Osservazione della Terra e modellistica idrologica per lo studio degli stress idrici colturali in ambienti mediterranei

Lo sviluppo di modelli di simulazione del moto dell'acqua nel sistema suolo-pianta-atmosfera (ad esempio, il codice SWAP, sviluppato presso la Wageningen Agricultural University; Feddes et al., 1988) ha notevolmente contribuito ad una migliore comprensione dei processi che regolano gli scambi idrici nelle colture, con particolare riferimento agli attingimenti radicali ed all'insorgenza dei fenomeni di stress idrico. Questi modelli, utilizzati inizialmente come strumento di ricerca, possono essere impiegati per confrontare modalità diverse di gestione dell'acqua di irrigazione al fine di ottimizzarne l'impiego (D'Urso e Santini, 2002). Lo studio dell'insieme suolo-pianta-atmosfera viene attualmente sviluppato con riferimento ad un unico sistema continuo in cui, per effetto dei gradienti del potenziale, l'acqua muove nel suolo, in parte si dirige verso le radici, attraversa i tessuti ed il sistema vascolare delle piante, giunge alle foglie dove evapora e diffonde attraverso gli stomi nell'atmosfera (Santini, 1992). Il complesso meccanismo dell'attingimento idrico radicale viene analizzato ricorrendo ad approcci di tipo "macroscopico", in cui la portata idrica estratta per unità di volume di suolo è legata non solo dalle caratteristiche delle piante ma anche dai valori locali del potenziale e del contenuto d'acqua nel suolo e della domanda traspirativa esterna (Feddes et al., 1978; Belmans et al., 1983). Numerosi studi recenti hanno dimostrato l'utilità delle tecniche di telerilevamento in diverse regioni delle spettro elettromagnetico per la la definizione di variabili necessarie per l'applicazione dei modelli SWAP. In particolare, dall'analisi di dati di Osservazione della Terra (O.T.) si possono ricavare informazioni relative allo sviluppo delle colture ed al loro stato fenologico, deducendo, ad esempio, il valore del coefficiente colturale Kc o dell'indice di area fogliare LAI (Bausch e Neale, 1987; D'Urso e al., 1996). Tecniche basate sulla correlazione empirica fra questi parametri ed il valore di indici spettrali o rapporti di bande sono state utilizzate per la definizione delle condizioni al contorno nell'applicazione di modelli idrologici distribuiti a scala di comprensorio irriguo (D'Urso et al., 1999). In questi casi, sono però state necessarie ipotesi semplificative sulle caratteristiche di riflettanza della copertura vegetale che limitano l'accuratezza ottenuta in assenza di relazioni empiriche propriamente calibrate. Più recentemente la disponibilità di dati iperspettrali e/o multiangolari ha incentivato il ricorso a procedure basate sull'applicazione di modelli di trasferimento radiativo della vegetazione che, sebbene a discapito di una maggiore complessità computazionale, consentono in linea teorica una stima più affidabile dei parametri bio-fisici che governano i processi di scambio radiativo (Verhoef e Bach, 2003; Boschetti et Al., 2003; Meroni et al., 2004). La distribuzione direzionale della riflettanza spettrale della vegetazione, indicata con l'acronimo BRDF (Bi-directional Reflectance Distribution Function), è il risultato dell'interazione di diverse componenti, quali lo sviluppo del manto vegetale, le proprietà spettrali dell'apparato fogliare e del suolo e la geometria esistente fra illuminazione ed osservazione (Baret e Guyot, 1991). La complessa interazione fra le suddette componenti e la radiazione solare può essere descritta ricorrendo a modelli matematici, indicati con l'acronimo RT (Radiation Transfer models), che consentono di stimare la funzione BRDF partendo dai parametri caratteristici della vegetazione (LAI e LIDF - distribuzione dell'angolo di inclinazione dell'apparato fogliare) e dai parametri ottici del suolo e della superficie fogliare (riflettanza e trasmittanza).