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Qual’è la causa dell’acqua alta

L’acqua alta è un fenomeno ben studiato. Le sue cause si possono suddividere nel seguente modo: l’influenza astronomica, quella meteorologica, quella geologica e quella di cambiamento climatico globale. Quella astronomica è la più facile da prevedere. L’influenza del sole e della luna crea le maree e queste si possono prevedere per molti decenni nel futuro, anche con precisione al di sotto del centimetro. La marea di sizigia, cioè quella con il contributo più forte, oscilla tra +- 50 cm.

La causa geologica ha due contributi. Una è la subsidenza lenta, dovuto al fatto che la Pianura Padana è costituita da un substrato sedimentario che nel tempo di compatta. Questo fenomeno è ben studiato ed è stabile nel tempo, con valori di 1.4 mm/anno. Il secondo contributo è antropico, creato dall’uomo quando negli anni 1930-1960 ha estratto acqua potabile dalle falde sotto Venezia. Questa estrazione ha contribuito all’abbassamento del suolo veneziano di 12 cm.

Infine, la parte più difficile da prevedere è il contributo meteorologico. Questo lo possiamo dividere in una parte dovuta alla pressione atmosferica e una al vento. La pressione varia di 1 cm il livello per ogni millibar. Questo significa che se a Venezia si ha una bassa pressione, il livello medio del mare si alza. La pressione può variare abbastanza velocemente, con il passaggio di un ciclone, ma una situazione generale di bassa pressione a scala planetaria può contribuire ad un livello d’acqua più alto per un tempo prolungato. Esattamente questo è successo a novembre 2019, quando per tutto il mese il livello medio era di 30 cm più alto del solito. Intuitivamente, il contributo del vento è facile da capire: un vento di Scirocco, soffiando da sud est lungo l’asse principale del mar Adriatico spinge l’acqua verso la parte settentrionale dell’Adriatico dove si accumula proprio davanti alla laguna di Venezia e da dove entra in laguna e crea quello che noi chiamiamo il fenomeno dell’acqua alta. Questo contributo è spesso quello più importante, ma è anche quello più difficile da quantificare.

Altri due contributi sono da considerare. Uno è dovuto alle onde di sessa, un fenomeno che si verifica quando, dopo un forte vento di Scirocco, sopraggiunge la calma e il bacino dell’Adriatico comincia ad oscillare. Queste oscillazioni possono andare avanti per giorni, anche se si smorzano del 15 % ogni volta. Il periodo dell’oscillazione principale e’ di circa 23 ore, molto vicino a quello della componente diurna della marea astronomica, che è di circa 24 ore.

Infine c’è un contributo lento, quasi impercettibile, ovvero la crescita del livello medio del mare globale dovuto al cambiamento climatico. Questo contributo viene stimato in più di 3 mm all’anno, ma è previsto che il trend acceleri nel futuro. Nello scenario peggiore, per la fine del secolo si avranno più di 8 mm all’anno.

Come si fa a prevedere l’acqua alta

La previsione dell’acqua alta viene effettuata tramite modelli numerici. Tali modelli possono essere statistici o deterministici. I modelli statistici si basano sulla calibrazione di diversi parametri, tramite l’utilizzo di lunghe serie di dati di variabili correlate con il livello marino da prevedere. Tali variabili possono includere il livello marino in alcune località, ma anche la pressione atmosferica o il vento.

I metodi deterministici si basano invece sulla risoluzione delle equazioni del moto dei fluidi applicate ad un bacino, il mar Mediterraneo in questo caso. Le equazioni vengono risolte tramite una discretizzazione numerica e l’utilizzo di potenti calcolatori. Bisogna prescrivere delle condizioni “al contorno” che consistono in dati di vento e pressione sull’area considerata, per la durata della simulazione. Si simula quindi la circolazione marina, incluso il livello marino, che è influenzata dall’azione del vento e della pressione atmosferica. Questi sono i due fattori che maggiormente determinano l’acqua alta a Venezia. Il terzo fattore fondamentale sono le maree astronomiche, che si aggiungono al contributo dovuto al meteo. Tuttavia, le maree astronomiche possono essere predette con buona precisione per mesi o anni dato che dipendono dal moto periodico degli astri (sole e luna in primis). Bisogna ricordare inoltre che la pioggia non ha praticamente nessun effetto sul livello marino dato che né la laguna veneta né il mar Adriatico sono bacini chiusi.

Quali sono i sistemi del CNR per la previsione dell’acqua alta

Nel corso degli anni, ISMAR Venezia ha sviluppato dei modelli numerici utilizzati da diverse istituzioni (Comune di Venezia e Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale) per la previsione dell’acqua alta. Inoltre, alcuni strumenti modellistici sono utilizzati internamente dai ricercatori del CNR per scopi di ricerca e sviluppo. Tra questi va menzionato KASSANDRA, un sistema di previsioni oceanografiche operative per il Mar Mediterraneo nato dalla collaborazione di 3 istituti del Dipartimento Terra e Ambiente del CNR (ISMAR, ISAC e IAS). KASSANDRA consiste in un modello idrodinamico 3D agli elementi finiti (SHYFEM, www.ismar.cnr.it/shyfem) sviluppato al CNR-ISMAR, che include un modello tidale, accoppiato ad un modello spettrale di onde agli elementi finiti (WWMII). Gli input meteorologici sono forniti da una catena di modelli meteorologici sviluppati al CNR-ISAC.

La simulazione della circolazione delle acque e dei principali processi fisici che interessano le aree costiere necessita l’utilizzo sia di modelli numerici ad alta risoluzione spazio-temporale sia di procedure di “downscaling” in grado di riprodurre le interazioni e gli scambi di massa che avvengono tra l’ambiente di mare aperto e l’ambiente costiero. Tale obiettivo è stato raggiunto mediante l’utilizzo di modelli numerici oceanografici basati su griglie non strutturate che permettono, variando la risoluzione spaziale del dominio di calcolo, di seguire nel dettaglio la batimetria e la morfologia della zona costiera e quindi riprodurre le interazioni biunivoche (downscaling e upscaling) tra le zone costiere e il mare aperto. Le simulazioni numeriche forniscono giornalmente la previsione per massimo 4 giorni su tutto il Mar Mediterraneo ad intervalli di 3 ore. I risultati del sistema operativo sono forniti per il livello totale del mare, la velocità superficiale della corrente e l’altezza significativa delle onde. Le previsioni operative sono disponibili on-line al sito: www.ismar.cnr.it/kassandra.

Altra iniziativa di rilievo e’ lo sviluppo, all’interno del progetto Interreg I-STORMS, di uno strumento informatico per la gestione dei rischi da mareggiata. I-STORMS Web System (IWS) è una piattaforma informatica, interoperabile e georeferenziata che aggrega informazioni, dati e previsioni forniti dai diversi paesi coinvolti nel progetto al fine di fornire le informazioni necessarie ad una pronta risposta alle emergenze costiere durante gli eventi di mareggiata nella regione Adriatica-Ionica. L’IWS è stata sviluppata per aggregare, visualizzare e distribuire sia serie storiche e dati in tempo reale acquisiti dalle reti di monitoraggio meteo marino che gli output da sistemi previsionali oceanografici. Il sistema previsionale multi-modello (TMES) combina i risultati degli esistenti sistemi di previsione del livello del mare e delle onde in Adriatico-Ionio, in modo da fornire indicazioni relative all’incertezza delle previsioni. Tutti i risultati dei modelli numerici sono interpolati, attraverso un algoritmo di mappatura, su un comune grigliato che copre la macroregione Adriatico-Ionica con una risoluzione di circa 2 km. Il TMES produce risultati in termini di media e deviazione standard dell’insieme dei risultati dei modelli (ensemble forecast). La deviazione standard dell’ensemble viene interpretata come una misura dell’incertezza delle previsioni. l sistema Web del progetto I-STORMS è accessibile all’indirizzo https://iws.seastorms.eu. Le informazioni condivise sono accessibili al pubblico anche attraverso il sito Open I-STORMS (http://www.seastorms.eu), un’interfaccia grafica semplificata e non tecnica di facile utilizzo da parte di tutti i cittadini.

Esempi di acqua alta nel passato

L’evento del 4 novembre 1966
Rimasta nella memoria dei veneziani come “aqua granda”, l’evento del 4 novembre 1966 fu eccezionale sotto vari aspetti. La tempesta meteorologica colpì violentemente tutta la parte nord dell’Italia, portando anche all’inondazione di Firenze ed alla devastazione (piene, frane, alluvioni) delle zone montane. All’epoca le previsioni meteorologiche erano molto più approssimate, e non vi fu nella popolazione sentore alcuno di quanto stava per accadere. Il livello dell’acqua raggiunto in città nominalmente 1,94 m sopra quello di riferimento, in pratica 1,2 m d’acqua a piazza S. Marco, è solo approssimativo. Superiore di quasi mezzo metro a quanto mai precedentemente avvenuto, il livello superò quanto misurabile coi mareografi dell’epoca. La cifra ufficiale fu dedotta dal segno sui muri lasciato dalla nafta galleggiante, fuoriuscita dai serbatoi allagati. Le centraline elettriche cittadine furono tutte inondate ed a Venezia restammo per tre giorni senza elettricità. Gli ultimi 200 m delle dighe foranee alle tre bocche di porto letteralmente sparirono. Venezia e tutte le abitazioni a pianterreno, più tutti I negozi furono devastati.

Combinandosi col ciclo di marea, l’acqua a Venezia restò elevata, sopra 1,30 m, per più di 30 ore, tutto questo sotto una pioggia violenta ed un impetuoso vento di scirocco. Ciononostante, col senno di poi occorre dire che vi fu anche fortuna in quanto il picco di marea dovuta al vento quasi coincise con la bassa marea astronomica. Fosse il tutto avvenuto 3 o 4 ore prima, il risultante livello marino sarebbe stato 34 cm più alto.

Come si paragona l’evento del 1966 con quelli più recenti, in particolare il 12 novembre 2019, livello raggiunto 1,89 m? Solo 5 cm di meno? No, la differenza è notevolmente maggiore in quanto in questi 54 anni Venezia è sprofondata, il livello del mare è cresciuto, ed oggi l’1,94 del ‘66 corrisponderebbe almeno a 2,10 m. Se con fase giusta di marea saremmo vicini a 2,50 m. Queste cifre una volta impensabili sono oggi una reale possibilità. C’è da dire che oggi le previsioni meteorologiche, di onde, di marea ci sono, affidabili e con vari giorni di anticipo. Così è stato per le due ultime acque alte elevate, 2018 e 2019 altrove descritte. Notevole è il fatto che, usando oggi I mezzi disponibili e coi dati dell’epoca, si sia dimostrato che l’”aqua granda” sarebbe oggi prevista fino a quasi 6 giorni di anticipo.

Tempesta Vaia – 29 ottobre 2018
Il 29 ottobre 2018 è stato un evento molto particolare da diversi punti di vista. La tempesta, poi nominata appunto Vaia, colpì tutta l’Italia settentrionale, sul mare sul Ligure e l’Adriatico, sui monti con il devastante vento che in varie zone delle Alpi Orientali distrusse gran parte delle locali foreste. Una classica situazione di scirocco subì nella mattina del 29 un’improvvisa accelerazione per lo sviluppo cosiddetto ‘esplosivo’ a sud della Sardegna di un minimo di pressione che risalì rapidamente verso il Ligure passando ad ovest di Genova verso le 18. ‘esplosivo’ perché il minimo si approfondiva rapidamente con una velocità di più di un millibar allora. Questo portò a violente piogge sulla Liguria, violento vento prima da sud-est (scirocco), poi da ovest-sud-ovest (un libeccio associato però al mistral del golfo del Leone), che devastarono con le loro onde sia la riviera di levante che di ponente. Sull’Adriatico un forte scirocco portò ad una violenta mareggiata nella zona settentrionale, in particolare di fronte a Venezia. Alla piattaforma oceanografica di ISMAR, 15 km al largo e 16 m di profondità, l’altezza media delle onde più alte è stata misurata e stimata coi modelli a circa 6 m, con singole onde alte fino a 11-12 m. Il forte scirocco portò ad un forte innalzamento del livello del mare davanti a Venezia e nella laguna. Un’inondazione di livello mai visto, ben più alta del 4 novembre 1966, fu evitata solo perché per mera fortuna l’innalzamento massimo dovuto al vento fu raggiunto durante la fase di bassa marea, per cui il massimo raggiunto a Venezia e nella laguna fu alto, ma non disastroso. Questo avvenne perché durante il successivo rialzo della marea il vento cambiò di colpo. Questa però, la fortuna per Venezia, fu anche la disgrazia per le Alpi Orientali. Il forte vento da ovest-sud-ovest, freddo ed energetico, che soffiava sul mar Ligure, raggiunti gli Appennini, li superò di colpo precipitando poi sull’Adriatico (fine dello scirocco) e sull’alta Italia. Questo vento però schiacciò lo scirocco verso le Alpi Orientali costringendolo a passare per una zona più stretta, aumentandone quindi molto la velocità. Ecco allora i quasi, ed anche oltre, 200 km/ora di velocità del vento misurati in varie parti, ed ecco allora il disastro sulle foreste delle Dolomiti e della Carnia. La furia fu breve, 2 o 3 ore, prevista ed annunciata (niente vittime), ma disastrosa per le conseguenze tuttora visibili.

L’evento del 12 novembre 2019
Il 12 novembre 2019 si è verificato a Venezia un evento di acqua alta eccezionale, secondo solo all’evento del 4 Novembre 1966. Sebbene un’alta marea eccezionale (>140 cm) fosse stata prevista dai modelli numerici in uso, nel corso della sera, improvvise raffiche di vento a più di 100 km/ora hanno determinato un’ulteriore locale intensificazione di questo fenomeno. l 12 novembre 2019 era presente sul Tirreno centro-meridionale una profonda depressione barica che ha generato forti venti di Scirocco lungo l’asse principale del Mare Adriatico, mentre, contestualmente, nel nord Adriatico avveniva un richiamo di venti di Bora. In aggiunta a questa configurazione “a larga scala”, il nord Adriatico è stato interessato dal passaggio di un vortice ciclonico secondario in rapida rotazione e traslazione che si è rapidamente intensificato causando venti molto forti (70 km/h di media e 110 km/h di raffica).

Il valore massimo del livello pari a 189 cm è stato registrato a Venezia – Punta della Salute e si è verificato alle ore 22:50 con un ritardo di circa un’ora rispetto al picco di 182 cm, registrato in mare aperto dalla Piattaforma Acqua Alta. La particolare intensità dell’evento meteo-marino è dovuta alla sovrapposizione di quattro fenomeni:
il picco della marea astronomica di sizigia;
il livello medio insolitamente elevato del mare in Adriatico;
il forte vento di Scirocco lungo il bacino Adriatico;
il passaggio di un intenso minimo depressionario sul bacino nord Adriatico e laguna di Venezia.
L’evento del 12 novembre va comunque inquadrato all’interno di un mese di novembre eccezionale, nel quale si sono susseguite condizioni marine particolari in termini di frequenza e intensità.

Contrariamente a quanto accaduto nei due eventi estremi sopra descritti, il 12 Novembre 2019 il picco della mareggiata si è sovrapposto al picco di marea astronomica ed ad un alto livello medio del mare in Nord Adriatico, portando quindi una mareggiata meno intensa rispetto al 1966 e al 2018 a raggiungere valori eccezionali di livello a Venezia.

Cosa ci porta il futuro: cambiamenti climatici

Il livello del mare globale cresce in maniera sempre più veloce, grazie in particolare al contributo dello scioglimento dei ghiacciai e delle calotte glaciali. La crescita del livello misurata da mareografi e da altimetria da satellite è aumentata da 1.4 mm all’anno nel periodo 1901-1990 ai recenti 3.6 mm all’anno nel periodo 2006-2015. Va detto che in Mediterraneo, Il livello marino negli ultimi 50-60 anni è cresciuto con minore intensità rispetto a valori globali. Infatti, le variazioni a scala regionale possono discostarsi anche significativamente dalle variazioni a livello globale. La continua crescita del livello del mare è peraltro attesa anche secondo gli scenari climatologici, ad esempio con stime di 32 ± 8 cm per il 2050 nei casi meno ottimistici (IPCC). Va notato che l’orizzonte temporale al 2050 è relativamente vicino (una generazione), e le incertezze associate alle stime dei modelli climatologici sono molto inferiori rispetto alle incertezze su orizzonti temporali più distanti (ad esempio, 2100). L’aumento del livello del mare, sovrapposto ad eventi estremi meteorologici (come perturbazioni particolarmente severe), renderà molto più frequenti eventi di mareggiata che in passato avevano tempi di ritorno molto lunghi. A parità di condizioni meteorologiche, un aumento del livello marino comporta maggiore frequenza nelle inondazioni e questo sta succedendo a Venezia, dove negli ultimi 50 anni la frequenza di eventi di acqua alta è continuamente aumentata, nonostante la frequenza di condizioni meteorologiche avverse sia rimasta pressoché stazionaria. Un caso emblematico è quello dell’autunno 2019. La successione di perturbazioni meteorologiche, con venti di Scirocco tutto sommato non particolarmente intensi, ha causato acque alte eccezionali ripetute a causa del livello medio del mare in Adriatico temporaneamente particolarmente alto. Mentre nel mese di novembre 2019 questo era dovuto a una situazione meteorologica passeggera, nel 2050 la crescita del livello del mare renderà situazioni simili la norma, quando cioè deboli sciroccate saranno più che sufficienti a causare inondazioni importanti della città. Il continuo miglioramento nella comprensione del processi e della qualità delle previsioni sarà quindi sempre di più un valido alleato per mitigare gli impatti del fenomeno delle acque alte.

Pubblicazioni

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