Effect of the climate change on the snow regime in the Alps of Lombardy

Snow, in addition to be a complex meteorological phenomenon, is one of the main resources of the mountain environment and is proved that more than one-sixth of the Earth’s population relying on glaciers and seasonal snowpack for their water supply. Evidence from present knowledge indicates European Alps are undergoing noticeable and measurable transient climate change and their hydrological cycle is impacted. The aim of this thesis is to investigate the effects of Global Climate Change (GCC) on the snowy regimes of the Lombard Alps, analyzing the current situation and proposing a series of possible future scenarios. Based on the results obtained, the main effects of this phenomenon on the natural environment are then analyzed, focusing on the possible hazards induced at the hydrological and avalanche levels. After a series of introductory theoretical notions and a detailed description of the available database, the study is divided in three parts. In the first part a trend analysis of the historical series of some Snow Variables, representative of the snowiness regime of the area, is presented. In this analysis the effect of some parameters, such as the elevation, the mountain area, and the season, is evaluated, also analyzing the influence of large-scale atmospheric circulation patterns through a correlation with the NAO teleconnection index. Temperature and total precipitation trends are studied as well. The second part of the thesis concerns the analysis of possible future regimes. The proposed trend analysis is therefore applied to the Snow Variable’s future projections until the end of the XXI century. Temperature and total precipitation variables are projected with 6 different Global Circulation Models (GCM) based on the future radiative forcing values, obtained with IAM models for 4 different scenarios (SSP) descriptive of the possible future society’s development. The shift from resolution of the models to the local scale is provided thanks to a downscaling procedure, and the snow depth future projections are computed with a snowpack evolution model starting from temperature and precipitation ones. Both the past and the future years trend assessments seems to confirm a general snow decreasing in the studied areas, with a significant temperature increment and a generally steady precipitations regime. The phenomenon has different entities, mainly due to elevations and the social development scenario considered. After a discussion of the obtained results, in the third part of the thesis work, the importance of snow is resumed, focusing attention on the effects that the described change may have, both in the hydrological and avalanche field. Furthermore, is shown how this phenomenon, induced by GCC, constitutes a real hazard which modern society must face.

La neve, oltre che un complesso fenomeno meteorologico, è una delle principali risorse dell’ambiente montano ed è dimostrato come più di 1/6 della popolazione terrestre dipenda dai ghiacciai e dalla copertura nevosa stagionale per l’approvvigionamento idrico. Le attuali conoscenze indicano che le Alpi europee sono soggette ad un cambiamento climatico evidente e quantificabile, e che il loro ciclo idrologico ne è fortemente influenzato. Lo scopo del presente lavoro di tesi è quello di investigare gli effetti del GCC (Cambiamento climatico globale) sul regime di nevosità delle Alpi lombarde, analizzando la situazione corrente e proponendo una serie di scenari futuri. Sulla base dei risultati ottenuti, vengono poi analizzati i principali effetti di questo fenomeno sull’ambiente naturale, focalizzandosi sui possibili pericoli, indotti a livello idrologico e valanghivo. Dopo una serie di nozioni teoriche introduttive, nonché una dettagliata descrizione del database disponibile, lo studio può essere diviso in tre parti. Nella prima parte viene presentata un’analisi delle tendenze sulle serie storiche di alcune variabili nivologiche, considerate rappresentative della nevosità dell’area. Nell’analisi vengono inoltre valutati gli effetti di alcuni parametri, come lo quota, l’area montuosa o la stagione dell’anno, analizzando poi l’influenza dei patterns di circolazione atmosferica a larga scala attraverso la correlazione delle variabili nivologiche con l’indice di tele-connessione NAO. L’analisi delle tendenze viene eseguita anche per le variabili di temperatura e precipitazione. La seconda parte della tesi riguarda l’analisi dei possibili sviluppi futuri. L’analisi delle tendenze viene qui applicata alle proiezioni future delle variabili nivologiche fino alla fine del XXI secolo. La temperatura e la precipitazione totale vengono proiettate con 6 diversi GCM (modelli di circolazione globale) basati sui valori futuri di forzante radiativa ottenuti con i modelli IAM per 4 diversi scenari SSP, descrittivi dei possibili sviluppi futuri della società. Il passaggio dalle scale risolutive dei modelli alla scala locale viene effettuato con una procedura di downscaling, ricavando poi le proiezioni delle variabili nivologiche grazie ad un modello di evoluzione del manto nevoso a partire dalle proiezioni di temperatura e precipitazione totale. Sia l’analisi delle tendenze storica che quella futura sembrano confermare una generale diminuzione della nevosità nell’area, con un incremento significativo delle temperature e un regime precipitativo sostanzialmente stazionario. Il fenomeno è caratterizzato da diversa entità principalmente sulla base della quota e dello scenario di sviluppo sociale considerato. Dopo aver discusso i risultati ottenuti, nella terza parte della tesi viene ripresa l’importanza della neve, focalizzandosi sugli effetti che i cambiamenti descritti possono avere sia in campo idrologico che valanghivo. In conclusione, viene mostrato come questo fenomeno, indotto dal GCC, costituisca un vero e proprio pericolo con il quale la società moderna dovrà confrontarsi.