Analisi spaziotemporale e previsione dell'andamento delle precipitazioni in un monsone tropicale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13933 (2023) Citare questo articolo

526 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

L’analisi spaziotemporale delle tendenze delle precipitazioni come indicatore del cambiamento climatico fornisce informazioni critiche per una migliore pianificazione delle risorse idriche. Tuttavia, il comportamento mutevole spazio-temporale delle precipitazioni è molto meno compreso in un paese tropicale dominato dai monsoni come il Bangladesh. A tal fine, questa ricerca mira ad analizzare le variazioni spaziotemporali delle precipitazioni per il periodo 1980-2020 sul Bangladesh su scala stagionale e mensile utilizzando MAKESENS, il test di Pettitt e un’analisi delle tendenze innovativa. La rete neurale Multilayer Perception (MLP) è stata utilizzata per prevedere i cambiamenti delle precipitazioni nei prossimi 8 anni a livello nazionale in Bangladesh. Per studiare il modello spaziale delle tendenze delle precipitazioni, è stato adottato il modello di ponderazione della distanza inversa all'interno dell'ambiente ArcGIS. I risultati mostrano che la piovosità media annua è di 2.432,6 mm, di cui il 57,6% registrato da luglio ad agosto. Il test di tendenza di Mann-Kendall rivela che il 77% delle stazioni è in calo e il 23% ha una tendenza all'aumento delle precipitazioni mensili. Oltre l'80% delle stazioni presenta un trend in calo da novembre a marzo e agosto. C'è una tendenza al ribasso per le precipitazioni stagionali nell'82% delle stazioni durante il pre-monsone, nel 75% durante il monsone e nel 100% durante il post-monsone. Una significativa tendenza al declino è stata identificata nel centro-nord durante la stagione pre-monsonica, nella parte settentrionale durante la stagione monsonica e nelle parti meridionale e nordoccidentale durante la stagione post-monsonica. Le precipitazioni previste da MLP fino al 2030 suggeriscono che ci sarà poca pioggia da novembre a febbraio e le precipitazioni massime fluttuanti si verificheranno nel 2025 e nel 2027-2029. I risultati della rianalisi ERA5 dell’ECMWF suggeriscono che il cambiamento dei modelli delle precipitazioni in Bangladesh potrebbe essere stato causato dall’aumento o dalla riduzione dei tassi di precipitazione convettiva, dalla bassa copertura nuvolosa e da un’inadeguata divergenza di umidità integrata verticalmente. Considerata la carenza di risorse idriche e il previsto aumento della domanda idrica, i risultati dello studio hanno alcune implicazioni per la gestione delle risorse idriche in Bangladesh.

Il Bangladesh è una nazione tropicale dominata dai monsoni con un clima umido caratterizzato da abbondanti precipitazioni monsoniche e meno precipitazioni durante il resto dell'anno. Questo paese è principalmente un'economia agricola, con circa l'80% (145 milioni) della sua popolazione coinvolta in varie attività agricole, direttamente o indirettamente1,2,3. Di conseguenza, gli effetti delle fluttuazioni e dei cambiamenti climatici sull’espansione economica e sulla sicurezza alimentare del paese sono considerevoli4,5. Le precipitazioni hanno un grande significato come parametro idrologico, sono una caratteristica vitale del cambiamento climatico e influiscono in modo significativo sulla produzione alimentare, sulla raccolta, sulle risorse umane e sull’ambiente naturale6. Per mantenere un adeguato sistema di gestione dell’acqua sono necessarie informazioni rilevanti ed essenziali sulle precipitazioni, come valutazioni giornaliere, settimanali e mensili. L’analisi dell’andamento storico delle precipitazioni può fare previsioni9. La previsione delle precipitazioni è una preoccupazione seria che riveste grande importanza nella ricerca governativa e scientifica e svolge un ruolo significativo nella protezione delle vite e delle risorse umane10; e contribuisce anche alla gestione delle risorse idriche, alla produzione di energia idroelettrica, all'allarme di inondazioni e siccità e ai sistemi fognari urbani11,12.

Dagli anni ’50, il sistema climatico globale ha visto cambiamenti senza precedenti, ed è ormai innegabile che il riscaldamento globale abbia un impatto sul clima13. Esistono molte scale temporali e geografiche diverse alle quali si verifica la variabilità delle precipitazioni come componente del cambiamento climatico. Studi condotti a livello mondiale hanno mostrato una crescente variabilità delle precipitazioni su scala globale14,15 e nel subcontinente indiano, compresi India16 e Pakistan17,18. Molti studi19,20,21 hanno esaminato i modelli spaziotemporali delle precipitazioni nelle zone climatiche di tutto il mondo22,23,24,25. Sono state condotte alcune ricerche su scala semiregionale della variabilità delle precipitazioni26,27,28,29. Negli ultimi 100 anni, la quantità di precipitazioni sulla Terra è aumentata di circa il 2%14, ma secondo IPCC30 la sua crescita è sempre stata disuguale in termini di tempo e spazio. Aumenti delle precipitazioni sono stati riscontrati, in particolare, in Medio Oriente, Asia centrale31, regione del Brasile, parte orientale dell’America e del Canada, Nord Europa32,33 e Australia34. Ren et al. Come osservato per le precipitazioni medie annuali sull'altopiano tibetano in Cina, tendenze simili sono state osservate nei decenni precedenti, così come lo stesso modello in India33,36, nel Pakistan nordoccidentale17,18 e nell'area del corridoio economico Cina-Pakistan37. Tuttavia, il bacino del Fiume Giallo, la Cina38, la regione mediterranea29 e l’Iran hanno tutti registrato un calo delle precipitazioni medie annue19. Secondo un crescente numero di ricerche precedenti, in Bangladesh è stata recentemente riscontrata una significativa tendenza all’aumento delle precipitazioni annuali, monsoniche e pre-monsoniche39,40,41. Negli ultimi decenni, le indagini aggiuntive sono diminuite nelle regioni occidentali e nord-occidentali7,42. Inoltre, Hossain et al.43 hanno notato una tendenza all’aumento delle precipitazioni medie annuali nella zona costiera meridionale del Bangladesh. Rahman e Islam44 asseriscono una grande quantità di variazioni regionali e temporali nelle precipitazioni. Secondo la Water Resources Planning Organization, entro il 2100, le precipitazioni monsoniche aumenteranno del 12%, mentre le precipitazioni invernali si ridurranno del 10% in Bangladesh. Inoltre, Basak et al.47 prevedono un calo della resa compreso tra il 3,3 e il 24,2% e una diminuzione di 10 mm delle precipitazioni invernali. Secondo alcuni studi, le stagioni del Bangladesh potrebbero comportare variazioni a lungo termine delle precipitazioni7,48,49.