Per otto anni, un'area in Lussemburgo di circa 300 chilometri quadrati era sotto sorveglianza speciale. Gruppi di ricerca provenienti da tutta Europa hanno analizzato il bacino idrografico del fiume Attert, ci hanno sorvolato droni con termocamere, e i satelliti hanno misurato la radiazione. Nel frattempo, i gruppi di ricerca erano nei campi per determinare la composizione del suolo. I dati sono stati quindi utilizzati per elaborati calcoli di modellazione al computer. Lo scopo di questi sforzi era risolvere un mistero che ha incuriosito le persone sin dagli inizi dell'agricoltura:come scorre l'acqua sulla superficie della Terra e nel terreno?

Questa domanda non è rilevante solo per l'agricoltura, è anche fondamentale per comprendere l'impatto del cambiamento climatico o prevedere le conseguenze dei disastri naturali. Al momento, la conoscenza è incompleta e fattori come la vegetazione si aggiungono alla complessità della situazione. Affrontare questa complessità è stato l'obiettivo del progetto internazionale CAOS, abbreviazione di bacini come sistemi organizzati, che ha coinvolto gruppi di ricerca austriaci, Germania e Lussemburgo. Una parte del progetto è stata condotta sotto gli auspici dell'idrologo Karsten Schulz dell'Università di risorse naturali e scienze della vita applicate di Vienna e finanziato dall'Austrian Science Fund FWF. Utilizzando nuovi metodi per le loro indagini, il gruppo viennese si è concentrato in particolare sull'analisi delle immagini termiche riprese da droni e satelliti.

Dati irregolari

Così Schulz spiega le sfide nella comprensione dei flussi d'acqua sulla superficie terrestre:"Prima di tutto ci sono le precipitazioni, che è forse la componente più difficile perché, ad essere sinceri, non sappiamo esattamente quanta pioggia cade effettivamente." Ci sono misurazioni radar dell'area da terra e misurazioni puntuali nelle stazioni meteorologiche, ma tra i due, molto rimane incerto. "Soprattutto nella regione alpina, le misurazioni sono molto soggette a errori, " nota Schulz.

Secondo lui, misurazione dello scarico dell'acqua, cioè., la quantità di acqua nei fiumi, funziona già abbastanza bene, ma è particolarmente difficile determinare l'evaporazione dell'acqua dalla superficie terrestre. "In Austria in particolare, ci sono pochi dati disponibili su questo aspetto, perché non ci sono quasi punti di misurazione, "dice Schulz.

La complessità e variabilità del suolo presenta un'ulteriore sfida:"Molto spesso, il deflusso successivo alle precipitazioni è controllato dalla struttura porosa grossolana del suolo, che è determinato, tra l'altro dall'attività dei lombrichi. Per questa ragione, il progetto aveva un proprio gruppo di lavoro che studiava le tane dei lombrichi e cercava di quantificarle e prevederne la struttura".

L'evaporazione fornisce un effetto di raffreddamento

Il fiume Attert è stato scelto perché il suo bacino idrografico vanta una rete particolarmente fitta di stazioni di misura, che lo rende un'area di prova perfetta per perfezionare i modelli e sviluppare un quadro il più completo possibile di tutti i processi coinvolti. Il compito di Schulz e del suo gruppo era il telerilevamento, ovvero osservare i processi dall'aria mediante termocamere, tra l'altro. "Abbiamo esaminato l'intero sistema utilizzando il telerilevamento e caratterizzato il bacino di utenza in termini di funzioni, "Spiega Schulz.

La temperatura della superficie terrestre consente ai ricercatori di trarre conclusioni sull'evaporazione. L'evaporazione diminuisce dove la temperatura superficiale è elevata perché è disponibile solo meno acqua, e manca l'effetto rinfrescante dell'evaporazione. Dove è presente l'acqua, l'energia viene utilizzata per l'evaporazione e le temperature sono di conseguenza più basse.

Le immagini termiche da sole non forniscono informazioni sufficienti, ecco perché il gruppo di ricerca li ha combinati con le immagini delle fotocamere convenzionali. Il gruppo di Schulz ha studiato le immagini di un periodo di dieci anni e ha sottoposto questi dati a una cosiddetta analisi delle componenti principali. Questo metodo consente loro di identificare le strutture rilevanti in grandi quantità di dati. L'obiettivo era identificare aree con un comportamento idrologico simile. "Abbiamo anche utilizzato i dati di quest'area per caratterizzare e classificare la vegetazione al fine di poter dedurre le proprietà del suolo dal risultato, " spiega Schulz.

Puntare a un modello preciso

Insieme ai risultati degli altri gruppi internazionali, i risultati di Schulz e del suo team sono stati integrati in un nuovo modello di flusso d'acqua per la regione di Attert. "Il nostro lavoro è stato utilizzato per determinare quale risoluzione spaziale della fotografia aerea era necessaria per mappare tutte le caratteristiche del paesaggio rilevanti e per determinare come le informazioni sul suolo possono essere incorporate nel modello". Schulz considera il nuovo modello derivato dal progetto di ricerca di base un importante passo avanti:"I precedenti modelli idrologici, come quelli che tradizionalmente utilizziamo nei sistemi di previsione delle piene in afflusso, non aver, di regola, implementato questa interazione tra acqua e vegetazione nel suolo." I nuovi risultati facilitano migliori previsioni per l'agricoltura e per le conseguenze delle inondazioni. A partire dal 2011, il progetto CAOS si è svolto in due fasi ed è stato completato alla fine del 2019.