2 km. Temperature medie orarie di ogni decade stimate applicando l'algoritmo di Parton & Logan (1981) alle Tx,Tn di ogni cella.

Esempio Cabernet S. - 30 luglio 2006 NHH cumulate -> first guess f. - error f. = final field

31 Marzo 2006 Cabernet S. Chardonnay

20 aprile 2006 Cabernet S. Chardonnay

31 luglio 2006 Cabernet S. Chardonnay

Sambucus nigra fase riproduttiva 20 aprile 2006

30 maggio 2007 Cabernet S. Chardonnay

14 giugno 2007 Cabernet S. Chardonnay

Sambucus nigra fase riproduttiva 30 maggio 2007

Sambucus nigra fase riproduttiva 14 giugno 2007

Considerazioni dall'analisi delle mappe Emergono vari effetti fra cui: - effetto latitudinale - effetto dell'orografia - effetto Tirreno (area tirrenica più calda di quella adriatica alla stessa latitudine) - alcune significative eccezioni legate alle anomalie climatiche

IPHEN - analisi dei risultati 2006 Mod. delay Mod. anticipate

IPHEN - analisi dei risultati 2007

IPHEN - analisi dei risultati 2007

Prospettive

Principali linee di sviluppo - estensione dell'applicazione a specie allergeniche - run del modello in previsione

Cupressus sempervirens L. http://pms.wikipedia.org/wiki/cu pressus_sempervirens

Principali linee di sviluppo - estensione dell'applicazione a specie allergeniche - run del modello in previsione

Cupressus sempervirens L. Torrigiani Malaspina, T., Cecchi, L., Morabito, M., Onorari, M., Domeneghetti, M.P., Orlandini, S., 2007. Influence of Meteorological Conditions on Male Flower Phenology of Cupressus Sempervirens and Correlation with Pollen Production in Florence. Trees, 21(5), 507-514 The values of GGD index with threshold of 0 C needed from 1 October to reach the starting (SD) and ending (ED) of Cup MPS result respectively 1386 C and 1580 C.

Inizio (SD) e fine (ED) della fioritura maschile in C. sempervirens per alcune località toscane stimate con il modello (n giorni da 1 ottobre)

Run previsonale del modello - utilizzando previsoni a medio termine - utilizzando scenari stagionali a 2-4 mesi

Partecipanti al progetto IPHEN Regione / provincia Lombardia Emilia Romagna Veneto Trentino Toscana Liguria Lazio Puglia Basilicata Calabria Sardegna Ente Partecipante Università degli Studi di Milano / Università Cattolica Piacenza Università Cattolica Piacenza Università degli Studi di Bologna / ARPA Sim / Provincia di Piacenza Università degli Studi di Padova / Cra Ist.Sper.Viticoltura Conegliano / ARPA Ist. Agrario S.Michele all Adige Cnr Ibimet / Università degli Studi di Firenze Regione Liguria Cra Ucea Consorzio Difesa Brindisi Alsia Arssa SAR Sardegna

FINE