MODELLIZAZIONE DI ECOSISTEMI
INONDATI: L’AMAZZONIA
BACINI IDROGRAFICI
BRASILIANI
TOCANTINS
ECOSISTEMI INONDATI





Ecosistemi di struttura variabile: alternanza e convivenza dell’ecosistema
marino e terrestre.
Pioggia: è la causa principale della loro formazione; non è distribuita
uniformemente nel corso dell’anno ma si concentra in alcuni periodi.
Stagioni: sono essenzialmente due e si differenziano in quanto una è
piovosa e una è secca; non esistono stagioni intermedie. Data la latitudine,
le stagioni sono quelle dell’emisfero australe e quindi l’estate, che va da
ottobre a marzo, è la stagione delle piogge e delle inondazioni mentre
l’inverno, che va da aprile ad agosto, è la stagione secca.
Alterazione della catena alimentare in modo naturale: animali e piante
devono adattarsi ai cambiamenti di ecosistema; durante le inondazioni
saranno presenti alcuni tipi di piante e animali, che invece durante la
stagione secca non ci saranno. Altre specie, invece, sono presenti tutto
l’anno in particolare quelle che con il tempo si sono evolute e quindi
adattate ai repentini cambiamenti.
Territorio: la conformazione del territorio può subire cambiamenti nel corso
di inondazioni; nuovi corsi d’acqua si possono formare così come nuovi
bacini. Rilevante è poi l’effetto del prosciugamento.
NECESSITA’ DI UN MODELLO

Predire le variazioni spaziali e temporali: è sicuramente il punto
fondamentale; la simulazione integrata a nozioni di idrologia, geomorfologia,
ecologia, telerilevamento, geoinformatica è essenziale per monitorare il
corretto funzionamento di questo particolare tipo di scenario (Helmschrot,
2004)
 Intervento umano e processi socio economici : la deforestazione è una delle
cause principali del cambiamento climatico in quanto incide sulla
diminuzione del LAI (leaf ratio index), sulla consistenza del terreno e sull’
evaporazione, quindi sulle piogge e su tutto l’ecosistema inondato.
L’aumento di terreno agricolo a discapito di foreste è un fenomeno che si è
largamente diffuso negli ultimi 40 anni provocando un aumento della portata
dei fiumi del 30% (Investigating future trends in Amazon discharge and
floodplain inundation, M. T. Coe, M. H. Costa, D. McGrath)
 Reale estensione dell’area allagata: è importante comprendere quale potrà
essere con il passare del tempo la nuova morfologia del territorio.
 Effetti su flora e fauna: alcune specie si adattano al cambiamento, altre
spariscono. Fauna e flora sono strettamente connesse e spesso la
sopravvivenza di una è essenziale per l’altra
FATTORI DI INFLUENZA DELLE
INONDAZIONI - PIOGGE

Uno studio basato sul
confronto
di
alcuni
dataset ha evidenziato
che mediamente cadono
circa 2130 mm di pioggia
ogni anno in tutto il
bacino
amazzonico
(Costa MH, Foley JA.
(1998) A comparison of
precipitation datasets for
the
Amazon
basin.
Geophysical
Research
Letters, 25, 155-158).
Tocantins
FATTORI DI INFLUENZA DELLE
INONDAZIONI - PIOGGE
• Nello stato di Tocantins, ed in particolare la zona a nord cioè quella
appartenente all’area amazzonica, la media si abbassa lievemente a circa
1800 mm annui. Notevole è la differenza tra estate e inverno tanto da far
attribuire alle due stagioni rispettivamente gli aggettivi di piovosa e secca.
• In estate le precipitazioni sono il 75% di quelle totali annue ed è proprio
durante questo periodo che la portata dei fiumi aumenta drasticamente
sommergendo vaste aree di terra ferma.
Costa, M.H., A.
Botta and J.
Cardille (2003).
Effects of largescale change in
land cover on
the discharge of
the Tocantins
River,
Amazonia.
Journal of
Hydrology 283,
206-217
FATTORI DI INFLUENZA DELLE
INONDAZIONI – PORTATA DEI FIUMI

Sono la conseguenza diretta delle piogge.
Durante l’estate il livello dei fiumi arriva ad
essere 5 volte più alto rispetto all’inverno e la
portata ad essere 13 volte tanto!
 I grafici che seguono (ottenuti con Hidro http://hidroweb.ana.gov.br/), indicano mese per
mese livello e portata per tutto il 2004. I dati
sono stati rilevati sul fiume Toncantins, presso la
stazione fluviometrica Marabà (latitudine 5:20:19; longitudine – 49:7:28).
29050000
1329
990
940
1279
Cota (cm)
890
840
790
740
690
640
1229
1179
1129
590
540
1079
1
3
5
7
9
11
13
15 17
01/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
13
15 17
02/2004
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
29050000
1360
1350
1340
1330
1320
1310
1300
1290
1280
1270
1260
1250
1370
Cota (cm)
1320
1270
1220
1170
1120
1
3
5
7
9
11
13
15 17
03/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
13
15 17
04/2004
29050000
1085
768
1035
718
985
Cota (cm)
Cota (cm)
Cota (cm)
Cota (cm)
29050000
1040
935
885
668
618
568
835
518
785
1
3
5
7
9
11
13
15 17
05/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
13
15 17
06/2004
29050000
29050000
391
381
371
295
361
351
341
331
321
311
275
Cota (cm)
285
265
255
245
301
291
235
1
3
5
7
9
11
13
15 17
08/2004
19
21
23
25
27
29
1
31
3
5
7
9
11
29050000
13
15 17
10/2004
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
29050000
498
478
468
362
352
Cota (cm)
488
382
372
458
448
438
428
418
342
332
322
312
302
292
408
282
398
1
3
5
7
9
11
13
15 17
07/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
277
272
Cota (cm)
267
262
257
252
247
242
3
5
7
9
11
13
15 17
09/2004
15 17
11/2004
29050000
282
1
13
19
21
23
25
27
29
31
472
462
452
442
432
422
412
402
392
382
372
362
1
3
5
7
9
11
13
15 17
12/2004
29050000
29050000
33843,0
20460,0
32843,0
31843,0
18460,0
30843,0
Vazão (m3/s)
22460,0
16460,0
14460,0
12460,0
29843,0
28843,0
27843,0
26843,0
25843,0
10460,0
24843,0
8460,0
23843,0
1
3
5
7
9
11
13
15 17
01/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
34218,0
Vazão (m3/s)
33718,0
33218,0
32718,0
32218,0
31718,0
31218,0
30718,0
5
7
9
11
13
15 17
03/2004
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
35617,0
34617,0
33617,0
32617,0
31617,0
30617,0
29617,0
28617,0
27617,0
26617,0
25617,0
24617,0
34718,0
3
15 17
02/2004
29050000
35218,0
1
13
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
29050000
11
13
15 17
04/2004
29050000
24085,0
13809,0
23085,0
12809,0
22085,0
11809,0
Vazão (m3/s)
21085,0
20085,0
19085,0
18085,0
17085,0
10809,0
9809,0
8809,0
16085,0
15085,0
7809,0
14085,0
1
3
5
7
9
11
13
15 17
05/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
13
15 17
06/2004
29050000
29050000
7227,0
5198,0
7027,0
4998,0
6827,0
4798,0
Vazão (m3/s)
6627,0
6427,0
6227,0
6027,0
4598,0
4398,0
4198,0
5827,0
3998,0
5627,0
3798,0
5427,0
3598,0
1
3
5
7
9
11
13
15 17
07/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
13
15 17
08/2004
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
19
21
23
25
27
29
31
29050000
3457,0
3407,0
3357,0
3307,0
3257,0
3207,0
3157,0
3107,0
3057,0
3007,0
2957,0
2907,0
3646,0
3546,0
Vazão (m3/s)
3446,0
3346,0
3246,0
3146,0
3046,0
2946,0
2846,0
2746,0
1
3
5
7
9
11
13
15 17
09/2004
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
29050000
6712,0
6512,0
6312,0
6112,0
5912,0
5712,0
5512,0
5312,0
5112,0
4912,0
4712,0
4842,0
Vazão (m3/s)
4642,0
4442,0
4242,0
4042,0
3842,0
3642,0
3442,0
3
5
7
9
11
13
15 17
11/2004
15 17
10/2004
29050000
5042,0
1
13
19
21
23
25
27
29
31
1
3
5
7
9
11
13
15 17
12/2004
FATTORI DI INFLUENZA DELLE
INONDAZIONI - TEMPERATURA


Se pur di poco anche
questa varia con le
stagioni. In particolare si
ha un graduale aumento
delle
temperature
massime
in
corrispondenza dell’inizio
della stagione invernale
ed
una
graduale
diminuzione delle minime
sempre nella medesima
stagione; ciò implica un
sostanziale
aumento
dell’escursione termica.
L’intensità delle radiazioni
solari è circa 250 cal cm2
per ogni giorno
FATTORI INTERNI VEGETAZIONE
Nonvegetedflooded
Acque aperte, fiumi, laghi,
stagni ecc.
Herbaceousflooded
Vegetazione macrofita, prati
galleggianti, paludi
Shrub-floode
Arbusti sommersi
Woodlandflooded
Boschi sommersi e savane
sommerse
Forest-flooded
Foreste inondate, paludi,
“foreste galleria”
Nonvegetatednonflooded
Campi deserti, spiagge, aree
fangose
Herbaceousnonflooded
Pascoli
Shrubnonflooded
Arbusti
Forestnonflooded
Foresta
Ayres (1993), Junk and Piedade (1997), Prance (1980)
FATTORI INTERNI - VEGETAZIONE
Area (103 km2)
Estate
Nonvegeted-flooded
% zona inondata
Inverno
Estate
Inverno
43
35
14
12
0
14
0
5
26
16
8
5
Shrub-flooded
0
10
0
3
Shrub-nonflooded
6
0
2
0
Woodland-flooded
24
24
8
8
Forest-nonflooded
59
160
20
53
144
43
48
14
1
1
0
0
303
303
100
100
Nonvegetated or
herbaceous-nonflooded
Herbaceous-flooded
Forest-flooded
Mixed
Total
Tabella ottenuta da osservazioni con tecnica SAR, satellite JERS1
(Hess, L.L., J.M. Melack, E.M.L.M. Novo, C.C.F. Barbosa, and M.
Gastil. (2003) Dual-season mapping of wetland inundation and
vegetation for the central Amazon basin. Remote Sensing of
Environment, Vol. 87, No. 4, pp.)
FATTORI INTERNI - VEGETAZIONE
•
Mappe inerenti alla vegetazione in
zone soggette ad inondazioni
rispettivamente in inverno (acqua
bassa) ed estate (acqua alta).
Hess, L.L., J.M. Melack, E.M.L.M.
Novo, C.C.F. Barbosa, and M.
Gastil.
(2003)
Dual-season
mapping of wetland inundation and
vegetation for the central Amazon
basin.
Remote
Sensing
of
Environment, Vol. 87, No. 4, pp.
404-428.
FATTORI INTERNI - FAUNA

Inverno (stagione secca):





I piccoli pesci rimangono intrappolati nei laghi e diventano facili prede
per i predatori
Anche gli uccelli si concentrano dove l’acqua è + bassa così che
possono cacciare con semplicità i pesci
Alcuni pesci, visto lo scarso ricambio d’acqua e quindi la mancanza di
ossigeno nell’acqua, si sono adattati con il tempo ed utilizzano in parte
l’ossigeno atmosferico (ad esempio i pesci gatto)
È la stagione in cui i pesci depongono le uova
Estate (stagione piovosa):



I pesci erbivori possono girare liberamente per le foreste inondate in
cerca di semi e frutti che cadono dagli alberi
Anche gli erbivori terrestri migrano verso le zone inondate in cerca di
cibo
I grandi predatori sopravvivono grazie alle riserve di grasso accumulate
durante l’inverno
TECNOLOGIE DISPONIBILI
Lo scopo è quello di tracciare le caratteristiche geografiche dell’area inondata, vale a dire la
vegetazione presente, i corsi d’acqua, le aeree allagate e le aree asciutte
 Sensori ottici (Mertes ed altri., 1995; Novo & Shimabukuro, 1997) : i loro risultati sono
limitati in quanto spesso la vegetazione copre i corsi d’acqua ed inoltre sia il fumo che le
nuvole rendono i rilevamenti spesso illeggibili.
TECNOLOGIE DISPONIBILI
•
Sensori a microonde attivi e passivi (Melack & Hess, 1998; Prigent, Matthews,
Aires, & Rossow, 2001; Sippel, Hamilton, Melack, & Choudhury, 1994) : sono
influenzati molto meno, rispetto ai sensori ottici, dalle nuvole e dalla
vegetazione in quanto possono penetrare fino a terra per determinate
lunghezze d’onda.
•
Synthetic aperture radar sensor (SAR) (Hess, Melack, & Simonett, 1990;
Townsend, 2001; Hess, Melack, Filoso, & Wang, 1995; Costa, Niemann, Novo,
& Ahern, 2002; Novo, Costa, Mantovani, & Lima, 2002) : offrono come risultato
un’immagine complessa e ricca di informazioni. Attraverso la percezione della
riflettività degli oggetti analizzati è possibile riconoscere i confini delle acque da
quelli terrestri.
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo dell'acqua, del
carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che locale. IBIS è progettato intorno
ad una struttura concettuale gerarchica ed include vari moduli organizzati in base alla loro
scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè riguardanti l’ equilibrio
energetico, l’ acqua e il carbonio)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo
dell'acqua, del carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che
locale. IBIS è progettato intorno ad una struttura concettuale gerarchica ed
include vari moduli organizzati in base alla loro scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè
riguardanti l’ equilibrio energetico, l’ acqua e il carbonio)

Belowground carbon and nitrogen cycling module (ciclo del carbonio e
dell’ azoto dalla pianta al terreno)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo
dell'acqua, del carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che
locale. IBIS è progettato intorno ad una struttura concettuale gerarchica ed
include vari moduli organizzati in base alla loro scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè riguardanti l’
equilibrio energetico, l’ acqua e il carbonio)

Belowground carbon and nitrogen cycling module (ciclo del carbonio e
dell’ azoto dalla pianta al terreno)

Vegetation dynamics module (“concorrenza” delle piante per luce, acqua
e sostanze nutrienti)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo
dell'acqua, del carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che
locale. IBIS è progettato intorno ad una struttura concettuale gerarchica ed
include vari moduli organizzati in base alla loro scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè riguardanti l’
equilibrio energetico, l’ acqua e il carbonio)

Belowground carbon and nitrogen cycling module (ciclo del carbonio e
dell’ azoto dalla pianta al terreno)

Vegetation dynamics module (“concorrenza” delle piante per luce, acqua
e sostanze nutrienti)

Natural vegetation and crop phenology module (basato sulla crescita
giornaliera)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo
dell'acqua, del carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che
locale. IBIS è progettato intorno ad una struttura concettuale gerarchica ed
include vari moduli organizzati in base alla loro scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè riguardanti
l’ equilibrio energetico, l’ acqua e il carbonio)

Belowground carbon and nitrogen cycling module (ciclo del carbonio e
dell’ azoto dalla pianta al terreno)

Vegetation dynamics module (“concorrenza” delle piante per luce, acqua
e sostanze nutrienti)

Natural vegetacion and crop phenology module (basato sulla crescita
giornaliera)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Esegue simulazioni sui vari ecosistemi terrestri in particolare sul ciclo
dell'acqua, del carbonio e della vegetazione sia ad interesse globale che
locale. IBIS è progettato intorno ad una struttura concettuale gerarchica ed
include vari moduli organizzati in base alla loro scala temporale:

Land surface module (processi della superficie terrestre cioè
riguardanti l’ equilibrio energetico, l’ acqua e il carbonio)

Belowground carbon and nitrogen cycling module (ciclo del carbonio e
dell’ azoto dalla pianta al terreno)

Vegetation dynamics module (“concorrenza” delle piante per luce,
acqua e sostanze nutrienti)

Natural vegetacion and crop phenology module (basato sulla crescita
giornaliera)

Atmosphere (modulo che si interfaccia con altri modelli, GENESIS e
CCM3 GCMs, specifici per fenomeni atmosferici);

Solute tansport module (modulo che si interfaccia con il modello
HYDRA, specifico)
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Dettagli dei componenti simulati:
 Carbonio: GPP (produttività primaria lorda), NPP (produttività primaria netta)
 Acqua:
 Suolo: IBIS utilizza una metodologia “multistrato” per simulare le variazioni
giornaliere e stagionali di calore e di umidità del terreno. Otto sono gli strati
considerati i quali si trovano rispettivamente ad una profondità di 0.10, 0.15,
0.25, 0.50, 1.0, 2.0, 3.0 e 4.0 metri. Ogni strato è descritto in termini di
temperatura del terreno, volume di acqua e ghiaccio (Pollard e Thompson,
1995; Foley ed altri., 1996). Il modulo di fisica del terreno dell'IBIS usa
l'equazione di Richard per calcolare il cambiamento temporale dell'umidità
del terreno; il flusso verticale di acqua è modellato secondo la legge di Darcy
(Campbell e Norman, 1998). Il ciclo dell'acqua del terreno è controllato
tramite il tasso di infiltrazione, l'evaporazione di acqua dalla superficie del
terreno, la traspirazione delle piante e la ridistribuzione di acqua nel profilo
 Ciclo dell'acqua: traspirazione, evaporazione, infiltrazione, deflusso. La
quantità totale di acqua evaporata è la somma di: evaporazione dalla
superficie terrestre, evaporazione intercettata dalla vegetazione e
traspirazione della vegetazione. I tassi di traspirazione dipendono dalla
conduttanza e sono calcolati indipendentemente per ogni tipo di pianta
 Energia: Il modello considera due tipologie di vegetazione (alberi e arbusti ed
erbe), otto strati del terreno e tre strati di neve. Viene simulato lo scambio sia di
radiazione solare che infrarossa fra l'atmosfera, la vegetazione e la superficie
terrestre.
 Azoto: mineralizzazione
Modello IBIS (Integrated BIosphere
Simulator)

Scala spaziale: 0.5, 1.0, 2.0 e 4.0 gradi

Scala temporale: oraria

Bibliografia:

Kucharik, C.J., J.A. Foley, C. Delire, V.A. Fisher, M.T. Coe, J. Lenters,
C. Young-Molling, N. Ramankutty, J.M. Norman, and S.T. Gower (2000).
Testing the performance of a dynamic global ecosystem model: Water
balance, carbon balance and vegetation structure. Global
Biogeochemical Cycles 14(3), 795-825

Foley, J.A., I.C. Prentice, N. Ramankutty, S. Levis, D. Pollard, S. Sitch,
and A. Haxeltine (1996). An integrated biosphere model of land surface
processes, terrestrial carbon balance, and vegetation dynamics. Global
Biogeochemical Cycles 10(4), 603-628

http://zeke.sage.wisc.edu/~johnnyb/ibis/ - link per scaricare il software
simulativo

http://www.sage.wisc.edu/download/LBA/lba.html - link da cui è
possibile scaricare un dataset risultante da simulazione effettuate con
IBIS dal 1921 al 1928 per il bacino di Tocantis. Specifiche sul dataset
sono disponibili in: Botta, A., N. Ramankutty and J.A. Foley (2002).
Long-term variations of climate and carbon fluxes over the Amazon
Basin. Geophysical Research Letters 29(9), 10,1029/2001 GL013607,
Modello HYDRA (Hydrological
Routing Algorithm)






Simula la portata e i cambiamenti stagionali del livello dell’acqua
Risoluzione spaziale: 5’ longitudine * 5’ latitudine
Richiede input giornalieri o mensili quali la portata media dei corsi d’aqua,
precipitazioni, evaporazione
L’individuazione dei percorsi fluviali e del volume di laghi e wetland deriva
dal DEM (Digital Elevation Model). Vengono prese in considerazione tutte le
depressioni e quindi valutate le altezze dei loro sbocchi; tutte le griglie del
modello che condividono il medesimo sbocco vengono considerate come
una potenziale superficie acquatica unica. Le celle utilizzate per questo
modello sono 5’ x 5’ (circa 10 km x 10 km)
L’individuazione della direzione di scorrimento dei fiumi è calcolata
assegnando ad ogni cella della griglia la direzione della cella confinante
avente altitudine più bassa, simulando quindi il deflusso delle acque dalla
sorgente alla foce.
L’individuazione della direzione dello scorrimento delle acque attraverso un
lago o una wetland è calcolata prendendo in considerazione le depressioni
ed in particolare assegnandogli direzione concorde al proprio sbocco.
Modello HYDRA (Hydrological
Routing Algorithm)

La superficie acquatica prevista è data dalla differenza, P-E, tra
precipitazioni ed evaporazione

Il sistema idrico totale è composto da

Acque di superficie (Rs)

Acque drenanti nel sottosuolo (Rd)

Precipitazioni (Pw)

Evaporazione (Ew)

Il flusso dell’acqua è rappresentato attraverso il cambiamento temporale di
tre tipi di bacini:

Acque fluviali (Wr)

Stagni di deflusso cioè le acque superficiali che fluiscono verso i fiumi
(Ws)

Stagni di drenaggio cioè le acque sotterranee che fluiscono verso i fiumi
(Wd)
Modello HYDRA (Hydrological
Routing Algorithm)

I volumi di acqua sono espressi in m3 ed i flussi calcolati attraverso le seguenti
equazioni differenziali:

d(Ws)/dt = Rs - Ws/Ts

d(Wd)/dt = Rd - Wd/Td

d(Wr)/dt = (Ws/Ts + Wd/Td) x ( 1 – Aw) + (Pw – Ew) x Aw – (Wr/Tr) + Fin
dove:

Aw è un numero compreso tra 1 e 0 dove 1 indica che la cella considerata è
totalmente ricoperta da acqua mentre 0 indica che ne è priva

Ts, Td, Tr sono i tempi di permanenza dell’acqua nel bacino. Per semplicità sono
considerati costanti ed in particolare Ts = 15 giorni, Td = 2 ore; Tr invece è
calcolato come il rapporto tra la distanza (D) tra i centro della cella considerata e
quello della successiva (secondo il flusso) e la velocità dell’acqua (u). Per le celle
in cui non sono presenti laghi o wetland la velocità è proporzionale al rapporto tra
il gradiente del flusso (ic, mm-1) ed il gradiente di riferimento i0 = 0.5 x 10-4 mm-1
(Miller et al. 1994): u = uo1 (ic/io)0.5 dove uo1 = 0.8 ms-1 è la velocità effettiva
minima. Per le celle all’interno delle quali, invece, sono presenti masse d’acqua
la velocità è minore e proporzionale al rapporto tra volume di riferimento (vl, m3)
e il volume dell’intero corpo d’acqua di cui la cella è parte (vt, m3): u = uo2 (vl/vt)0.5
dove uo2 = 0.1 x uo2 = 0.08 ms-1 è la velocità effettiva minima attraversando una
massa d’acqua

P ed E sono espresse in m3s-1
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)


È lo sviluppo software del modello HYDRA ed è uno dei pochi
modelli idrologici che simulano il sistema d'acqua dolce completo.
Questo modello si concentra sui collegamenti tra clima, tipi di
terreno e comportamento degli spartiacque interni tra i quali laghi,
wetlands, fiumi e sistemi di acqua freatica. In particolare questo
modello è nato con lo scopo di apprendere come il cambiamento
climatico e lo sfruttamento del terreno possano influenzare le risorse
d’acqua dolce.
Elabora file .hdf ad esempio



HDF.basin raccoglie le mappe dei fiumi; ad ogni fiume è assegnato un
numero in modo da poter limitare la simulazione solo a quelli di
interesse
HDF.rivdir raccoglie le direzione dei fiumi
HDF.mflac indica l’altezza sul livello del mare dei bacini per i quali
R
+P>E
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)
Station ID
Name
Latitude
Longitude
Observed
(m3s-1)
Simulated
(m3s-1)
Error (%)
Years
45
Tocantins at Sa˜o Felix
-13,58
-48,08
904,00
960,00
6,00
27,00
49
Tocantins at Peixe
-12,08
-48,50
2007,00
1936,00
-4,00
14,00
50
Tocantins at Porto
Nacional
-10,75
-48,42
2225,00
2700,00
21,00
35,00
51
Tocantins at Miracema
-9,58
-48,33
2579,00
3042,00
18,00
13,00
53
Tocantins at Tupiratins
-8,25
-48,08
3500,00
3724,00
6,00
27,00
54
Tocantins at Carolina
-7,42
-47,42
4042,00
4189,00
4,00
34,00
55
Tocantins at
Tocantino´polis
-6,33
-47,33
4566,00
4613,00
1,00
24,00
56
Tocantins at Tucuruı´
-3,83
-49,67
11,70
14,07
20,00
17,00
Alcune simulazioni effettuate per il bacino di Tocantins
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)
Da notare come quasi tutti i punti siano al di sotto della linea 1:1 cioè il modello tende a sottovalutare la portata
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)
Simulazione dell’altezza dell’acqua in alcune zone inondate
•
Colonna 1  identificativo della posizione
•
Colonne 2 e 3  coordinate geografiche
•
Colonna 4  coefficiente correlazione
•
Colonne 5 e 6  deviazione standard osservata e simulata
•
Colonna 7  numero di mesi confrontati
•
Colonne 8 e 9  deviazione annuale osservata e simulata
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)
Modello THMB (Terrestrial Hydrology
Model with Biogeochemistry)
Gli istogrammi grigi sono simulati mentre i neri osservati (Sippel et al. 1998)
a)
Estensione media di dodici aree
inondate del bacino amazzonico
osservate dal 1979 al 1987
a)
Estensione totale di tutte dodici le
aree inondate
HYDRA - THMB
Bibliografia:
 Coe M. T., A linked global model of terrestrial hydrologic processes:
Simulation of modern rivers, lakes, and wetlands, J. Geophys. Res., 103,
8885-8889, 1998.
 Coe M. T., Modeling terrestrial hydrological systems at the continental scale:
Testing the accuracy of an atmospheric GCM, J. Clim., 13, 686– 704, 2000
 Coe, M. T., 1997: Simulating continental surface waters: An application to
Holocene northern Africa. J. Climate, 10, 1680–1689.
 Coe, M.T., M.H. Costa, A. Botta, and C. Birkett. Long-term simulations of
discharge and floods in the Amazon basin (2002). Journal of Geophysical
Research 10.1029/2001JD000740, 23 August 2002
 http://www.sage.wisc.edu/download/HYDRA/hydra.html - link da cui è
possibile scaricare il codice del THMB e i file di input contententi
informazioni geomorfologiche (HDF e netCDF) e i file di input contententi
informazioni sul clima
 http://www.sage.wisc.edu/download/LBA/LBA-HYDRA.zip
link
per
scaricare un dataset generato con THMB
REPERIBILITA’ INFORMAZIONI





Progetto GEOMA: è una rete telematica di ricerca in modellizzazione e
simulazione di fenomeni naturali legati all’area della foresta amazzonica
brasiliana (www.geoma.lncc.br)
PIATAM mar (Potenciais Impactos Ambientais do Transporte de Petróleo e
Derivados na Zona Costeira Amazônica): l’obiettivo primario è fornire
informazioni aggiornate sulle popolazioni, risosrse naturali ed ecosistemi
costieri con obiettivo di prevenire catastrofi ambientali legate al trasporto del
petrolio. Sono presenti inoltre pubblicazioni su tecniche cartografiche e di
raccolta dei dati (www.naea.ufpa.br/piatammar/)
Tropical Resource Institute: vi si possono trovare notizie generiche sullo
scenario tropicale (www.yale.edu/tri/)
Scientific electronic library online: possibilità di consultare riviste scientifiche
specialistiche (www.scielo.org)
SAGE (Center for Sustainability and the Global Environment): offre risorse
per ricerche interdisciplinari. Di particolare interesse la sezione sulle risorse
idriche con alcuni progetti rivolti specificamente al bacino amazzonico. È
presente anche una sezione contenente mappe, dataset e modelli specifici
per ecosistemi inondati (www.sage.wisc.edu)
REPERIBILITA’ INFORMAZIONI





LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia): è un
progetto coadiuvato dal ministero della scienza e tecnologia brasiliano che
si occupa di ricerca in merito al cambiamento dello scenario amazzonico
(lba.inpa.gov.br - www.lbaeco.org - lba.cptec.inpe.br/beija-flor)
EMDI (Ecosystem Model-Data Intercomparison): presenta una raccolta di
modelli prevalentemente mirati alla simulazione del ciclo di vita del carbonio
(gaim.unh.edu/Structure/Intercomparison/EMDI/)
Gruppo di ricerca Prof. Marcos Heil Costa: studioso di livello internazionale
autore di molti articoli di modellistica, ecosistemi inondati, tecniche di
monitoraggio con interesse particolare verso il bacino amazzonico
(madeira.dea.ufv.br/public.htm)
IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística): offre articoli scientifici
generici su tutto il panorama brasiliano. Ricca la sezione dedicata alle
mappe tematiche quali ad esempio quelle sul clima, sulla vegetazione e
sulla conformazione idrologica (www.ibge.gov.br)
INPA (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia): diretto dal ministero di
scienza e tecnologia brasiliano, si occupa di ricerche sul panorama
amazzonico (www.inpa.gov.br)