Cryospheric hydrology in a changing climate

Here we report three case study regarding cryosphere impact on hydrology and its evolution during climate change. The first and main focus is related to High Valtellina Valley in Italian Alps, where within the project Idrostelvio (2010-present) a set of 11 hydrometers were installed in natural streams at high altitude, glacierized basins. As measurements of discharge were done by operators through the years, it was possible to connect the value of water depth to a value of discharge and thus rating curve was assessed for each station. Then values of discharge were obtained used to calibrate the hydrologi-cal model Poli-Hydro implemented for 1995-2022. This provided us an assessment of snow/ice melt contribute to discharge and also an assessment of glacier volume variation, with a focus on Forni Glac-ier, the second largest of Italy. Second study is an analysis of snow cover in Ossola Valley of Pied-mont region of Italy. Here 2 datasets were available: a long term (1930-2021) series from 9 stations of snow depth, temperature and precipitation, and a recent (2007-2021) dataset of snow depth and densi-ty for 47 stations. The former was used to assess (negative) variation of snow cover in the area due to increasing temperature, while the latter gave us data about trend of density and Snow Water Equivalent with respect to season. In particular we found date of peak of SWE to be delayed with altitude for 6 days every 100 m vertical jump. Third study is related to a high latitude basin, the one of Suntar River in Siberia, where due to large seasonal temperature variation and flat land, glaciers are small, and ice formation is mostly seasonal and given by permafrost and aufeis, hydrological model Poli-Hydro is here modified including heat flux equation in order to take into account variation of active layer given by permafrost formation/ablation. Heat parameters were calibrated vs discharge measured by a hy-drometer at basin closure section, providing monthly NSE equal to 0.7. In Idrostelvio project and Ossola Valley study, also thanks to the relative abundance of data availa-ble, it was possible to stress the effects of climate change: indeed we model/observe strong reduction of ice cover in Stelvio Park, while in Ossola relevant change of long term snow cover is assessed. In Suntar basin, due to the peculiarities of the region, where there is a much higher seasonal temperatures variation with respect to Alps, and also due to the poorness of data, making impossible to perform re-fined analysis, the effects of climate change were not detected.

Si riportano tre casi di studio riguardanti l'impatto della criosfera sull'idrologia e la sua evoluzione in fase di cambiamento climatico. Il primo e principale studio è legato all'Alta Valtellina nelle Alpi italiane, dove nell'ambito del progetto Idrostelvio (2010-oggi) sono stati installati un set di 11 idrometri in corsi d'acqua naturali ad alta quota in bacini ghiacciati. Poiché sono state effettuate misurazioni di portata dagli operatori nel corso degli anni, è stato possibile collegare il valore della profondità dell'acqua a un valore della portata e quindi è stata valutata la curva di valutazione per ciascuna stazione. Sono stati quindi ricavati i valori di portata utilizzati per calibrare il modello idrologico Poli-Hydro implementato per il periodo 1995-2022. Questo ci ha fornito una valutazione del contributo dello scioglimento di neve/ghiaccio allo scarico e anche una valutazione della variazione del volume del ghiacciaio, con un focus sul Ghiacciaio dei Forni, il secondo più grande d'Italia. Il secondo studio è un'analisi del manto nevoso nella Val d'Ossola in Piemonte. Qui erano disponibili 2 set di dati: una serie a lungo termine (1930-2021) di 9 stazioni di profondità, temperatura e precipitazioni della neve e una serie di dati recente (2007-2021) di profondità e densità della neve per 47 stazioni. Il primo è stato utilizzato per valutare la variazione (negativa) del manto nevoso nell'area a causa dell'aumento della temperatura, mentre il secondo ci ha fornito dati sull'andamento della densità e dell'equivalente idrico della neve rispetto alla stagione. In particolare abbiamo riscontrato che la data del picco di SWE è stata ritardata con l'altitudine per 6 giorni ogni 100 m di salto verticale. Il terzo studio è relativo a un bacino ad alta latitudine, quello del fiume Suntar in Siberia, dove a causa della grande variazione di temperatura stagionale e della pianura, i ghiacciai sono piccoli e la formazione del ghiaccio è per lo più stagionale e data da permafrost e aufeis, modello idrologico Poli- Hydro è qui modificato includendo l'equazione del flusso di calore per tener conto della variazione dello strato attivo data dalla formazione/ablazione del permafrost. I parametri termici sono stati calibrati rispetto alla portata misurata da un idrometro alla sezione di chiusura del bacino, fornendo un NSE mensile pari a 0,7. Nel progetto Idrostelvio e nello studio della Val d'Ossola, anche grazie alla relativa abbondanza di dati disponibili, è stato possibile evidenziare gli effetti del cambiamento climatico: modelliamo/osserviamo infatti una forte riduzione della copertura di ghiaccio nel Parco dello Stelvio, mentre in Ossola cambiamenti rilevanti del manto nevoso a lungo termine. Nel bacino del Suntar, a causa delle peculiarità della regione, dove vi è una variazione stagionale delle temperature molto più elevata rispetto alle Alpi, e anche a causa della scarsità di dati, che rende impossibile eseguire analisi raffinate, gli effetti del cambiamento climatico non sono stati rilevati.