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Cambiamento Climatico influenzi anche la qualità dell’acqua, provocando
variazioni fisico-chimiche, biologiche e idro-morfologiche.
In particolare, l’area del Mediterraneo ha sofferto a causa del deficit idrico
strutturale degli ultimi 20 anni che ha spinto gli individui, i governi locali e le
comunità internazionali a prendere misure di emergenza (CEDEX, 2000). Oggi,
circa il 30% dell’acqua dolce estratta in Europa è utilizzata per scopi agricoli, in
particolare per l’irrigazione (Florke ed Alcamo, 2005). Anche se l’acqua di fiume
sta qualitativamente migliorando in più Paesi europei (Nixon et al., 2003),
l’impatto dell’agricoltura sulle risorse idriche in Europa ha bisogno di essere
ridotto se il ‘buono stato ecologico’ delle acque di superficie e sotterranee deve
essere raggiunto come richiesto dalla Direttiva Quadro sulle Acque dell’Unione
Europea (Direttiva 2000/60/CE).
Sul settore agricolo, il Cambiamento Climatico può essere affrontato da due
punti di vista: uno riguarda gli impatti dell’attività agricola sul clima, mentre
l’altro concerne gli interventi di difesa che gli agricoltori possono mettere in atto
per far fronte agli effetti dei Cambiamenti Climatici, con adattamenti a corto o a
lungo termine. In merito agli impatti sul clima causati dal settore agricolo, un
aumento delle temperature potrebbe causare un’accelerazione della
decomposizione della sostanza organica, con una conseguente tendenza alla
diminuzione da parte del Carbonio Organico nel Suolo e all’incremento delle
emissioni di gas ad effetto serra (Smith et al., 2005).
Per quanto concerne gli interventi di difesa che gli agricoltori possono
mettere in atto per far fronte agli effetti dei Cambiamenti Climatici, le strategie
economiche e agronomiche avranno un ruolo rilevante per ridurre le perdite o
accentuare i guadagni. Mentre le strategie economiche prevedono di ridurre i costi
agricoli, in funzione delle variazioni che potrebbero verificarsi a carico delle
produzioni, le strategie agronomiche prevedono di evitare totalmente o
parzialmente la riduzione delle produzioni agricole. Vi sono, innanzitutto,
aggiustamenti agronomici a corto termine, che rappresentano i primi interventi di
difesa contro gli effetti dei Cambiamenti Climatici. Essi prevedono di ottimizzare
la produzione con variazioni minime, in termini di costi, del sistema agricolo,
- 3 -
attraverso modifiche della gestione dei sistemi colturali e della conservazione
dell’umidità del suolo. Verranno poi adattamenti a lungo termine, con interventi
che prevedono di ovviare alle avversità determinate dai Cambiamenti Climatici
attraverso modifiche strutturali del sistema produttivo agricolo.
Il Cambiamento Climatico in corso, quindi, rappresenta un’importante fonte
di rischio per l’agricoltore. Infatti, la caratteristica principale dell’attività agricola,
ossia quella di svolgersi ‘a cielo aperto’, la rende particolarmente legata agli
andamenti climatici stagionali, come temperatura e piovosità, che a loro volta
influenzano la disponibilità di altri fattori, come quella di acqua per l’irrigazione.
Lo scopo di questa tesi è, appunto, quello di valutare l’impatto dei
Cambiamenti Climatici sulle principali componenti climatiche (precipitazioni e
temperature) e di analizzare gli effetti dell’incertezza sul settore agricolo in
termini di variazioni di redditività, di colture praticate e di utilizzo dei fattori
produttivi. Tale incertezza, scaturisce dall’impatto dei Cambiamenti Climatici
sulla disponibilità di acqua per gli agricoltori.
L’area oggetto del presente studio è localizzata nella Nurra sarda, un
territorio situato nel nord-ovest della Sardegna, in corrispondenza del bacino
idrografico del Cuga. La Sardegna, per la sua peculiare posizione geografica ed a
causa di eventi climatici estremi quali siccità ed alluvioni, soffre di una scarsa
disponibilità di risorse idriche, tanto da farla annoverare tra le regioni più aride del
Mediterraneo (Dono et al., 2008).
Per valutare l’impatto dei Cambiamenti Climatici sulle principali
componenti climatiche si analizzeranno le serie storiche di precipitazione e
temperatura media. In particolare, si esaminerà l’evoluzione di lungo periodo e la
variabilità dei fenomeni, per osservare se è presente un andamento generale delle
serie e per evidenziarne un eventuale incremento di variabilità nel corso del
tempo, in quanto si potrebbe avere un trend costante ma con fenomeni più
variabili.
Per analizzare gli effetti dell’incertezza sul settore agricolo causati
dall’impatto dei Cambiamenti Climatici sulla quantità di risorsa idrica fornita dal
Consorzio agli agricoltori nel corso della campagna irrigua, si applicherà un
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modello di Programmazione Stocastica Discreta (PSD). L’importanza attribuita
alla PSD risiede, oltre che nella sua flessibilità nel gestire eventi rischiosi,
soprattutto nel permettere di considerare un processo decisionale a più stadi e più
stati, quale quello che può interessare il settore agricolo. Infatti, generalmente la
gestione dell’attività agricola richiede che alcune decisioni vengano prese quando
le conseguenze o i risultati di queste decisioni non possono essere conosciuti con
certezza. Quindi, molti problemi di gestione in ambito agricolo possono essere
convenientemente affrontati in termini di teoria delle decisioni, considerando
come gli agricoltori specificano le possibili azioni, gli stati della natura, la
probabilità di ciascuno di questi stati, le conseguenze delle varie azioni e la
funzione di utilità da ottimizzare. Un modello di PSD, rispetto ad un modello di
Programmazione Lineare, permette, quindi, di considerare vari scenari di
disponibilità di acqua per il settore agricolo e di esplicitare i risultati per ciascuno
di essi. Dato che oggi ogni scenario può verificarsi con una certa probabilità, la
situazione attuale può essere identificata come la loro media, pesata per la relativa
probabilità di verificarsi. L’effetto dei Cambiamenti Climatici viene analizzato
confrontando lo scenario attuale così identificato, con quello di scarsa
disponibilità di acqua, in quanto è verso quest’ultimo che spinge la tendenza delle
componenti climatiche.
La tesi è suddivisa in sei capitoli.
Nel primo capitolo, dopo aver definito la nozione di Cambiamento
Climatico, ne verranno analizzati gli impatti sulle precipitazioni, sulle
temperature, sulla risorsa idrica, sul settore agricolo e su aspetti socio-economici.
Nello specifico, ci si soffermerà sui cambiamenti in atto, sulle loro conseguenze e
su quali strategie intraprendere affinché gli impatti dei Cambiamenti Climatici
possano risultare, nel lungo termine, ancora prevedibili e, soprattutto, sostenibili,
sia dal punto di vista ambientale che economico. L’analisi verrà condotta sia a
livello generale, sia a livello europeo, con particolare riguardo all’area del bacino
del Mediterraneo, che italiano, cercando anche di evidenziare gli strumenti
normativi con i quali si sta cercando di intervenire.
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Il secondo capitolo è dedicato alla presentazione degli aspetti teorici alla
base dei modelli di analisi delle decisioni in condizioni di rischio e di studio del
comportamento e delle decisioni economiche in condizioni di incertezza,
soffermandosi, in particolare, sulla Programmazione Stocastica Discreta. Questa
specificazione sarà usata per analizzare gli effetti dell’incertezza sul settore
agricolo causati dall’impatto dei Cambiamenti Climatici sulla quantità di risorsa
idrica disponibile per gli agricoltori. Dopo una breve rassegna delle principali
applicazioni presenti in letteratura, si passerà alla specificazione del modello in
ambito agricolo. A tal proposito, si mostrerà in che modo si identificheranno gli
stadi, gli stati della natura e la probabilità di verificarsi di ciascuno di essi. In
merito a quest’ultimo aspetto, si presenterà un approccio statistico basato
sull’utilizzo di una funzione di densità della disponibilità di acqua.
Il terzo capitolo introduce la parte applicativa dell’analisi, esaminando le
principali caratteristiche strutturali, socio-economiche ed ambientali dell’area
oggetto di studio. In particolare, si analizzeranno le caratteristiche dell’agricoltura
della Nurra su cui si sono specificati gli aspetti basilari del modello utilizzato.
Questa analisi permetterà di delimitare l’area riprodotta dal modello, che include
il bacino idrografico del Cuga e alcune zone esterne al bacino ma incluse nel
Consorzio, che usano quindi la principale risorsa idrica della zona. Quindi, si
descrive il sistema idrografico Temo-Cuga che, con la rete del Consorzio,
permette la gran parte dell’irrigazione. Dell’agricoltura della Nurra si descrivono
poi le tipologie aziendali, evidenziando, tra l’altro, la possibilità di alcune di esse
di ricorrere a pozzi aziendali per integrare o sostituire l’acqua consortile.
Nel quarto capitolo si analizzano alcune delle principali componenti
climatiche dell’area oggetto di studio. In particolare, si considerano le serie di
precipitazione e temperatura media per osservare, da una parte, l’andamento
generale delle serie e, dall’altra, la variabilità dei fenomeni. Alla luce di quanto
emerso, si cercherà, inoltre, di fornire alcune indicazioni in merito all’andamento
della disponibilità di acqua a livello di bacino e di quella fornita dal Consorzio nei
vari anni.
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Nel quinto capitolo si presentano gli aspetti tecnici dell’analisi sui legami tra
le componenti climatiche e le disponibilità idriche per l’irrigazione nella diga del
Cuga. Inoltre, si mostrano i risultati ottenuti stimando la funzione di densità della
disponibilità di acqua a livello di bacino. Sulla base di questa funzione si
ricaveranno i valori di probabilità di ciascuno stato della natura. Dall’analisi della
serie dei dati di disponibilità di risorsa idrica a livello di bacino, quindi, si valuterà
la disponibilità di acqua a livello di Consorzio per ciascuno scenario. A questo
punto si implementerà il modello di Programmazione Stocastica Discreta, di cui
verranno descritti nel dettaglio le variabili, la funzione obiettivo ed i vincoli,
raggruppati per categorie omogenee.
Nel sesto capitolo, dopo aver verificato che il modello di Programmazione
Stocastica Discreta riesce a riprodurre l’uso del suolo nel 2004 (anno di
riferimento), si presentano e si discutono i risultati del modello. Quest’ultimi,
riguardano gli effetti dell’incertezza sul settore agricolo, in termini di variazioni di
redditività, di colture praticate e di utilizzo dei fattori produttivi. Tale incertezza
scaturisce dall’impatto dei Cambiamenti Climatici sulla disponibilità di acqua per
gli agricoltori. L’analisi è condotta a livello di intera area e di area consortile.
Quest’ultima dispone di risorse idriche a scopo irriguo distribuite dalla rete, a
differenza dell’area extra-consortile che non dispone di tali risorse. E’ su tale area
che gli effetti della minore possibilità d’impiego di acqua per l’irrigazione sono
più marcati, poiché l’area extra-consortile può reperire acqua solamente dai pozzi
aziendali, la cui disponibilità non è, in questa analisi, soggetta ad aleatorietà.
Il lavoro si conclude con una sintesi dei risultati emersi nel corso delle
analisi e con alcuni commenti e considerazioni.
I risultati principali evidenziano che l’effetto dei Cambiamenti Climatici
sulle componenti climatiche spinge verso una tendenza alla diminuzione delle
precipitazioni ed all’aumento delle temperature medie, nonché ad un incremento
della loro variabilità mensile. A causa degli effetti della piovosità (le temperature
medie non hanno un effetto statisticamente significativo), la quantità di acqua
presente a livello del bacino formato dal Cuga e dal Temo e quella disponibile per
il Consorzio presentano una marcata variabilità della media annua e una tendenza,
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seppur lieve, alla diminuzione. Per quanto riguarda gli effetti dei Cambiamenti
Climatici sull’attività agricola dell’area, emerge una diminuzione dei redditi lordi,
ed un minor impiego di tutti i fattori produttivi: acqua consortile, lavoro totale e
mezzi tecnici chimici, mentre aumenta la quantità di acqua estratta dai pozzi
aziendali. Ovviamente, tali variazioni sono dovute ad un cambiamento degli
ordinamenti colturali. In particolare, si registra un decremento delle superfici ad
ortive, a carciofo e a set-aside, mentre aumentano gli erbai.
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CAPITOLO 1
I CAMBIAMENTI CLIMATICI IN ATTO IN EUROPA E IN ITALIA.
ASPETTI AMBIENTALI E SOCIO-ECONOMICI
In questo capitolo, dopo aver definito la nozione di Cambiamento
Climatico, ne vengono analizzati gli impatti sulle precipitazioni, sulle
temperature, sulla risorsa idrica, sul settore agricolo e su aspetti socio-economici.
Nello specifico ci si sofferma sui cambiamenti in atto, sulle loro conseguenze e su
quali strategie intraprendere affinché gli impatti dei Cambiamenti Climatici
possano risultare, nel lungo termine, ancora prevedibili e, soprattutto, sostenibili,
sia dal punto di vista ambientale che economico. L’analisi è stata condotta sia a
livello generale, sia a livello europeo, con particolare riguardo all’area del bacino
del Mediterraneo, che italiano, cercando anche di evidenziare gli strumenti
normativi con i quali si sta cercando di intervenire.
1.1 Il Clima
Il clima è un sistema complesso, che consiste nell’interazione tra atmosfera,
superficie terrestre, neve, ghiaccio, oceani ed altri corpi d’acqua ed esseri viventi.
Il clima è usualmente descritto in termini di media e variabilità di temperatura,
precipitazioni e vento su un certo periodo di tempo che può andare da alcuni mesi
a milioni di anni (il periodo classico è di 30 anni). Appare evidente, quindi, che tra
clima e tempo (inteso dal punto di vita meteorologico) vi sia uno stretto legame,
ma anche sostanziali differenze. Il tempo, infatti, è rappresentato da eventi
puntuali e di natura caotica, quindi difficilmente prevedibili dopo alcuni giorni. Il
clima, invece, può essere visto come riguardante lo stato del ‘Sistema Terra’,
includendo atmosfera, terra, oceani, neve, ghiaccio ed esseri viventi, analizzato
per periodi a volte molto lunghi. Questo permette che le sue variazioni, che
avvengono lentamente nel tempo, siano un problema diverso e più maneggevole
rispetto al precedente (Solomon et al., 2007).
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Il sistema climatico evolve nel tempo sotto l’influenza delle sue proprie
dinamiche interne ed a causa di cambiamenti nei fattori esterni che influenzano il
clima: le forzature. Queste includono i fenomeni naturali come le eruzioni
vulcaniche e le variazioni solari, così come i cambiamenti nella composizione
atmosferica indotti dall’uomo. Per comprendere tali dinamiche bisogna
considerare che, fondamentalmente, esistono tre modi di cambiare il bilancio della
radiazione solare della Terra:
1. variando l’ingresso della radiazione solare (ad es. a causa di cambi nell’orbita
della terra o del Sole stesso)
2. cambiando la frazione di radiazione solare riflessa (chiamata Albedo; ad es. a
causa di variazioni delle coperture delle nubi, delle particelle atmosferiche o
della vegetazione)
3. alterando il passaggio delle radiazioni a onda lunga dalla Terra verso lo spazio
(ad es. cambiando la concentrazione di gas ad effetto-serra).
Fig. 1.1: Stima del bilancio energetico medio della Terra (fonte Kiehl e Trenberth, 1997)
L’ammontare di energia che giunge sulla superficie dell’atmosfera della
Terra ogni secondo su un’area di un metro quadrato di fronte al Sole durante il
giorno è di circa 1.370 Watt e l’ammontare di energia per metro quadrato che
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mediamente interessa l’intero pianeta ogni secondo è un quarto di questo. Circa il
30% della luce del Sole che arriva sulla superficie dell’atmosfera è riflessa verso
lo spazio, grazie alla presenza di nubi, di piccole particelle dell’atmosfera
(aerosol) e alle zone di colore chiaro, principalmente neve, ghiaccio e deserti.
L’energia che non è riflessa verso lo spazio è assorbita dalla superficie della Terra
e dall’atmosfera. Questa ammonta a circa 240 W/m
2
. Per bilanciare l’energia
entrante, la Terra stessa deve irradiare, in media, lo stesso ammontare di energia
verso lo spazio emettendo radiazioni di lunga frequenza e come tali produttrici di
calore. Una superficie che emette 240 W/m
2
dovrebbe avere una temperatura di
circa -19°C. Questo valore, ovviamente, risulta essere molto inferiore alla
temperatura media globale della superficie terrestre (circa 14°C). La ragione per
cui la superficie terrestre ha una temperatura più alta di quella teorica è dovuta
alla presenza di gas ad effetto-serra, che trattengono parzialmente la radiazione a
lunga frequenza emessa dalla superficie. Tale fenomeno è noto come Effetto Serra
Naturale ed è dovuto, principalmente, alla presenza di nubi e di vapore acqueo e
biossido di carbonio nell’atmosfera.
1.2 Effetto Serra e Cambiamenti Climatici
Il naturale effetto serra, riscaldando il pianeta, rende possibile la vita come
noi la conosciamo. I due gas più abbondanti dell’atmosfera: azoto (78% dei gas
totali) ed ossigeno (21%) non esercitano pressoché alcun effetto serra, dovuto,
invece, a molecole più complesse e molto meno comuni, principalmente vapore
acqueo e biossido di carbonio (CO
2
), mentre metano, ozono e altri gas hanno un
contributo molto basso. Nelle regioni equatoriali ed umide, dove c’è molto vapore
acqueo e quindi l’effetto serra è elevato, incrementando di una piccola quantità la
CO
2
o il vapore acqueo, si ottiene un piccolo impatto diretto sulla radiazione
infrarossa discendente. Al contrario, nelle regioni polari, fredde ed asciutte,
l’effetto di un piccolo aumento di CO
2
o di vapore acqueo è molto più grande. Lo
stesso è vero per la fredda e secca parte superiore dell’atmosfera, dove un piccolo
aumento del vapore acqueo ha un’influenza ben più grande che vicino alla
superficie.
- 11 -
I Cambiamenti Climatici rappresentano le variazioni a livello globale del
clima della Terra. Essi si producono a diverse scale temporali su tutti i parametri
meteorologici: temperature massima e minima, precipitazioni, nuvolosità, ecc.
Sono dovuti a cause naturali e, negli ultimi secoli, anche all’azione dell’uomo.
Molti componenti del sistema climatico, in particolare gli oceani e gli esseri
viventi, influenzano la concentrazione atmosferica di gas ad effetto-serra. Un
esempio evidente riguarda le piante che, attraverso la fotosintesi, trasformano CO
2
ed acqua in carboidrati. Nell’era industriale, invece, l’attività umana, a causa
principalmente dell’utilizzo di combustibili fossili e dell’abbattimento delle
foreste, ha intensificato enormemente il naturale effetto serra, provocando un
surriscaldamento globale. Le attività umane intensificano l’effetto coprente
attraverso il rilascio di gas ad effetto-serra, ma influenzano anche la presenza di
aerosol nell’atmosfera, così come modificano l’utilizzo dei suoli. Basta
considerare che l’ammontare di biossido di carbonio nell’atmosfera è aumentato
di circa il 35% nell’era industriale soprattutto a causa delle attività umane. In
questo modo, l’uomo ha alterato drammaticamente la composizione chimica
globale dell’atmosfera con sostanziali implicazioni sul clima, influenzando la
probabilità di verificarsi di certi eventi: a causa della temperatura media in
aumento, alcuni fenomeni sono divenuti più frequenti ed intensi (come le forti
piogge), mentre altri subiscono l’effetto contrario (come eventi freddi estremi).
Ci sono molti meccanismi di reazione del ‘sistema clima’ a questi effetti che
possono amplificare (feedback positivo) o diminuire (feedback negativo) gli
effetti di una forzatura. Per esempio, in seguito all’aumento della concentrazione
dei gas ad effetto-serra, le temperature tendono ad aumentare, mentre neve e
ghiacci si sciolgono; in questo modo appaiono terre e superfici di acqua più scure,
che assorbono più calore del Sole causando un ulteriore riscaldamento e così via,
in un ciclo che si autoalimenta. Questo meccanismo, noto come ‘Ghiaccio-Albedo
feedback’, amplifica il riscaldamento iniziale causato da un incremento dei gas ad
effetto-serra.
- 12 -
Fig. 1.2: Vista schematica delle componenti del sistema climatico, loro processi ed iterazioni
(fonte IPGG4, 2007)
Impatti importanti sul clima sono causati anche dal settore agricolo. In
particolare è ormai globalmente riconosciuto il ruolo dei nitrati percolanti sulla
qualità di acquiferi, fiumi ed estuari (Galloway, 2004). Proiezioni effettuate a
livello europeo per il grano mostrano per il periodo 2071-2100 grandi variazioni
spaziali nel mutamento della percolazione dell’azoto, legate sia alla qualità del
suolo che al Cambiamento Climatico (Olesen et al., 2006). Quest’ultimo potrebbe
anche condurre ad un incremento delle emissioni di gas ad effetto serra da parte
del settore agricolo. Infatti, un aumento delle temperature causerebbe una
accelerazione della decomposizione della sostanza organica dove l’umidità del
suolo lo permette, con una conseguente tendenza alla diminuzione da parte del
Carbonio Organico nel Suolo (SOC) per l’Europa nel suo insieme. Questo effetto
è in parte attenuato dall’incremento degli apporti di carbonio nel suolo, dovuti ad
un miglioramento della Produzione Primaria Netta (NPP)
1
risultante dalla
1
La produzione Primaria Netta rappresenta l’energia accumulata negli autotrofi ed è uguale al
carbonio assimilato meno le perdite per la respirazione.
- 13 -
combinazione di Cambiamento Climatico e incremento della concentrazione di
CO
2
nell’atmosfera. La decomposizione diviene più veloce in quelle regioni dove
la temperatura aumenta e l’umidità del suolo è sufficientemente alta (ad es. Nord
ed Est Europa), mentre rimane pressoché costante dove il suolo diviene troppo
asciutto, nonostante temperature più alte (ad es. Francia meridionale, Spagna e
Italia) (Smith et al., 2005).
1.3 Il Cambiamento Climatico in Europa
Il Cambiamento Climatico è divenuto un argomento che ha assunto sempre
maggiore importanza nei programmi di Ricerca e Sviluppo dell’Unione Europea.
A dimostrarlo sta anche il fatto che rappresenta una priorità del Settimo
Programma di Ricerca, attivo dal 2007 al 2013. In particolare, un aspetto chiave
che viene tenuto in considerazione, riguarda la gestione della risorsa idrica.
L’Agenzia Europea per l’Ambiente ha condotto nel 2006 una analisi di
dettaglio sul continente europeo e ha rilevato che (Ferrara, 2007):
1. La temperatura media in Europa è aumentata più di quella media globale:
l’aumento è stato pari a 0,95°C (in estate di 0,7°C, in inverno di 1,1°C). Con
gli attuali ritmi, in Europa la temperatura media annuale avrà nel 2100 un
ulteriore aumento, rispetto a oggi, compreso fra 2 e 6,3°C.
2. Le precipitazioni totali annue nel Nord Europa sono aumentate, nell’arco di un
secolo, dal 10 al 40%, mentre nel Sud Europa sono diminuite dal 10 al 20%.
Con questi ritmi le precipitazioni totali annue nel 2100 aumenteranno di un
ulteriore 10-20% nel Nord Europa e diminuiranno di circa il 10% nel Sud
Europa.
3. Negli ultimi 25 anni in Europa si sono avute 238 alluvioni disastrose. Tuttavia,
grazie al miglioramento dei sistemi di protezione civile, pur essendo molto
aumentati i danni economici, sono viceversa diminuite le perdite umane. In
futuro è probabile che continueranno ad aumentare sia gli eventi alluvionali
che quelli siccitosi.
4. La portata dei fiumi che si gettano nel Mediterraneo è diminuita dal 10 al
50%. Questa tendenza potrebbe accentuarsi in futuro.