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In Italia le frane superficiali sono tra i fenomeni che hanno determinato i maggiori danni in termini sia di vittime sia di perdite economiche. Nel corso dell’ultimo secolo, il rischio associato a tali fenomeni è aumentato. Poiché l’innesco delle frane superficiali è, nella quasi totalità dei casi, legato alle precipitazioni, una delle principali misure di mitigazione del rischio è il sistema di allerta basato sulle soglie di pioggia.
L’ipotesi alla base di questo lavoro di dottorato è che esista una relazione tra regime pluviometrico e stabilità dei versanti. Il primo obiettivo della ricerca è stato quindi quello di realizzare griglie ad alta risoluzione (30 arcsec) di valori climatici normali, precipitazioni giornaliere e livelli di ritorno.
Il dataset disponibile è composto da 912 serie giornaliere di precipitazioni distribuite sull’intera area di studio (compresa tra 8.25-11°E e 43.5-45°N, circa 24.000 km2) e da oltre un migliaio di informazioni spazio-temporali relative ad eventi franosi registrati sulle provincie di Genova, la Spezia, Massa-Carrara, Lucca e Pistoia. Le serie pluviometriche sono state sottoposte a controlli di qualità, di sincronicità e di omogeneità.
La griglia ad alta risoluzione delle climatologie è stata ottenuta interpolando il dataset di stazioni mediante regressione lineare locale pesata (LWLR) delle precipitazioni versus elevazione. In seguito, sovrapponendo le informazioni provenienti dalla distribuzione spaziale dei valori climatici normali con quelle riguardanti il comportamento spazio-temporale delle anomalie, si è giunti alla definizione della griglia ad alta risoluzione delle piogge giornaliere. Le stime dei livelli di ritorno, così come previsti dalla distribuzione generalizzata dei valori estremi (GEV), sono state prodotte sulla griglia ad alta risoluzione combinando la regional frequency analysis (RFA) con una tecnica di regressione.
Sfruttando questa approfondita conoscenza del regime pluviometrico e mediante l’analisi statistica degli eventi del passato che hanno o non hanno prodotto l’attivazione di frane, sono state definite le soglie di pioggia per ogni punto del grigliato ad alta risoluzione. La metodologia, che prevede una validazione oggettiva delle soglie di pioggia con tecnica k-fold cross-validation, individua la soglia ottimale massimizzando il numero di previsioni corrette e minimizzando il numero di previsioni errate.
In seguito, sono stati identificati gli eventi di pioggia sopra soglia (EOT) tra il 1951 e il 2012; quindi, sfruttando la relazione tra precipitazioni e pattern di circolazione atmosferica, è stato creato un indice barico (Potential Events Over Threshold index – PEOT) capace di fornire una stima del superamento della soglia pluviometrica a scala giornaliera sul periodo 1851-2014, e a scala semestrale sul periodo 1751-2014.
In conclusione, nell’ambito di questa ricerca sono state realizzate griglie ad alta risoluzione di importanti parametri meteo-climatici, utili strumenti di supporto alle decisioni in svariati campi di applicazione. In ambito idro-geologico l’approfondita conoscenza del regime pluviometrico ha consentito di definire soglie di pioggia diverse per ogni punto del grigliato ad alta risoluzione. Da un punto di vista climatologico, il lieve ma significativo trend negativo del numero di giorni con PEOT nel corso degli ultimi secoli è un risultato rilevante che ben si accorda con la sostanziale stazionarietà individuata nelle serie storiche dei massimi annuali di pioggia dal 1914 ad oggi.

In Italy shallow landslides are among the phenomena that have caused the most deaths and damage and the risk of shallow landslide initiation has increased constantly over last century. As surface landslides are almost always triggered by rainfall, the main risk mitigation measures are landslide early warning systems based on rainfall thresholds. This PhD thesis is based on the hypothesis that a relationship exists between precipitation regimes and the stability of slopes. Therefore the first objective was to develop high-resolution grids (30 arcsec) of precipitation climatologies, daily precipitation and return levels. The used dataset contains 912 daily precipitation time series distributed across the entire study area (between 8.25-11°E and 43.5-45°N, approximately 24.000 km2) and over a thousand landslide spatio-temporal data on landslide events recorded in the provinces of Genova, La Spezia, Massa-Carrara, Lucca and Pistoia. The precipitation time series have been subjected to quality, synchronicity and homogeneity controls. The high-resolution grid precipitation climatologies was obtained by interpolating weather station datasets using a local weighted linear regression (LWLR) of precipitation versus elevation. Subsequently, by superimposing data obtained from the spatial distribution of normal climatic values with the values regarding the space-time behavior of anomalies, we were able to define a high-resolution grid of daily precipitation. Return level estimates, as well as predicted by a generalized extreme value distribution (GEV), were produced on a regular high-resolution grid using the regional frequency analysis (RFA) combined with regression techniques. By exploiting the in-depth knowledge of the rainfall regime and by carrying out a statistical analysis of past events that have or have not triggered landslides, we defined shallow landslide rainfall thresholds for each point of the high-resolution grid. The methodology, which involves validating rainfall thresholds by running a k-fold cross-validation, defines the optimal threshold, by maximizing the number of correct predictions and minimizing the number of false predictions. We then identified the rainfall events above the threshold (EOT) that occurred between 1951 and 2012; finally, by exploiting the relationship between precipitation and anomalous atmospheric circulation patterns, we developed a baric index (Potential Events Over Threshold index – PEOT) capable of providing a reliable estimate of daily rainfall threshold excess during the period 1851-2014 and on a semi-annual basis for the 264-year period 1751-2014. In conclusion, during this study, high-resolution grids of important meteo-climatic parameters have been developed, which are advantageous decision-support tools that can be used in various fields. In the hydro-geological field, in-depth knowledge of the rainfall regime enabled us to define different rain thresholds for each point of the high-resolution grid. From a climatological point of view, the slightly negative yet significant trend observed for the number of days with PEOT during the last few centuries is a relevant result that is in good accordance with the substantial stationarity observed in the station series of annual maxima from 1914 until today.