Previsione di temporali tramite indici di instabilità ed alberi decisionali

La previsione dei temporali rappresenta una delle operazioni più impegnative e complesse per chi svolge il mestiere di meteorologo, soprattutto se effettuata con molte ore di anticipo rispetto all'evento; ciò è riconducibile alla molteplicità di parametri da cui questi fenomeni dipendono ed all'incertezza che si riscontra nella simulazione degli indici di instabilità. In questo elaborato viene presentata ed approfondita una tecnica di elaborazione dei dati provenienti da radiosondaggi previsti, con lo scopo di migliorare la previsione dei temporali relativa al giorno successivo. Nel 1987 Colquhoun elaborò un albero decisionale per la previsione di temporali in Australia, basato sul superamento di soglie degli indici di instabilità. Qui di seguito, si propone di testare la validità dello stesso schema decisionale alla previsione di temporali in Pianura Padana ed in particolare in Emilia Romagna, procedendo ad un confronto tra gli eventi previsti ed i fenomeni osservati; la previsione si basa sull'output dell'albero decisionale utilizzando gli indici di instabilità previsti dai LAM COSMO-I7 e COSMO-I2 nel periodo +24/+48 ore, mentre l'osservazione dei temporali viene ricavata tramite consultazione quotidiana di METAR,SYNOP,SYREP, e mappe di fulminazioni relative al quadriennio 2010-2013. L'indice assunto per valutare l'affidabilità delle previsioni fornite è il Threat Score che presenta due limiti fondamentali: la dipendenza dal numero di eventi e l'incapacità di differenziare i falsi allarmi dai mancati allarmi. Ciò nonostante, questo indice rappresenta il miglior modo per ricavare una informazione complessiva e definire se la previsione fornita corrisponde ad una buona previsione. Lo stesso test viene effettuato sull'albero decisionale in uso presso la sala operativa di ARPA-SIM e dal confronto con l'albero di Colquhoun si deducono i limiti legati alla modellistica numerica che fornisce i dati in input. Infine il test sui parametri termodinamici previsti dai modelli COSMO-I2 e COSMO-I7 dimostra gli errori commessi sulla previsione a +24 e +36 ore dalle simulazioni. Questo lavoro si pone all'interno di un progetto più ampio di verifica della modellistica numerica sviluppata dal consorzio COSMO, al quale l'Italia aderisce attraverso la collaborazione di ARPA Emilia Romagna, ARPA Piemonte ed Aeronautica Militare. In particolare sono sottoposte a test le performances dei due modelli LAM sviluppati completamente in Italia ed utilizzati anche dal Dipartimento della protezione civile nazionale.

Confronto tra stime GPS e SAR di deformazioni del suolo e di ritardi troposferici

Il Global Positioning System (GPS) e l’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) sono due tecniche osservative di grande importanza che utilizzano segnali nel campo delle microonde. Questa tesi intende contribuire a sviluppare una base di confronto tra i risultati derivati da queste due tecniche osservative. Una parte del lavoro riguarda uno studio delle deformazioni del suolo, in particolare, la stima dei movimenti verticali e di quelli che riguardano la componente Est della posizione delle stazioni. Un secondo ambito di ricerca è invece focalizzato alla determinazione del ritardo introdotto, nella propagazione dei segnali GPS e SAR, dal loro passaggio in atmosfera. In particolare, si è studiato l’effetto della componente umida della troposfera.

Climatological analysis of temperature and salinity fields in the Mediterranean sea

A climatological field is a mean gridded field that represents the monthly or seasonal trend of an ocean parameter. This instrument allows to understand the physical conditions and physical processes of the ocean water and their impact on the world climate. To construct a climatological field, it is necessary to perform a climatological analysis on an historical dataset. In this dissertation, we have constructed the temperature and salinity fields on the Mediterranean Sea using the SeaDataNet 2 dataset. The dataset contains about 140000 CTD, bottles, XBT and MBT profiles, covering the period from 1900 to 2013. The temperature and salinity climatological fields are produced by the DIVA software using a Variational Inverse Method and a Finite Element numerical technique to interpolate data on a regular grid. Our results are also compared with a previous version of climatological fields and the goodness of our climatologies is assessed, according to the goodness criteria suggested by Murphy (1993). Finally the temperature and salinity seasonal cycle for the Mediterranean Sea is described.

An inter-comparison between a VIS/IR and a MW satellite-based methods for cloud detection and classification

This thesis is aimed to assess similarities and mismatches between the outputs from two independent methods for the cloud cover quantification and classification based on quite different physical basis. One of them is the SAFNWC software package designed to process radiance data acquired by the SEVIRI sensor in the VIS/IR. The other is the MWCC algorithm, which uses the brightness temperatures acquired by the AMSU-B and MHS sensors in their channels centered in the MW water vapour absorption band. At a first stage their cloud detection capability has been tested, by comparing the Cloud Masks they produced. These showed a good agreement between two methods, although some critical situations stand out. The MWCC, in effect, fails to reveal clouds which according to SAFNWC are fractional, cirrus, very low and high opaque clouds. In the second stage of the inter-comparison the pixels classified as cloudy according to both softwares have been. The overall observed tendency of the MWCC method, is an overestimation of the lower cloud classes. Viceversa, the more the cloud top height grows up, the more the MWCC not reveal a certain cloud portion, rather detected by means of the SAFNWC tool. This is what also emerges from a series of tests carried out by using the cloud top height information in order to evaluate the height ranges in which each MWCC category is defined. Therefore, although the involved methods intend to provide the same kind of information, in reality they return quite different details on the same atmospheric column. The SAFNWC retrieval being very sensitive to the top temperature of a cloud, brings the actual level reached by this. The MWCC, by exploiting the capability of the microwaves, is able to give an information about the levels that are located more deeply within the atmospheric column.

The wind profile in the atmospheric stable boundary layer over complex terrain and heterogeneous surfaces: limitations of local similarity theory

L'indagine ha riguardato il profilo del vento nei primi 30 metri dello strato limite atmosferico stabile nell'ambito della teoria di similarità locale. Ad oggi, diversi esperimenti hanno confermato la validità della teoria per strati-limite su terreni livellati e superfici omogenee. Tali condizioni ideali sono però infrequenti nella realtà ed è perciò importante capire quali siano i limiti della similarità locale per strati-limite su terreni complessi e superfici disomogenee. Entrambe le condizioni sono presenti a Ny-Alesund (Svalbard, Norvegia) dove il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), nel 2009, ha installato una torre di 30 m, la Amudsen-Nobile Climate Change Tower (CCT), per lo studio dello strato-limite artico. Il lavoro di tesi ha riguardato misure di vento e turbolenza acquisite sulla CCT da maggio 2012 a maggio 2014. Il confronto tra le velocità del vento misurate dagli anemometri installati sulla CCT, ha rivelato criticità nel dato sonico manifestatesi con sovrastime sistematiche e maggiore erraticità rispetto alle misure provenienti dagli anemometri a elica. Un test condotto fra diversi metodi per il calcolo dei gradienti verticali della velocità del vento ha rivelato scarsa sensibilità dei risultati ottenuti al particolare metodo utilizzato. Lo studio ha riguardato i gradienti verticali adimensionali della velocità del vento nei primi 30-m dello strato limite stabile. Deviazioni significative tra i tra le osservazioni e i valori predetti dalla similarità locale sono state osservate in particolare per i livelli più distanti dal suolo e per valori crescenti del parametro di stabilità z/L (L, lunghezza di Obukhov locale). In particolare, si sono osservati gradienti adimensionali inferiori a quelli predetti dalle più usate relazioni di flusso-gradiente. Tali deviazioni, presenti perlopiù per z/L>0.1, sono state associate ad un effetto di accentuazione della turbolenza da parte delle irregolarità del terreno. Per condizioni meno stabili, z/L<0.1, scarti positivi tra i gradienti osservati e quelli attesi sono stati attribuiti alla formazione di strati limite interni in condizioni di vento dal mare verso la costa. Sono stati proposti diversi metodi per la stima dell'effetto della self-correlazione nella derivazione delle relazioni di flusso-gradiente, dovuta alla condivisione della variabile u*. La formula per il coefficiente lineare di self correlazione e le sue distribuzioni di probabilità empiriche sono state derivate e hanno permesso di stimare il livello di self-correlazione presente nel dataset considerato.

Realizzazione di un data-set ad alta risoluzione (30 secondi d'arco) di precipitazioni mensili su un'area ad orografia complessa (Trentino Alto-Adige)

In questa tesi si presenta la realizzazione di un data-set ad alta risoluzione (30 secondi d'arco) di precipitazioni mensili (per il periodo 1921-2014), per la regione del Trentino-Alto Adige. Esso è basato su una densa rete di stazioni con osservazioni di lunga durata, sottoposte ai necessari controlli di qualità. La tecnica di interpolazione si basa sull'assunzione che la configurazione spazio-temporale del campo di una variabile meteorologica su una certa area possa essere descritta con la sovrapposizione di due campi: i valori normali relativi a un periodo standard (1961-1990), ossia le climatologie, e le deviazioni da questi, ossia le anomalie. Le due componenti possono venire ricostruite tramite metodologie diverse e si possono basare su data-set indipendenti. Per le climatologie bisogna avere un elevato numero di stazioni (anche se disponibili per un lasso temporale limitato); per le anomalie viceversa la densità spaziale ha un rilievo minore a causa della buona coerenza spaziale della variabilità temporale, mentre è importante la qualità dei dati e la loro estensione temporale. L'approccio utilizzato per le climatologie mensili è la regressione lineare pesata locale. Per ciascuna cella della griglia si stima una regressione lineare pesata della precipitazione in funzione dell'altitudine; si pesano di più le stazioni aventi caratteristiche simili a quelle della cella stessa. Invece le anomalie mensili si ricavano, per ogni cella di griglia, grazie a una media pesata delle anomalie delle vicine stazioni. Infine la sovrapposizione delle componenti spaziale (climatologie) e temporale (anomalie) consente di ottenere per ogni nodo del grigliato una serie temporale di precipitazioni mensili in valori assoluti. La bontà dei risultati viene poi valutata con gli errori quadratici medi (RMSE) e i coefficienti di correlazione di Pearson delle singole componenti ricostruite. Per mostrare le potenziali applicazioni del prodotto si esaminano alcuni casi studio.

Aspetti fondamentali dell'interazione tra la radiazione nelle microonde e le nubi nell'osservazione satellitare

Nel corso della sua storia, l’uomo ha sempre cercato nuovi modi per superare i suoi limiti naturali di osservazione e di percezione visiva. Il Telerilevamento (TLR) può essere considerato una tappa di questo cammino verso una visione più completa e complessiva dell’ambiente in cui vive. Sfruttando le conoscenze dei fenomeni d’interazione tra la radiazione elettromagnetica e i corpi naturali, il TRL permette di avere informazioni accurate sullo stato fisico di un corpo a partire dalla misura della radiazione emessa dalla sua superficie. Nel caso specifico del telerilevamento satellitare, l'osservazione su un'ampia scala spaziale permette di ottenere informazioni estremamente dettagliate su vaste aree geografiche e su parametri atmosferici di notevole interesse meteorologico come le precipitazioni. Le precipitazioni infatti rappresentano uno dei parametri meteorologici di maggiore importanza per la sua diretta interazione col sistema climatico planetario e le attività antropiche. La comprensione e la previsione del tempo e del clima richiede dei buoni dati relativi alle precipitazioni ed è proprio qui che entrano in gioco le microonde che, lavorando su ampie lunghezze d’onda, sono in grado di fare un sondaggio della parte interna della nube. Tutto ciò è possibile, in particolare, grazie all'uso di piattaforme (come aerei o satelliti) che consentono di riprendere a distanza più o meno ravvicinata il territorio, e di sensori che ne scrutano le caratteristiche e le condizioni.

Tendència poblacional de la garsa (Pica pica) per al període 1994-2009 a la desembocadura del riu Millars (Castelló)

Aquesta nota mostra la tendència poblacional de la garsa (Pica pica) al llarg del kilòmetre 1 (des de la línea de costa, riu amunt) del paisatge protegit de la Desembocadura del riu Millars (Castelló), per al període comprés de 1994-2009 (16 anys). Els resultats se centren en censos realitzats a la zona mitjançant el mètode del transecte lineal duts a terme 3 o 4 vegades al mes. L’espècie se censa per primera vegada l’any 1997 i des l’aleshores mostra una tendència a l’alça sobretot a partir de 2003 i molt especialment en els dos últims (2008-2009). S’ha estabilitzat una abundància mitjana de 8,3 aus/km. Pel que fa a les correlacions amb la meteorologia, en els anys més freds presenta menor abundància que en els càlids. Els hiverns càlids podrien permetre major supervivència i, a més, major disponibilitat de recursos amb els quals assegurar un bon nombre de polls. L’espècie troba en la zona suficients recursos tròfics per sobreviure i un lloc excel·lent on lliurar-se de la pressió cinegètica.

Geostationary satellite soundings : new observations for forecasters /

"April 1998."

The floods of the spring of 1903, in the Mississippi watershed /

Mode of access: Internet.

Indicador de vulnerabilidade agropecuária a extremos climáticos para o nordeste do Brasil

The effects of climate change on human societies have become the focus of many researchers for their research. Understanding weather patterns (circulation of the atmosphere, precipitation, temperature) is essences for predicting extreme weather, but analyze how these extreme events act in our society and look for ways to reduce the impact caused by these events is the great challenge. Using a concept very in the humanities and social sciences to understand these impacts and the adaptation of the society's vulnerability. The objective of this work is to develop and apply a methodology for evaluating fining scale and quantify the vulnerability of the Brazilian Northeast to climatic extremes, developing a methodology that combines aspects of vulnerability to drought, as well as socioeconomic and climatic indicators used to assess exposure, ability to adaptation and the sensitivity of geographical microregions of the region. The assessment of the susceptibility or degree of exposure to risk is the regional using the SPI (Standardized Precipitation Index) by the degree of magnitude dried (MD), the rate of precipitation such as PCD (Precipitation Concentration Degree) and PCP (Precipitation Period Concentration) helped characterize and regional climatology, these indices showed satisfactory results in the pilot study of Rio Grande do Norte to assess the degree of exposure to drought. Regarding sensitivity agricultural / livestock multivariate statistical technique to factor analysis showed acceptable results for the proposed model using data for the period 1990-1999 (P1). The application of the analysis of vulnerability considering the adaptive capacity, as the adaptive disability have almost similar results with much of the region's vulnerability to extreme south of Bahia state as a part of the semiarid region has a degree of vulnerability among moderate and mean

Modelagem estatística e atribuições dos eventos de precipitação extrema na Amazônia brasileira

Intense precipitation events (IPE) have been causing great social and economic losses in the affected regions. In the Amazon, these events can have serious impacts, primarily for populations living on the margins of its countless rivers, because when water levels are elevated, floods and/or inundations are generally observed. Thus, the main objective of this research is to study IPE, through Extreme Value Theory (EVT), to estimate return periods of these events and identify regions of the Brazilian Amazon where IPE have the largest values. The study was performed using daily rainfall data of the hydrometeorological network managed by the National Water Agency (Agência Nacional de Água) and the Meteorological Data Bank for Education and Research (Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa) of the National Institute of Meteorology (Instituto Nacional de Meteorologia), covering the period 1983-2012. First, homogeneous rainfall regions were determined through cluster analysis, using the hierarchical agglomerative Ward method. Then synthetic series to represent the homogeneous regions were created. Next EVT, was applied in these series, through Generalized Extreme Value (GEV) and the Generalized Pareto Distribution (GPD). The goodness of fit of these distributions were evaluated by the application of the Kolmogorov-Smirnov test, which compares the cumulated empirical distributions with the theoretical ones. Finally, the composition technique was used to characterize the prevailing atmospheric patterns for the occurrence of IPE. The results suggest that the Brazilian Amazon has six pluvial homogeneous regions. It is expected more severe IPE to occur in the south and in the Amazon coast. More intense rainfall events are expected during the rainy or transitions seasons of each sub-region, with total daily precipitation of 146.1, 143.1 and 109.4 mm (GEV) and 201.6, 209.5 and 152.4 mm (GPD), at least once year, in the south, in the coast and in the northwest of the Brazilian Amazon, respectively. For the south Amazonia, the composition analysis revealed that IPE are associated with the configuration and formation of the South Atlantic Convergence Zone. Along the coast, intense precipitation events are associated with mesoscale systems, such Squall Lines. In Northwest Amazonia IPE are apparently associated with the Intertropical Convergence Zone and/or local convection.

Análise de tendência e caracterização sazonal e interanual da evapotranspiração de referência para o sudoeste da amazônia brasileira: Acre, Brasil

The objective of this research was to investigate monthly climatological, seasonal, annual and interdecadal of the reference evapotranspiration (ETo) in Acre state in order to better understand its spatial and temporal variability and identify possible trends in the region. The study was conducted with data from Rio Branco municipalities, the state capital, Tarauacá and Cruzeiro do Sul considering a 30-year period (1985-2014), from monthly data from weather stations surface of the National Institute of Meteorology. The methodology was held, first, the consistency of meteorological data. Thus, it was made the gap filling in the time series by means of multivariate techniques. Subsequently were performed statistical tests trend (Mann-Kendall) and homogeneity, by Sen's estimator of the magnitude of this trend is estimated, as well as computational algorithms containing parametric and non-parametric tests for two samples to identify from that year the trend has become significant. Finally, analysis of variance technique (ANOVA) was adopted in order to verify whether there were significant differences in average annual evapotranspiration between locations. The indirect method of Penman-Montheith parameterized by FAO was used to calculate the ETo. The results of this work through examination of the descriptive statistics showed that the ETo the annual average was 3.80, 2.92 and 2.86 mm day-1 year, to Rio Branco, Tarauacá and Cruzeiro do Sul, respectively. Featuring quite remarkable seasonal pattern with a minimum in June and a maximum in October, with Rio Branco to town one with the strongest signal (amplitudes) on the other hand, the Southern Cross presented the highest variability among the studied locations. By ANOVA it was found that the average annual statistically different for a significance level of 1% between locations, but the annual average between Cruzeiro do Sul and Tarauacá no statistically significant differences. For the three locations, the 2000s was the one with the highest ETo values associated with warmer waters of the North Atlantic basin and the 80s to lower values, associated with cooler waters of this basin. By analyzing the Mann-kendall and Sen estimator test, there was a trend of increasing the seasonal reference evapotranspiration (fall, winter and spring) on the order of 0.11 mm per decade and that from the years of 1990, 1996 and 2001 became statistically significant to the localities of Cruzeiro do Sul Tarauacá and Rio Branco, respectively. For trend analysis of meteorological parameters was observed positive trend in the 5% level of significance, for average temperature, minimum temperature and solar radiation.

Análise da variabilidade climática sobre a produtividade da soja no município de Bom Jesus (PI)

The climate is still main responsible for the variations soybean productivity (Glycine max (L.) Merrill), exerting a limiting action on these agricultural systems. The bomjesuense cerrado, this culture has proved, over the years, an increase of cultivated areas, however, productivity does not keep the same pace, going through periods of oscillations. Thus, although the crop is added to high technology, culture has great vulnerability to climatic adversities. Thus, the present study aims to analyze possible trends in meteorological variables, which can influence the soybean yield in Bom Jesus. For this purpose, different datasets were used, as follows: i) two periods of daily data (1984-2014 and 1974-2014), both obtained from the National Meteorological Institute (INMET); ii) climate normals from 1961-1990 as defined by INMET; iii) local agricultural production data of soybean-year (1997/1998 to 2012/2013) obtained from the Municipal Agricultural Production (PAM) dataset, which is management by Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE). The analysis procedures included calculations of climate normals for 1984 to 2014 period and some statistical applications, as follows: i) the Wilcoxon test, used to evaluate differences between climate normals (1961 to 1990 and 1984 to 2014); ii) the Mann-Kendall nonparametric test, in order to analyze the linear trend of agrometeorological variables (rainfall, maximum temperature, minimum temperature and diurnal range of temperature; iii) cluster analysis by Ward method and the Spearman correlation test (rs) to identify the relationship between agrometeorological variable and soybean annual productivity. We adopted a statistical significance level of 5%. The results indicate changes in seasonality of the 1984-2014 climatology with respect to past climatology for all variables analyzed, except for insolation and precipitation. However, the monthly analysis of precipitation indicate negative trend during October and positive trend in December, causing a delay in start of rainy season. If this trend is persistent this result must be considered in futures definitions of the soybean crop sowing date over the region studied. With Mann-Kendall test was possible to identify positive trends with statistical significance in maximum temperature for all month forming part of soybean cycle (from November to April), which in turn tends to cause adverse effects on crop physiology, and consequently impacts on the final yield. Was identified a significant positive correlation between soybean yield and precipitation observed in March, thus precipitation deficit in this month is harmful to the soybean crop development. No statistically significant correlation was identified among maximum temperature, minimum temperature, and DTR with annual soybean productivity due these range of meteorological variables are not limiting factors in the final soybean yield in Bom Jesus (PI). It is expected that this study will contribute to propose planning strategies considering the role of climate variability on soybean crop final yield.