Fondamenti di Cambiamenti Climatici e Gestione dei Rischi Idro-meteorologici

Conoscenza e comprensione

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali relative al funzionamento del sistema climatico, alle cause e alle evidenze dei cambiamenti climatici, al ciclo idrologico e ai principali fenomeni idro-meteorologici estremi.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere:

• i principali processi fisici che regolano il sistema climatico e il ciclo idrologico;
• la distinzione tra variabilità climatica naturale e cambiamento climatico antropogenico;
• le principali evidenze osservate dei cambiamenti climatici e le relative cause;
• i concetti di forcing e feedback climatico;
• i principi fondamentali della modellistica climatica e il significato delle proiezioni climatiche;
• gli scenari climatici e i principali framework utilizzati per la loro definizione (RCP e SSP);
• i principi di governance dei cambiamenti climatici;
• i concetti di pericolosità (hazard), esposizione, vulnerabilità, rischio, resilienza e capacità di adattamento;
• i principali rischi idro-meteorologici, con particolare riferimento a precipitazioni intense, alluvioni, siccità, scarsità idrica, ondate di calore e frane pluvio-indotte;
• gli effetti dei cambiamenti climatici sul ciclo idrologico e sulla frequenza e intensità degli eventi estremi;
• i principi fondamentali della mitigazione e dell'adattamento ai cambiamenti climatici;
• i principali approcci strutturali e non strutturali per la gestione e la riduzione dei rischi idro-meteorologici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

• analizzare e interpretare serie temporali di variabili climatiche e idrologiche;
• riconoscere e quantificare tendenze e variazioni delle principali grandezze climatiche;
• interpretare criticamente scenari e proiezioni climatiche;
• utilizzare semplici indicatori per la caratterizzazione degli estremi climatici e idrologici;
• applicare metodi di base per l'analisi statistica di eventi estremi;
• caratterizzare eventi siccitosi mediante opportuni indici e indicatori;
• confrontare differenti strategie di gestione, mitigazione e adattamento;

Autonomia di giudizio

Lo studente sarà in grado di interpretare criticamente dati osservati, risultati di modelli e proiezioni climatiche, tenendo conto delle relative incertezze.

Sarà inoltre in grado di formulare valutazioni autonome riguardo all'evoluzione dei rischi idro-meteorologici in condizioni di cambiamento climatico e di confrontare criticamente differenti strategie di gestione e adattamento, valutandone efficacia, robustezza, limiti e possibili effetti indesiderati.

Tali capacità saranno sviluppate attraverso l'analisi e la discussione di casi studio, esercitazioni e problemi applicativi.

Abilità comunicative

Lo studente acquisirà la capacità di utilizzare correttamente la terminologia tecnica relativa ai cambiamenti climatici e alla gestione dei rischi idro-meteorologici e di comunicare in maniera chiara i risultati di analisi quantitative e valutazioni del rischio.

Sarà inoltre in grado di illustrare problematiche climatiche e idro-meteorologiche e le relative strategie di adattamento.

Capacità di apprendimento

Lo studente acquisirà gli strumenti metodologici necessari per approfondire autonomamente le tematiche relative ai cambiamenti climatici, agli eventi idro-meteorologici estremi e alla gestione del rischio.

Sarà in grado di consultare criticamente la letteratura scientifica, rapporti tecnici e documentazione internazionale, nonché di aggiornare autonomamente le proprie conoscenze in un settore caratterizzato da una rapida evoluzione scientifica e metodologica.

L'insegnamento prevede 93 ore complessive di attività didattica, articolate in:

Didattica Erogativa (DE): 70 ore, comprendenti lezioni frontali ed esercitazioni guidate finalizzate all'acquisizione delle conoscenze teoriche e metodologiche relative ai cambiamenti climatici, all'analisi degli eventi idro-meteorologici e alla valutazione e gestione del rischio.

Didattica Interattiva (DI): 23 ore, comprendenti esercitazioni applicative, analisi e discussione di casi studio, interpretazione di dati climatici e idrologici e valutazione di scenari di cambiamento climatico e strategie di adattamento.

Le attività interattive saranno finalizzate in particolare allo sviluppo della capacità di applicare le conoscenze acquisite, dell'autonomia di giudizio e della capacità di interpretazione critica dei dati e dei risultati dei modelli.

Durante il corso potranno inoltre essere organizzati seminari su specifici argomenti tenuti da esperti e ricercatori del settore.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Sono importanti conoscenze di base di matematica, fisica e idraulica di base con particolare riferimento a:

• calcolo differenziale e integrale;
• principi fondamentali della meccanica dei fluidi.

Non sono richieste conoscenze preliminari specifiche di climatologia o modellistica climatica.

La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.

La partecipazione regolare alle lezioni, alle esercitazioni e alle attività interattive consente una migliore comprensione dei collegamenti tra i fondamenti teorici, l'analisi quantitativa dei fenomeni idro-meteorologici e le applicazioni alla valutazione e gestione del rischio.

Per gli studenti non frequentanti, il docente fornirà indicazioni sul materiale necessario alla preparazione dell'esame.

Introduzione al ciclo idrologico

Componenti del ciclo idrologico - Precipitazione - Evaporazione ed evapotraspirazione - Deflussi superficiali –Bilancio idrologico in una regione - Distribuzione delle risorse idriche sulla terra – Bilancio idrologico medio annuo della Sicilia - Effetti antropici sul ciclo idrologico.

Sistema climatico e fondamenti di climatologia 

Differenza tra meteo e clima. Differenza tra variabilità climatica e cambiamento climatico. Basi di dinamica dei sistemi: definizione di sistema, stock e flussi, retroazioni positive e negative (feedbacks), lags. Sistema climatico terrestre: parti e connessioni. Atmosfera, idrosfera, biosfera, geosfera e antroposfera. Flussi energetici e budget energetico terrestre. Effetto serra. Fattori di controllo del clima.

Cambiamenti climatici: cause ed evidenze 

Definizione di cambiamento climatico. Variabilità climatica e cambiamento climatico. Forzanti naturali e antropogeniche. Gas serra e bilancio radiativo. Feedback climatici. Evidenze osservate dei cambiamenti climatici. Cambiamenti della temperatura, delle precipitazioni, della criosfera e del livello medio del mare. Detection e attribution. Cambiamenti osservati negli eventi climatici estremi. Principali risultati dei rapporti IPCC. Governance del cambiamento climatico.

Valutazione dell’impatto dei cambiamenti climatici

Metodi statistici basati sull’analisi delle serie storiche. Test non parametrico di Mann-Kendall. Stimatore della pendenza di Sen. Modelli climatici a scala globale. Modelli climatici a scala regionale. Scenari futuri di emissione di gas clima-alteranti. Coupled Model Intercomparison Projects. Scenari rappresentativi di concentrazione. Percorsi socioeconomici condivisi. 

Analisi statistica di eventi estremi idro-meteorologici.

Meccanismi di formazione delle precipitazione. Caratterizzazione statistica di base delle precipitazioni estreme. Frequenza e periodo di ritorno. Curve Intensità-Durata-Frequenza/Altezza-Durata-Frequenza (IDF/DDF). Caratterizzazione dei bacini idrografici. Analisi e valutazione di piene fluviali. Analisi di siccità.

Fondamenti di rischio climatico e idro-meteorologico

Concetti di hazard, exposure, vulnerability e risk. Resilienza e capacità di adattamento. Framework per la valutazione dei rischi. Valutazione qualitativa e quantitativa del rischio. Gestione del rischio. Misure strutturali e non strutturali. 

1. IPCC, Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Cambridge University Press.
2. IPCC, Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge University Press.
3. IPCC, Climate Change 2023: Synthesis Report.
4. BURCH, Sarah L.; HARRIS, Sara E. Understanding climate change: science, policy, and practice. University of Toronto Press, 2021.
5. Dispense, slide, articoli scientifici e altro materiale didattico fornito dal docente attraverso la piattaforma Teams.

L'apprendimento viene verificato attraverso un colloquio orale volto ad accertare il raggiungimento dei risultati di apprendimento previsti dal corso.

Il colloquio prevede generalmente tre domande relative alle principali aree tematiche dell'insegnamento:

1. fondamenti dei cambiamenti climatici, osservazioni, modelli e scenari;
2. processi ed eventi idro-meteorologici e metodi per la valutazione della pericolosità e del rischio;
3. gestione del rischio, adattamento e resilienza ai cambiamenti climatici.

Durante il colloquio potrà essere richiesta anche la discussione di un semplice problema applicativo, di un grafico, di una serie di dati o di uno scenario climatico, al fine di verificare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite e di interpretare criticamente i risultati.

La valutazione terrà conto della conoscenza e comprensione degli argomenti, della capacità di applicare i concetti appresi, della capacità di analisi e sintesi, della capacità di effettuare collegamenti tra le diverse parti del programma, dell'autonomia di giudizio e della proprietà del linguaggio tecnico.

La votazione è espressa in trentesimi. In particolare:

• esame non superato: conoscenza insufficiente degli argomenti fondamentali e incapacità di applicare i concetti di base;
• 18–21: conoscenza sufficiente dei principali argomenti, limitata capacità di analisi e applicazione;
• 22–25: discreta conoscenza degli argomenti e capacità di applicare correttamente i principali metodi;
• 26–28: buona conoscenza dei contenuti, buona capacità di analisi, collegamento e applicazione;
• 29–30: conoscenza approfondita, capacità di integrare criticamente i diversi argomenti e di affrontare autonomamente problemi applicativi;
• 30 e lode: conoscenza eccellente e approfondita, elevata autonomia di giudizio, ottime capacità di analisi, sintesi e comunicazione.

La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP del proprio Dipartimento.

1. Descrivere le principali componenti del sistema climatico e illustrare il bilancio energetico globale della Terra.
2. Qual è la differenza tra variabilità climatica e cambiamento climatico?
3. Illustrare il ruolo dei gas serra e dei principali feedback climatici.
4. Descrivere le principali evidenze osservate del cambiamento climatico.
5. Spiegare le differenze tra RCP e SSP e il loro utilizzo nelle proiezioni climatiche.
6. Quali sono le principali fonti di incertezza nelle proiezioni climatiche?
7. Illustrare le differenze tra hazard, exposure, vulnerability e risk.
8. Descrivere come il cambiamento climatico può influenzare le precipitazioni estreme e il rischio di alluvione.
9. Definire il periodo di ritorno e discuterne l'interpretazione in condizioni di non stazionarietà.
10. Illustrare le principali tipologie di siccità e descrivere le caratteristiche degli indici SPI e SPEI.
11. Qual è la differenza tra siccità e scarsità idrica?
12. Che cosa si intende per flash drought?
13. Discutere le differenze tra mitigazione e adattamento ai cambiamenti climatici.
14. Illustrare il concetto di adaptation pathway e discuterne l'utilità nella gestione dell'incertezza climatica.