Modellazione e simulazione multitemporale delle dinamiche complesse nelle zone umide urbane: il caso di Bogotà, Colombia

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9374 (2023) Citare questo articolo

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Le zone umide urbane sono essenziali per la salute e il benessere a lungo termine delle città. Riconosciuti come ricchi di biodiversità e come ecosistemi altamente produttivi, forniscono servizi ecosistemici rappresentati in aspetti quali la purificazione dell'aria, la regolazione del clima urbano, la salute fisica e mentale, la ricreazione e la contemplazione, oltre a un'ampia varietà di altri beni e servizi su cui la qualità del dipende in gran parte la vita degli abitanti delle grandi città come Bogotà. Abbiamo utilizzato automi cellulari per modellare e simulare i cambiamenti delle zone umide urbane a Bogotà, in Colombia. Lo studio ha applicato il modello accoppiato Markov-Future Land Use Simulation (FLUS) per simulare e analizzare il cambiamento di uso del suolo/copertura del suolo (LULC) in 20 anni. Innanzitutto, abbiamo utilizzato un ortomosaico (1998) e due immagini satellitari WorldView-2 (2004 e 2010), per rilevare i cambiamenti della copertura del suolo. Quindi, utilizzando il modulo FLUS della rete neurale artificiale, abbiamo calcolato le relazioni tra le classi di terreno e i fattori associati e stimato la probabilità di occorrenza di ciascuna classe di terreno. Infine, abbiamo applicato l’analisi dell’intensità per esaminare il cambiamento LULC osservato e previsto (1998-2034). I risultati indicano che i miglioramenti nelle aree coltivate e nei pascoli vanno a scapito delle zone umide. Inoltre, i risultati della simulazione mostrano che le zone umide rappresenteranno probabilmente meno del 2% dell’area totale di studio nel 2034, con una diminuzione del 14% in 24 anni. L'importanza di questo progetto risiede nel suo potenziale contributo al processo decisionale all'interno della città e come strumento di gestione delle risorse naturali. Inoltre, i risultati di questo studio potrebbero contribuire all’Obiettivo 6 di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite, “Acqua pulita e servizi igienico-sanitari” e alla mitigazione del cambiamento climatico.

Nate all'interno e nei dintorni delle città o delle loro periferie1, le zone umide urbane sono uniche e svolgono un ruolo indispensabile per il benessere dell'area urbana. Offrono molteplici servizi ecosistemici come l’approvvigionamento idrico, la purificazione dell’acqua, la riduzione dell’effetto isola di calore urbana, la fornitura di habitat a specie animali e vegetali critiche, la regolazione delle inondazioni e opportunità ricreative2,3. Tuttavia, tali ecosistemi si trovano ad affrontare minacce quali l’inquinamento delle acque reflue, il cambiamento dei regimi idrici, la riduzione delle funzioni idrologiche, la perdita di habitat e biodiversità o il cambiamento climatico e la perdita dovuta al cambiamento dell’uso del territorio4. Inoltre, nei decenni precedenti, gli individui e le società hanno ignorato il valore delle zone umide5, riempiendole di materiali di scarto urbani e edili e vedendole come una fonte di insicurezza. Ad esempio, a Bogotà, l’area delle zone umide negli anni ’40 era di 50.000 ettari, mentre oggi ammonta a soli 901 ettari6,7,8.

Nel 1950, il 70% della popolazione mondiale viveva in aree rurali, ma è stato fino al 2007 che la popolazione urbana ha superato questa cifra9. Da allora, la popolazione urbana ha continuato a crescere e le Nazioni Unite stimano che raggiungerà il 68% entro il 20509. La crescita urbana sta aumentando la pressione ambientale, soprattutto all’interno e attorno ai centri urbani10. L’America Latina e i Caraibi sono tra le regioni più urbanizzate del mondo, dove quasi l’81% degli abitanti vive in città11. In Colombia, durante gli anni ’60 e ’70 del XX secolo, la crescita urbana è stata alimentata principalmente dalla migrazione dalle campagne alle città a causa della violenza12. Dalla fine degli anni '50, la città di Bogotà ha conosciuto una crescita sostanziale e si è estesa verso ovest, raggiungendo oggi il fiume Bogotà. Con l’aumento dello sviluppo e della crescita urbana, le zone umide protette – che un tempo si trovavano nelle aree periferiche o rurali – vengono assorbite dalla città, perdendo le loro qualità ambientali ed ecologiche10. Pertanto, preservare e proteggere questi ecosistemi è fondamentale a causa del loro ruolo intrinseco nel monitorare il cambiamento globale e guidare l’adattamento umano a un mondo in cambiamento9.

Per conservare e ripristinare le zone umide urbane, gli studi sui cambiamenti nelle zone umide urbane hanno acquisito slancio a partire dagli anni 2000 e i ricercatori hanno analizzato principalmente i cambiamenti storici nei loro modelli paesaggistici e nelle funzioni ecologiche. Per valutare i cambiamenti in questi ecosistemi sono stati applicati lavoro sul campo, dati telerilevati, sistemi informativi geografici (GIS) e approcci di modellazione scientifica della complessità. Le complesse interazioni e relazioni tra le componenti ambientali che guidano la formazione e la regolamentazione delle zone umide richiedono approcci metodologici per rilevare e analizzare i cambiamenti delle zone umide su scale spaziali e temporali in paesaggi urbani complessi. I modelli di cambiamento del Land Use Land Cover (LULC) che utilizzano Cellular Automata (CA) sono sempre più utilizzati per esplorare le dinamiche del cambiamento del territorio. Sono considerati una base per le decisioni di politica pubblica volte a promuovere la protezione e la gestione degli ecosistemi20.