Freezing level trends in the great Alpine Region: an assessment in the last 30 years

Climate change has impact across various sectors, with mountainous regions like the Alps particularly vulnerable due to their unique climate, biodiversity, and socioeconomic significance. The Alps are the protagonist of many changes, including temperature rise, glacier retreat, reduced snowfall, and permafrost melting, all of them alter water availability and the stability of mountain slopes. A significant indicator of these changes is the Freezing Level (FL), defined as the lowest altitude at which atmospheric temperature drops to 0°C. This metric directly influences the type of precipitation (snow or rain) and, consequently, snow cover, glaciers, and hydrology. This thesis aims to analyze FL trends across the Great Alpine Region (GAR) from 1991 to 2020. To achieve this, radio sounding data from various Alpine stations were combined with ERA5 reanalysis dataset to ensure data continuity and gap- filling accuracy. Linear scaling technique has been used to fill the observation dataset. This approach helped to have a complete overview of FL trends, including seasonal and annual changes. Results reveal a clear increase in FL over the studied period. The annual trend analysis indicates an increase ranging from 51 m/10 years to 108 m/10 years. The spring analysis shows a general upward trend, varying from 23 m/10 years to 112 m/10 years. Summer trends range between 45 m/10 years and 85 m/10 years, while autumn trends range from 88 m/10 years to 161 m/10 years. Winter, however, shows a different pattern: 5 out of 14 trends exhibit a negative slope (below -1 m/year), two trends are stationary (between -1 and 1 m/year), and the remaining trends show a positive slope. There is a clear separation between the north and south of the Alps. Stations in the south of Alps show a positive trend, on contrary stations on the north of Alps show a negative trend. These changes are impacting many factors, with decreasing in snowfall days, rising snowline, and a shorter snow season impacting hydrology and ecosystems. Moreover, it influences permafrost stability, elevating the risk of natural hazards, such as landslides, avalanches, and debris flows.

I cambiamenti climatici hanno un impatto su diversi settori, e le regioni montane come le Alpi sono particolarmente vulnerabili a causa del loro clima unico, della biodiversità e dell'importanza socioeconomica. Le Alpi sono protagoniste di molti cambiamenti, tra cui l'aumento della temperatura, il ritiro dei ghiacciai, la riduzione delle precipitazioni nevose e lo scioglimento del permafrost, che alterano la disponibilità di acqua e la stabilità dei versanti. Un indicatore significativo di questi cambiamenti è Zero Termico, definito come l'altitudine più bassa alla quale la temperatura atmosferica scende a 0°C. Questo parametro influenza direttamente sul tipo di precipitazioni (neve o pioggia) e, di conseguenza, la copertura nevosa, i ghiacciai e l'idrologia. Questa tesi si propone di analizzare le tendenze dello Zero Termico nella Grande Regione Alpina (GAR) dal 1991 al 2020. A tal fine, i dati dei radiosondaggi provenienti da varie stazioni alpine sono stati combinati con i dati delle rianalisi di ERA5 per garantire la continuità dei dati e l'accuratezza nel riempimento delle lacune. Per riempire il set dei dati di osservazione è stata utilizzata una tecnica di linear scaling. Questo approccio ha permesso di avere una panoramica completa dei trend dello Zero Termico, comprese le variazioni stagionali e annuali. I risultati rivelano un chiaro aumento dello Zero Termico nel periodo studiato. L'analisi del trend annuale indica un aumento che va da 51 m/10 anni a 108 m/10 anni. L'analisi della primavera mostra una tendenza generale all'aumento, che varia da 23 m/10 anni a 112 m/10 anni. Le tendenze estive variano da 45 m/10 anni a 85 m/10 anni, mentre quelle autunnali da 88 m/10 anni a 161 m/10 anni. L'inverno, invece, mostra un andamento diverso: 5 trend su 14 presentano una pendenza negativa (inferiore a -1 m/anno), due trend sono stazionari (tra -1 e 1 m/anno) e le restanti tendenze mostrano una pendenza positiva. Esiste una netta separazione tra il nord e il sud delle Alpi. Le stazioni a sud delle Alpi mostrano un trend positivo, mentre le stazioni a nord delle Alpi mostrano un trend negativo. Questi cambiamenti hanno un impatto su molti fattori, come la diminuzione dei giorni di innevamento, l'innalzamento del limite delle nevicate e la riduzione della stagione della neve, che influiscono sull'idrologia e sugli ecosistemi. Inoltre, influenzano la stabilità del permafrost, aumentando il rischio di rischi naturali, come frane, valanghe e colate detritiche.