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Applicazione della tecnica Applicazione della tecnica eddyeddy covariancecovariance per la misura per la misura dei flussi di evapotraspirazione dei flussi di evapotraspirazione
e di COe di CO22: casi di studio in : casi di studio in Italia. Italia.
FEDERICA ROSSIFEDERICA ROSSI
IBIMET IBIMET -- CNR CNR BolognaBologna
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Le piante assumono, trasferiscono, trasformano energia e materia producendo sostanza secca
input output
I sistemi agrari
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Gli scambi di C, H2O, energia con l’ atmosfera sono regolati dalla struttura della chioma e dall’attività fisiologica
Comprendere i processi di scambio a livello del sistema è alla base degli studi per lagestione delle risorse a scale territoriali, la risposta e adattamento ai cambiamenti climatici…
FOGLIA
CHIOMAECOSISTEMA
MODELLI
Scaling-up
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Le informazioni provengono dalla foglia o dalla pianta
o vengono assunte dall’atmosfera “libera” che circonda la vegetazione. Metodi micrometeorologici
PROCESSI DI SCAMBIO:
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EDDY COVARIANCE: EDDY COVARIANCE: la la tecnicatecnica e le e le basibasi
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Il moto turbolento: Reynolds applicò per primo la fluidodinamica all’atmosfera, intuendo come il moto turbolento trasportasse, oltre
che quantità di moto, anche calore e altre quantità scalari. Immaginò per primo il flusso in regime di moto turbolento, sostenuto da “eddies”, che sono responsabili del trasporto.
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Appositi strumenti posti sopra la vegetazione acquisiscono le fluttuazioni di questi valori (H2O, CO2) con una frequenza di
almeno 10 Hz. I flussi delle diverse quantità vengono ricavati dai dati attraverso una serie di algoritmi, controlli e correzioni.
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Il flusso turbolento di una quantità è quindi calcolabile a partire dalla misura delle fluttuazioni delle componenti del vento e della concentrazione della quantità che ci interessa. Il moto tridimensionale è difficile da descrivere, ma se si assume un tempo corretto di misura (stazionarietà), un appezzamento sufficientemente esteso (omogenità permette di trascurare il trasporto orizzontale), e giacitura in piano (velocità verticale media nulla):Allora:
DzzSzCDcwF
z
zz )()()(0
0'' ∫+==
δδ
l’equazione diventa:
Il flusso alla quota z è il flusso diffusivo sommato al contributo di source e sink nello strato sottostante alla misura.
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Essenza del metodo:Essenza del metodo:
Il flusso verticale si può rappresentare come covarianza della velocità verticale del vento e della concentrazione dell’entità che ci interessa (CO2, H2O, NOx, O3, ecc.)C è la concentrazionew è la velocità verticale del ventoLa barra sopra al prodotto rappresenta la media su un appropriato periodo di tempo (15 min – 1 ora)L’indice ‘ indica la deviazione dalla media delle variabili considerate (varianza)
zc cwF )( ''=
c
w
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Anemometro sonico: misura quanto tempo impiega unimpulso ad ultrasuoni per percorrere la distanza tra due trasduttori e confronta tale tempo con quello
impiegato da un successivo impulso lanciato in senso contrario.
Dato che la velocità di propagazione del suono è regolata anche dalla temperatura, l’anemometro, oltre
alle tre componenti del vento, misura anche la temperatura dell’aria.
Principio generale:
Per rappresentare il flusso occorre comprendere la maggior parte possibile dello spettro della turbolenza efficace per il trasporto: frequenze di campionamento elevate.
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Flux tower
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Open-path:misura diretta al punto di campionamento. Un raggio IR passa nell’aria libera: la quantità di radiazione letta dal detector è proporzionale alla densità di CO2 and H2O. Tre bande assorbimento: CO2, H2O, e reference, che normalizza il segnale. Non c’è gas di riferimento, occorrono calibrazioni più frequenti. Meno energia, detector molto veloce, no time-lag. Difficili misure quando finestra è bagnata.
Closed-path: L’aria passa in un tubo tra punto di misura e cella di analisi. C è una differenza di assorbimento con un gas campione di concentrazione nota. Occorre una pompa, e una bombola di gas.
Attenuazione specifiche bande (IR-UV)
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Eddy covariance Eddy covariance –– vantaggivantaggi
MetodoMetodo non non intrusivointrusivoLivelloLivello didi scalascala appropriatoappropriato per info per info territorialeterritorialePermettePermette misuremisure direttedirette didi evapotraspirazioneevapotraspirazione e e didi NEENEEPuòPuò campionarecampionare areearee grandigrandi se se omogeneeomogenee((alcunialcuni kmkm22))SonoSono possibilipossibili misuremisure a a lungolungo termineterminePuòPuò misuraremisurare diverse specie diverse specie chimichechimiche e e ilil flussoflussodidi energiaenergia
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Eddy covariance Eddy covariance –– limitilimiti
MisureMisure notturnenotturne COCO22 sottostimatesottostimate ––stratificazionestratificazione termicatermica ((stratostrato didi inversioneinversione) ) DifficileDifficile in in terreniterreni “non“non--idealiideali””–– pendenzependenze, , piccolepiccole estensioniestensioni. . “Data gaps” “Data gaps” inevitabiliinevitabili –– ricalibrazioniricalibrazioni, , blocchiblocchi, , neveneve, , nebbianebbia, etc…., etc….MoltiMolti datidati!!!!
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CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA
• ACCUMULO (STORAGE):** In condizioni di stabilità sopra la chioma le densità di flusso di CO2 non sempre uguagliano lo scambio reale dell’ecosistema. Questo per l’accumulo di CO2 al di sotto della strumentazione di notte.
• DISALLINEAMENTO DEI SENSORI:** La misura della componente verticale della velocità verticale con anemometri sonici non perfettamente verticali o in terreni troppo pendenti porta a valori errati. L’errore della misura è compreso tra il 3-4% per ogni grado di scostamento dalla verticale.
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CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA
• DISTORSIONE DEL FLUSSO:** Dovuta alla struttura di supporto dell’anemometro sonico sulla misura della velocità del vento. Si minimizza durante le fasi progettuali realizzando il supporto dei sensori simmetricamente sulla verticale.
• CORREZIONI PER CAMBIAMENTI DELLA DENSITA’ DELL’ARIA** Il trasporto simultaneo di calore sensibile e calore latente porta a fluttuazioni della densità dell’aria che possono erroneamente essere attribuiti a cambiamenti di flusso. L’uso dianalizzatori di tipo chiuso dove l’aria viene fatta passare attraverso un tubo in teflon riduce le fluttuazioni.
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CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA
• ROTAZIONE DI COORDINATE:** La rotazione di coordinate corregge le misure effettuate su terreni complessi o con accentuate pendenze che possono causare la divergenza o convergenza delle linee di flusso. La pendenza da non superare durante le misure di eddycovariance è al max di 7 ° dalla verticale.
• DETRENDING** Questa procedura si applica per evitare la non stazionarietà del valor medio. Un metodo di de-trending è la sottrazione della media mobile, applicato direttamente in campo, anche se presenta lo svantaggio di sottostimare il contributo dei eddiesad alta frequenza. Un’alternativa è il de-trending lineare dove si sottrae ai dati grezzi della serie una relazione lineare tra i valori misurati e il tempo.
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CORREZIONI agli ERRORI DI MISURACORREZIONI agli ERRORI DI MISURA
• TIME LAG:** Gli analizzatori di tipo chiuso hanno un ritardo nei dati dovutial tempo che l’aria impiega per percorrere il tubo di campionamento. Il ritardo del vapor acqueo è maggiore rispetto a quello della CO2 a causa della natura delle molecole. Il ritardo viene calcolato massimizzando la correlazione tra concentrazioni e velocità verticale del vento. Una stima viene essere effettuata considerando la lunghezza e il diametro del tubo e la portata della pompa di aspirazione.
QUALITY CHECK E GAP FILLINGQUALITY CHECK E GAP FILLING
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QUALITY CHECKQUALITY CHECK DEI DATIDEI DATI• Analisi dei dati istantanei:
** Si può effettuare con diversi software: QC QC QualityQuality ControlControl, Boundary Layer Group, Corvallis, USA; EdiReEdiRe, IERM, Institute of Ecology and Resource Management Edimburgh University.I test principali che vengono applicati sono per l’individuazione di:
-- dati non validi (spikes);-- momenti statistici più elevati;-- limiti assoluti;-- discontinuità.
• Test di stazionarietà:** Ogni serie temporale di 30 minuti viene suddivisa in intervalli di 5 minuti, e per ognuno si calcola la covarianza tra due segnali: se la covarianza calcolata sui singoli intervalli differisce per meno del 30% rispetto a quella calcolata sull’intero periodo la misura ha un’ alta qualità, se differisce tra il 30 e il 60% ha una qualità accettabile, altrimenti è da scartare.
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QUALITY CHECKQUALITY CHECK DEI DATIDEI DATI
• Test delle caratteristiche della turbolenza:• Si verifica che i parametri micrometeo ottenuti soddisfino la
teoria della similarità con un errore entro il 30%.
• Chiusura del Bilancio di Energia:
• Correzione per u*:
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SOLE
Trasmissione
Trasmissione
Riflessione
RiflessioneRiflession
e
Assorbimento
Assorbimento e scattering
Assorbimento
e scatteringda aerosol
Assorbimento
e scatteringmolecolar
e
Assorbimento
OCEANO SUOLO
Assorbimento
Energia disponibile al suolo(Radiazione Netta)RN = (1-α) Rg + I ↓- I↑
una parte viene trasmessa per conduzione al suolo (Flusso di Calore nel suolo G)
una parte viene usata per evaporare l’acqua presente nel suolo e nella vegetazione (Flusso Turbolento di
Calore Latente H)
una parte riguarda lo scambio di calore (Flusso Turbolento di Calore sensibile H)
Rn = H + λE + G
y = 1.0926xR2 = 0.9129
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700
H0+LE(W m-2)
Rn-
G(W
m-2
)
1:1 line
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GAP FILLINGGAP FILLING
•• Interpolazione lineare (per gap di 3 ore Interpolazione lineare (per gap di 3 ore maxmax););
• Andamenti medi giornalieri calcolati su un piccolo numero di giorni (10-15);
• Tavole sinottiche;
• Reti neurali.
•• Metodi di regressione;Metodi di regressione;
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GAP FILLING: REGRESSIONI non LINEARIGAP FILLING: REGRESSIONI non LINEARI
• FLUSSI NOTTURNI:
Si calcola la relazione tra il flusso di CO2 notturno e la temperatura dell’aria o quella del suolo e si applica la relazione ottenuta ai dati mancanti.
• FLUSSI DIURNI:
Si calcola la relazione tra il flusso di CO2 diurno e la densità di flusso fotonico fotosinteticamente attivo e si applica la relazione ottenuta ai dati mancanti.
BTnight AeR = Lloyd e Taylor (1994)
dayGPPaPPFD
OPTday ReGPPF OPT −⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 1
Dagnielie (1991)GPPOPT:produttività primaria lorda;Rday: respirazione diurna dell’ ecosistema
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ApplicazioniApplicazioni eeCasiCasi didi studiostudio
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Oltre 500 torri stanno operando misure Oltre 500 torri stanno operando misure longlong--termterm su base continuasu base continua
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DISLOCAZIONEDISLOCAZIONE
•• Superficie 38.6 haSuperficie 38.6 ha•• Lat. 44° 41’ 25.15”Lat. 44° 41’ 25.15”•• Long. 11° 05’ 22.24”Long. 11° 05’ 22.24”•• Altitudine 25mAltitudine 25m•• pendenza 0 pendenza 0
STAZIONE EDDY
• h torre 16 m• h anemometro 15m• h vegetazione ~ 11 m
Tipologia forestale
• Ceduo misto• Sesto 3x3
Anno d’impianto 1992 (830 piante ha-1
Direzione prevalente del vento
Il sito di Nonantola
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La vegetazione naturale nel protocollo di Kyotoafforestazione, gestione degli ecosistemi, biomasse vegetali
Per il raggiungimento degli impegni sottoscritti nel Protocollo possono essere considerate le variazioni nette nell’assorbimento di carbonio che risultino direttamente da attività antropiche di modificazione dell’uso del suolo e di gestione forestale, limitatamente a interventi di afforestazione, riforestazione e deforestazione attuati a partire dal 1990 (Art. 3.3) . (Kyoto forests)
I crediti di carbonio derivanti dalla gestione sostenibile delle foreste, previsti dall’Art. 3.4 del Protocollo, sono stati assegnati per il primo periodo di implementazione prescindendo dalle attività effettivamente messe in atto.
Anche se non esplicitamente menzionata, la produzione di legno e biomasse vegetali rientra inoltre indirettamente nel Protocollo, nella misura in cui permette di ridurre il ricorso al petrolio ed ai suoi derivati per usi energetici o strutturali.
Il Protocollo prevede infine che ogni Paese metta in atto un sistema di monitoraggio del bilancio del carbonio della vegetazione.
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1058. Carta di GottescalcoAtto costitutivo della Partecipanza Agraria di Nonantola con concessione perpetua di silvas, pascua e paludes
fatta dall’Abbazia all’intero popolo nonantolanonell’anno 1058.
Re-forestata nel 1992.
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BOSCO MISTO (KYOTO FOREST NONANTOLA)BOSCO MISTO (KYOTO FOREST NONANTOLA)
8.968.967.017.01MediaMedia
6.566.566.146.14CarpinusCarpinus
betulusbetulus
3.823.825.085.08AlnusAlnus sppspp
4.514.514.814.81PrunusPrunus mahalebmahaleb
14.0914.098.448.44SalixSalix sppspp
14.8714.879.959.95PopulusPopulus sppspp
4.954.954.404.40Acer campestreAcer campestre
12.3512.359.099.09FraxinusFraxinus sppspp..
10.5010.508.138.13QuercusQuercus roburrobur
DBH DBH (cm)(cm)
h h (m)(m)SpecieSpecie
Dimensioni delle piante
2%2%Carpino bianco (Carpino bianco (CarpinusCarpinus betulusbetulus))
4%4%Ontano (Ontano (AlnusAlnus glutinosa)glutinosa)
10%10%MagaleppoMagaleppo ((PrunusPrunus mahalebmahaleb))
8%8%Salici (Salici (SalixSalix alba, alba, SalixSalix contorta)contorta)
7%7%pioppi (pioppi (PopulusPopulus alba, P alba, P nigranigra))
14%14%acero campestre (acero campestre (Acer campestre Acer campestre
L.)L.)
24%24%frassino, frassino, FraxinusFraxinus sppspp..
31%31%farnia (farnia (QuercusQuercus roburrobur L.) L.)
Copertura del suolo
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FOOTPRINT FETCH !!!!!!
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FOOTPRINTFOOTPRINT: : la distanza dell’area avente il massimo contributo del flusso la distanza dell’area avente il massimo contributo del flusso misurato (misurato (xmaxxmax). ).
Calcoli ad intervalli semiorari, con un adattamento per le condiCalcoli ad intervalli semiorari, con un adattamento per le condizioni di nonzioni di non--neutralità (velocità del vento, direzione, velocità di frizione neutralità (velocità del vento, direzione, velocità di frizione e stabilità e stabilità atmosferica).atmosferica).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600
x (m)
(1/Q
0) d
Q/d
x (x
104 )
Funzione di Funzione di footprintfootprintContributo massimo del flusso misurato
(xmax)
80% del flusso
misurato
90% del flusso
misurato
SchueppSchuepp etetal. (1990)al. (1990)
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FISSAZIONE DEL CARBONIO NEL BOSCO DI NONANTOLA
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
t C h
a-1
Gennaio
Febbrai
o
Marzo
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settem
bre
Ottobre
Novem
breDice
mbre
2002 2003 2004 2006 2007 2008R
ilasc
ia C
O 2A
ssor
be C
O2
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Ciclo del C di una Kyoto forestvariabilità giornaliera e stagionale
Tempo (ora) 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Tem
po (m
ese)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6
NEE(μmoli m-2 s-1)
20022002
Tempo (ora) 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00
Tem
po (m
ese)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6
NEE(μmoli m-2 s-1)
20032003
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NONANTOLA: NONANTOLA: giornigiorni tipicitipici
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn G Fc
Febbraio Marzo
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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-15
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0
5
10
H0 LE Rn G Fc
Aprile
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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-10
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0
5
10
H0 LE Rn G Fc
Giugno 2001
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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-10
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0
5
10
H0 LE Rn G Fc
Giugno 2001
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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0
5
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H0 LE Rn G Fc
Giugno 2002
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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5
10
H0 LE Rn G Fc
Giugno 2002
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
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300
400
500
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Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
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-5
0
5
10
H0 LE Rn G Fc
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Applicazioni su frutteti
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Bilancio energetico, evapotraspirazione e
scambio di carbonio in un impianto diolivo
in Sicilia
Dipartimento di ColtureArboree Quantificare la quantità giornaliera (o
settimanale) di acqua consumata, al fine di “seguire” un modello sostenibile di gestione dell’acquaH20
CO2Definire la efficienza di fissazione diCO2 atmosferica di un olivetocommerciale
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Scambi di CO2 misurati a livello di arboreto: eddy covariance
Oliveto commerciale (cv. Nocellara del Belice)Castelvetrano
Confronto fra il consumo idrico Giornaliero valutato a livello di albero e frutteto:
- Approccio ecofisiologico (sensori sap-flow);
- Approccio micrometeorologico (eddy covariance).
Determinazioni indipendenti di Evapotraspirazione attraverso l’uso dell’Equazione n° 69 (dual crop coefficient approach), quaderno 56 FAO (Irrigationand drainage paper): Etc = Eto * (Kc)
H20
CO2
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Necessità di migliorare le conoscenze sulla richiesta irrigua come input per un corretto scheduling di irrigazione. Kc sono usati per rapportare i dati di ETo ai valori alla ET della coltura
ETc = ETo x Kc
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CaratteristicheVegetative Dell’oliveto
La percentuale media di copertura del suoloda parte degli alberi èdel 45%
Appezzamento (plot)
Età (Anni)
Densità d’impianto
(m)
Area sezione del tronco (cm2)
Area della proiezione della
chioma (m2)
Altezza albero
(m) A 12 5 x 8 321 13 3.7 B 16 5 x 8 463 22.97 3.5 C 150 7 x 7 873 20.71 3.4 D 12 5 x 8 225 13.25 3.7
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NPlot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NAppezzamento A (SE)
Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)
Appezzamento B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddy covariance
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NPlot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)N
Plot A (SE)
Plot C (NE)Plot D (NW)
Plot B (SW)
NAppezzamento A (SE)
Appezzamento C (NE)Appezzamento D (NW)
Appezzamento B (SW)
NSensori sap flow
Stazione eddy covariance
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OLIVOOLIVO
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y = 1.0926xR2 = 0.9129
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700
H0+LE(W m-2)
Rn-
G(W
m-2
)1:1 line
Eddy covariance : bilancio energetico
L’elevato valore di correlazione (0.91) indica un basso grado di dispersione
(Flussi turbolenti)
(Ene
rgia
disp
onib
ile)
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Flussi di scambio di CO2
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
15/08 00:00 16/08 00:00 17/08 00:00 18/08 00:00 19/08 00:00 20/08 00:00 21/08 00:00
Flus
so d
i CO
2 (µ
mol
m-2
s-1)
Giorni
Flusso di assimilazione massim: 23 μmol m-2 s-1
Flusso di respirazione massima notturna: 5 μmol m-2 s-1
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ACTINIDIAACTINIDIAActidinieto di 18 ha situato nella Pianura Padana (45° 28’ N, 11° 27’ E)•Sesto d’impianto 2.5x5 m, h 1.9 m •Cv Hayward•Forma allevamento T •Rapporto femmine/maschi 8:1
WUE (water use efficiency):
Maggio=0.0027Giugno=0.0029Luglio = 0.0022Agosto=0.0018
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Footprint dell’actidinieto:
Oltre il 90% dei flussi di CO2 e H2O venivano dalla superficie della coltura.
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Fc c
umul
ated
(mm
oli/m
2 tim
e pe
riod)
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03 ott-03 nov-03
morning (7:00-12:30) afternoon (13:00-18:30) night (19:00-6:30)
morning (7:00-12:30) -215.94 -243.93 -215.60 -190.34 -202.98 -170.55 -90.29
afternoon (13:00-18:30) -91.89 -124.58 -106.10 -62.20 -82.54 -46.16 -36.15
night (19:00-6:30) 190.64 148.73 127.81 125.86 125.59 154.04 105.33
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03 ott-03 nov-03
Partizione giornaliera
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Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn G Fc
May
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
June
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
July
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
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H0 LE Rn GFc
August
Partizione stagionale
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Programma di Azione LocaleProgramma di Azione Localedi lotta alla siccità e alla desertificazionedi lotta alla siccità e alla desertificazione
Caso di studio Caso di studio LamoneLamone –– MarzenoMarzeno
Inclusa nelle aree vulnerabili alla siccità e desertificazione Inclusa nelle aree vulnerabili alla siccità e desertificazione (Del. CIPE 229/1999)(Del. CIPE 229/1999)
Inclusa nella Inclusa nella perimetrazioneperimetrazione delle aree soggette o delle aree soggette o minacciate da siccità, degrado del suolo e processi di minacciate da siccità, degrado del suolo e processi di desertificazione (allegato F desertificazione (allegato F –– PTA, 2005)PTA, 2005)
PAL EmiliaPAL Emilia--RomagnaRomagna vuole affrontare il problema del rapporto tra irrigazione e vuole affrontare il problema del rapporto tra irrigazione e squilibrio del bilancio idricosquilibrio del bilancio idrico di bacinodi bacinodando valore alla dando valore alla sostenibilità sostenibilità delle scelte colturali alla delle scelte colturali alla luce degli attuali e prossimi scenari climatici luce degli attuali e prossimi scenari climatici per individuare per individuare possibili soluzionipossibili soluzioni in ambito agricolo in ambito agricolo applicabili in situazioni ambientali similiapplicabili in situazioni ambientali simili
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CColtura oltura idroesigenteidroesigente (consumi lordi dell’ordine di 6800 m3/ha), che (consumi lordi dell’ordine di 6800 m3/ha), che le precipitazioni dell’area riescono a soddisfare mediamente solle precipitazioni dell’area riescono a soddisfare mediamente solo o per il 50per il 50--60%: 60%: forte domanda irrigua.forte domanda irrigua.
Problema è in aggravamento Problema è in aggravamento per la per la tendenza all’espansionetendenza all’espansionedella coltura, con ritmi superiori rispetto all’aumento delle cadella coltura, con ritmi superiori rispetto all’aumento delle capacità pacità di stoccaggio nei di stoccaggio nei bacini artificialibacini artificiali, e per l’oggettiva , e per l’oggettiva diminuzione della disponibilitàdiminuzione della disponibilità idrica di bacino, dovuta alle idrica di bacino, dovuta alle minori precipitazioni anche nevose.minori precipitazioni anche nevose.
frutticoltura intensivafrutticoltura intensiva
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Frumento
Pesco
Vite
Kiwi
Medica
Seminativi primaverili
8.28.21.2361.236Medica (prati Medica (prati avvicendati)avvicendati)
20.320.33.0523.052Frumento (cereali Frumento (cereali autunnoautunno--vernini)vernini)
14.214.22.1372.137Seminativi (a ciclo Seminativi (a ciclo primaverileprimaverile--estivoestivo))
0.90.9128128OlivoOlivo
21.821.83.2773.277ViteVite
30.630.64.5834.583Pesco (altri fruttiferi)Pesco (altri fruttiferi)
3.73.7551551ActinidiaActinidia
di cui:di cui:
100.0100.015.00015.000Superficie agricola tot. Superficie agricola tot.
%%haha
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actinidia pesco vite
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PAL Forlì, 25 settembre 2008PAL Forlì, 25 settembre 2008 5656
Individuazione delle coltureIndividuazione delle colture
Evoluzione della superficie ad actinidia dal 1985 al 2006 (dati da telerilevamento)
286.75
586.69
106.74
3.6
541.215
0
100
200
300
400
500
600
700
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Ha
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400 550 650 750 1000 1400
Precipitazione (mm) - cumulata media annuale 2000-2007
Precipitazioni annuali tra 650 e 750 mm
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700 800 900 1000 1100
Evapotraspirazione potenziale (Hargreaves) (mm) valore medio annuale 2000-2007
Etp annuale 950 – 1050 mm
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-600 -500 -400 -300 -200 -100
Bilancio idroclimatico (mm) - valore medio 1° maggio- 30 sett 2000-2007
Il deficit idro-climatico estivo va da 400 a 500 mm
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FinalitàFinalitàprogrammazioneprogrammazione a livello regionale e a livello regionale e locale degli interventi normativi e strutturali locale degli interventi normativi e strutturali che che risponda alle risponda alle istanze immediate dei produttoriistanze immediate dei produttori, , ma ma non pregiudichi gli non pregiudichi gli equilibri dell’agroequilibri dell’agro--ambiente nel prossimo futuro.ambiente nel prossimo futuro.
Tra le possibili misure di contenimento della domanda irrigua:Tra le possibili misure di contenimento della domanda irrigua:approcci regolativo, tariffario, di mercato,approcci regolativo, tariffario, di mercato,
approcci tecnici ed agronomici: approcci tecnici ed agronomici: adozione di strumenti e tecniche colturali per adozione di strumenti e tecniche colturali per razionalizzazione dell’irrigazione attraverso ad es. i bilanci irazionalizzazione dell’irrigazione attraverso ad es. i bilanci idricidriciscelte colturali e varietali scelte colturali e varietali
POSSIBILI AZIONI POSSIBILI AZIONI DIDI MITIGAZIONEMITIGAZIONE
riduzione della domanda irriguariduzione della domanda irriguasperimentazioni sul risparmio irriguo dell’actinidiasperimentazioni sul risparmio irriguo dell’actinidiaStudi su soluzioni agronomiche alternativeStudi su soluzioni agronomiche alternative
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Miglioramento dei parametri irrigui per Miglioramento dei parametri irrigui per il bilancio idrico dell'actinidia il bilancio idrico dell'actinidia nel sistema IRRINETnel sistema IRRINET
Base dati meteo
Base dati Base dati dei suolidei suoli
Parametri Parametri colturalicolturali
IRRINET è il servizio di assistenza tecnica irrigua su WEB, creaIRRINET è il servizio di assistenza tecnica irrigua su WEB, creato dal to dal Consorzio CER e gestito da tutti i Consorzi di Bonifica della reConsorzio CER e gestito da tutti i Consorzi di Bonifica della regione. gione. E’ gratuito e coinvolge più di 9000 agricoltori, coprendo più deE’ gratuito e coinvolge più di 9000 agricoltori, coprendo più del 25% del l 25% del territorio irriguo di pianura. Nel 2007 la sua applicazione ha territorio irriguo di pianura. Nel 2007 la sua applicazione ha permesso di permesso di risparmiare complessivamente circa 50 milioni di m3risparmiare complessivamente circa 50 milioni di m3
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AZAZ. SPOGLIANTI . SPOGLIANTI BRISIGHELLA BRISIGHELLA
44° 12.230 N11° 45.264 E
Altitudine 151 s.l.m.Cultivar Haywardimpianto del 1995
sesto 3x5 m forma di allevamento “T”
Irrigazione 4 gocciolatori/pianta da 4 l/h
Pluviometria 1.06 mm/h
ObiettivoObiettivomessa a punto dei Kc dell’actinidiamessa a punto dei Kc dell’actinidia
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Monitoraggio con metodi micrometeorologici dei
flussi di evapotraspirazione, derivati dal bilancio
energetico e dagli scambi di CO2 per la messa a punto di
coefficienti culturali dell’actinidia
Kc=ETcKc=ETc//EToETo
•anemometro sonico•Infra Red Gas Analyzer, IRGA •radiometri netti•sensori di temperatura•piastre di flusso nel terreno
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Hayward kiwifruit orchard
Po plane, Italy
45°28’ N 11° 27’ E
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LAI
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
29/4/
03
6/5/03
13/5/
03
20/5/
03
27/5/
03
3/6/03
10/6/
03
17/6/
03
24/6/
03
1/7/03
8/7/03
15/7/
03
date
LAI
Orchard characteristics, growth and phenology
18 ha uniform surface
13 years old, T –bar training system.
Spacing: 5 x 2.5 m female/male ratio 8:1
Total plants/ha 800, productive plants 700
Irrigation: drop + microsprinkler (below canopy):
4.5 mm/day = 45 m3/ha/day
Production 15. 61 t/ha
Record Mean St.errorTrunk girth (cm) 9 2Buds/cane (n) 22.6 1.2Budbreak (%) 69 2Flower/shoot (n) 6.85 0.34Flowers/bud (n) 4.27 0.27
Budbreak April 6 - Flowering May 21-25 -Harvest October 17
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LAI
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
29/4/
03
6/5/03
13/5/
03
20/5/
03
27/5/
03
3/6/03
10/6/
03
17/6/
03
24/6/
03
1/7/03
8/7/03
15/7/
03
date
LAI
Orchard characteristics, growth and phenology
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max total flux80% of total flux
N
E
S
W
NE
SESW
NW
max total flux80% of total flux
N
E
S
W
NE
SESW
NWyoung kiwifruit
orchard arable
peach orchard
peach orchardkiwifruit and peach orchard
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Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc (μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn G Fc
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
λE ≅ 35% RnH ≅ 35% Rn
Fc max ≅ 13 μmolm-2s-1
λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn
Fc max ≅ 15 μmolm-2s-1
MAY
JUNE
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Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn
Fc max ≅ 13 μmolm-2s-1
λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn
Fc max ≅ 11 μmolm-2s-1
JULY
AUGUST
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Hour 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00
W m
-2
-100
0
100
200
300
400
500
600
Fc ( μ
mol
i m-2
s-1
)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
H0 LE Rn GFc
y = 0.7476x - 13.87R2 = 0.751
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250
Rn-G (W m-2)
H+ λ
E (W
m-2
)
λE ≅ 50% RnH ≅ 20% Rn
Fc max ≅ 14 μmolm-2s-1
SEPTEMBER
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-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250Fc
cum
ulat
ed (m
mol
i/m2 ti
me
perio
d)
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03
morning (7:00-12:30) afternoon (13:00-18:30) night (19:00-6:30)
morning (7:00-12:30) -215.94 -243.93 -215.60 -190.34 -202.98
afternoon (13:00-18:30) -91.89 -124.58 -106.10 -62.20 -82.54
night (19:00-6:30) 190.64 148.73 127.81 125.86 125.59
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03
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-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
kg C
/ha
mon
th
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03
NEE GPP ER
NEE -554.05 -802.36 -705.91 -463.77 -511.12
GPP -2020.91 -2282.27 -1999.43 -1517.19 -1593.63
ER 1466.86 1479.91 1292.00 1053.43 1082.51
mag-03 giu-03 lug-03 ago-03 set-03
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-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
22/7
/03
14.5
522
/7/0
3 20
.55
24/7
/03
13.5
524
/7/0
3 20
.00
25/7
/03
2.00
25/7
/03
8.00
25/7
/03
14.0
025
/7/0
3 20
.00
26/7
/03
2.00
26/7
/03
8.00
26/7
/03
14.0
026
/7/0
3 20
.00
27/7
/03
2.00
27/7
/03
8.00
27/7
/03
14.0
027
/7/0
3 20
.00
28/7
/03
2.00
28/7
/03
8.00
CO
2 (
μmol m
-2 s
-1)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
PA
R (
μmol m
-2 s
-1)
PAR CO2 flux
Leaf photosynthesis- respiration (bag enclosure)
Canopy WUE midday
(molCO2/molH2O)
May 0.0027
June 0.0029
July 0.0022
August 0.0018
September 0.0033
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VITE DA MENSAVITE DA MENSA Vigneto da tavola a tendone: sistema tradizionalmente diffuso nel Sud Italia.Regina/140Ruggeri
Daily net Carbon budget di un vigneto di uva da tavola in Puglia, :
2001: 2.07 g C m2 giorno2002: 1.68 g C m2 giorno
Canopy WUE midday(molCO2/molH2O)
2001= 0.0012±0.0002
2002= 0.0018 ±0.0008
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-20
-15
-10
-5
0
5
10
00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00
μmol
i CO
2 m-2
s-1
Fc Media mobile
2002
-20
-15
-10
-5
0
5
10
12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00
μmol
i CO
2 m-2
s-1
Fc Media mobile
2001
FLUSSI GIORNALIERI DI CO2 RILEVATI NEI DUE ANNI
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VITE DA VINOVITE DA VINO
SangioveseSangioveseCultivarCultivar
MontalcinoMontalcinoLocalitàLocalità
1 (0,83 min 1,3 1 (0,83 min 1,3 maxmax))LAI fruttetoLAI fruttetoDa 3 a 5 mDa 3 a 5 m2 2 (8100(8100--13500 m13500 m2 2 haha--11))Area fogliare Area fogliare 2700 (3,7 m2700 (3,7 m2 2 pianta)pianta)Piante ettaroPiante ettaro
3 X 1,8 m h=1,9 m3 X 1,8 m h=1,9 mSesto d’impiantoSesto d’impianto
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Footprint del vigneto:
Oltre l’80% dei flussi di CO2 e H2O venivano dal vigneto e non da altre zone
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Daily net Carbon budget di un vigneto di uva da vino in Toscana :
2006: 3.3 g C m2 giorno che corrispondono a circa 4.9 t di C ha-1 anno.
Rappresentazione di un giorno tipico del flusso di C dalla vegetazione, in rosso il rilascio di CO2, in verde l’assorbimento
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Consiglio irriguo