GRUPPO NAZIONALE DI OCEANOGRAFIA OPERATIVA
2° Convegno Nazionale di Oceanografia Operativa
L’impiego delle reti di monitoraggio in tempo
reale nei sistemi di previsione dei fenomeni di
storm surge lungo i litorali e nelle lagune nord
adriatiche.
M. Ferla*, G. Baldin*, M. Cordella*, A. Defina**, B. Matticchio***
*Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA), Dipartimento Tutela Acque Interne e
Marine, Servizio Laguna di Venezia. Ruga dei Oresi, 50 – 30125 Venezia
** Università di Padova, Dipartimento IMAGE, via Loredan, 20 - 35131 Padova
*** IPROS Ingegneria Ambientale s.r.l., Corso del Popolo, 8 - 35131 Padova
Cesenatico, 27-28 maggio 2010
0.1 - 0.2 mm/y
3.0 - 3.5 mm/y
• 0.3 - 0.4 mm/y (natural)
• 9 cm 100 years induced
Aree Costiere NordOrientali a rischio di
inondazione (sea level
rise, storm surge)
• presenza delle lagune e dei
tronchi terminali dei grandi
fiumi
• oltre 300 km di spiagge
sedimentarie
• pendenza del fondo marino
2 - 11 m/km
1.0 mm/y
• presenza di strutture di
difesa costiera per oltre il
60%
• 2.375 km2 al di sotto del
l.m.m. soggette a deflusso
meccanico
SUBSIDENCE
natural + induced
Storm Surge & Mareggiate
4th November 1966
LA PREVISIONE DEI FENOMENI DI STORM
SURGE NEL NORD ADRIATICO
Livello della marea = componente periodica + Sovralzo (surge)
Tavole di marea
Orizzonte temporale: anni
Contributo meteorologico (+ sessa)
Orizzonte temporale: 1- 3 -7 giorni
CALCOLO DEL SOVRALZO DI MAREA
Approccio
Statistico:
non
si
considera il processo fisico che
genera il fenomeno ma si va a
ricercare uno schema, per esempio
lineare
autoregressivo,
che
attraverso una serie di coefficienti
caratteristici mette in relazione il
sovralzo previsto con i valori relativi
ai vari fattori predittivi.
Approccio Deterministico ricerca
delle soluzioni numeriche delle
equazioni
dell’idrodinamica
che
descrivono le oscillazioni del mare
innescate dal processo di scambio di
energia tra l’atmosfera e la
superficie del mare.
RICERCA DEI FATTORI PREDITTIVI
PARAMETRI PUNTUALI
(RMLV, RMN):
OSSERVATI
•Livello della marea (sovralzo),
•Pressione atmosferica,
•Vento (direzione e velocità)
PARAMETRI PREVISTI:
Campi di Pressione atmosferica e
direzione/velocità del vento
•Modello a scala globale - (ECMRWF);
•Modelli
ad
(NEWBOLAM)
area
limitata
–
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
M  / t 1
N n(k )
(t   )  a0 ( )   b ( )   (t  i t )  
k 1 i 0
t
τ
a0 ( )
bik ( )
c ( )
k
i
k
k
i
k
k 2
k
k
c
(

)


(t    i t )
i
i 0
l’istante della previsione,
indica l’anticipo con cui viene prevista l’altezza Δ,
sono i coefficienti della regressione, diversi per ogni stazione
e per ogni anticipo t
Calibrazione su un set di 5 anni di dati validati (2002-2006)
sono i predittori
Δt rappresenta il passo temporale con cui sono scanditi i valori
dei predittori (nel caso specifico Δt = 1 ora).
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
I PREDITTORI
Parametri orari osservati nelle 24 ore:
Parametri previsti 72 ore (ECMRWF)
•livello della marea stazione di riferimento
(RMLV)
Valori tri-orari:
•velocità vento settori sud orientali PT_CNR
(RMLV)
•pressione atm Genova, P. Torres, Bari e
Venezia (RMN)
Grado
P. Salute
Lido D.S.
Chioggia
P. Caleri
PT_CNR
•Pressione atm (GE, P.Torres, BA e VE)
•Vento a PT_CNR (sud-est)
Stazione di Venezia Punta della Salute
Confronto tra i risultati della calibrazione (2002-2006) e della fase operativa (5/3/2009 – 4/3/2010)
Errore ε = Δmis - Δprev
Indice di accuratezza IA = εmed ± 2σ
Errore medio
40
30
20
cm
10
  2
0
-10
-20
-30
-40
0
12
24
36
48
60
72
anticipo (ore)
Errore massimo
80
60



40
MAX
cm
20
0
-20
MIN
-40
-60
-80
0
12
24
36
anticipo (ore)
48
60
72
Stazione di Venezia Punta della Salute
Confronto tra i risultati della calibrazione (2002-2006) e della fase operativa (5/3/2009 – 4/3/2010)
deviazione standard degli errori
15
cm
10
5
Anticipo
0
0
12
24
36
anticipo (ore)
48
60
Err. calibrazione
72
Med.
(cm)
operativo
Dev. calibrazione
Stand.
(cm)
operativo
1
3
6
12
24
48
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
-0.1
0.1
-1.9
-2.4
-2.6
-2.8
2.0
4.3
5.3
5.4
5.6
7.0
1.9
4.2
6.1
6.8
7.1
8.0
Err.
Max
(cm)
calibrazione
19.2
28.1
35.4
38.7
36.9
41.3
operativo
7.0
19.7
19.0
21.9
21.1
24.7
Err.
Min.
(cm)
calibrazione -17.3 -24.8 -33.7 -37.8 -35.4 -46.6
operativo
-5.0 -13.0 -31.2 -32.8 -34.6 -35.0
Stazione di Venezia Punta della Salute
Fase operativa (5/3/2009 – 4/3/2010) Risultati della previsione sugli estremali
Cavi di marea
160
100
140
80
120
60
Cavo misurato
Colmo misurato
Colmi di marea
100
80
60
40
20
0
40
-20
20
-40
-60
0
0
20
40
60
80
100
120
140
-60
160
-40
-20
<80
80-100
100-120
>120
tutti
0
4
-4
0
-8
-12
errore medio
errore medio
tutti
-4
-8
-12
-16
-16
-20
0
20
40
60
80
100
Cavo previsto
Colmo previsto
-20
>20
0-20
-20-0
<-20
Stazione di Venezia Punta della Salute
Fase operativa (5/3/2009 – 4/3/2010) Risultati della previsione sui dati >80 cm
Errore medio su tutti i dati
40
30
20
cm
10
0
-10
Anticipo
1
3
6
12
24
48
tutti i dati
-0.1
0.1
-1.9
-2.4
-2.6
-2.8
dati >80 cm
-0.3
-0.4
-6.3
-6.0
-7.3 -10.5
Dev.
tutti i dati
Stand.
(cm) dati >80 cm
1.9
4.2
6.1
6.8
7.1
8.0
1.7
5.5
8.8
9.0
9.2
12.5
tutti i dati
7.0
19.7
19.0
21.9
21.1
24.7
dati >80 cm
4.0
12.3
7.6
8.6
8.5
8.4
Err.
Med.
(cm)
-20
-30
-40
0
12
24
36
48
60
72
anticipo (ore)
Err.
Max
(cm)
Errore medio su tutti i dati >80 cm
40
30
Err.
Min.
(cm)
20
cm
10
0
-10
-20
-30
-40
0
12
24
36
anticipo (ore)
48
60
72
tutti i dati
-5.0 -13.0 -31.2 -32.8 -34.6 -35.0
dati >80 cm
-3.0 -13.0 -24.4 -26.1 -26.6 -39.2
6 stazioni nella Laguna di Venezia e nell’Alto Adriatico
Fase operativa (5/3/2009 – 4/3/2010)
Venezia Punta della Salute
Diga Sud Lido
40
30
30
20
20
10
10
cm
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
tutti
0
-40
-40
0
12
24
36
48
60
0
72
12
24
Chioggia
30
30
20
20
10
10
0
-10
-20
-20
-30
-30
-40
-40
12
24
36
48
60
0
72
-5
12
24
36
48
60
Burano
20
10
10
cm
30
0
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
-40
-40
0
12
24
36
48
anticipo (ore)
60
72
-15
-20
-30
Porto Caleri
40
20
-10
72
anticipo (ore)
30
cm
72
-25
anticipo (ore)
40
60
0
-10
0
48
Grado
40
cm
cm
40
36
anticipo (ore)
anticipo (ore)
errore medio (cm)
cm
40
0
12
24
36
48
anticipo (ore)
60
72
Punta Salute
Chioggia
Burano
Diga Sud Lido
Grado
Porto Caleri
<80
80-100
100-120
>120
PROGRESSIONE DELLA PREVISIONE
Previsione a Venezia Punta Salute
Evento del 30/11/2009 ore 9 - h=129 cm
Previsione a Venezia Punta Salute
Evento del 23/12/2009 ore 5 - h=142 cm
160
160
140
140
120
120
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
-20
-20
-40
29/11/09 0.00
29/11/09 12.00
30/11/09 0.00
30/11/09 12.00
1/12/09 0.00
1/12/09 12.00
ora solare
-40
22/12/09 0.00
22/12/09 12.00
23/12/09 0.00
23/12/09 12.00
24/12/09 0.00
24/12/09 12.00
ora solare
Evento del 30/11/2009 ore 9.00 - h=129 cm
Evento del 23/12/2009 ore 5.00 - h=142 cm
0
0
-5
errore (cm)
errore (cm)
-5
-10
-10
-15
-20
-15
-25
-20
-30
-30
-25
-20
-15
anticipo (ore)
-10
-5
0
-25
-20
-15
-10
anticipo (ore)
-5
0
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
L’EVENTO 090208 – PUNTA SALUTE 123 cm ZMPS 9.50
Livello di marea a Punta Salute
Livello
Livello
di marea
di marea
a Porto
a Grado
Caleri
Previsione effettuata alle ore 0 del 6-2-2009
Previsione effettuata alle ore 0 del 6-2-2009
160
160
150
150
140
140
130
130
mareaprevista
prevista(cm)
(cm)
marea
marea misurata (cm)
marea misurata (cm)
marea registrata
marea registrata
120
120
ore 7:00
92 ore
cm 8:10
89 cm
100
100
90
90
22:10
oreore
21:00
108108
cm cm
ore 21:50
ore 22:50
102
orecm
22:40
99 cm
96 cm
ore 22:20
89 cm
ore 8:45
87 cm
ore 21:25
78 cm
ore 7:25
75 cm
80
80
ore ore
7:509:00
107109
cm cm
oreore
20:35
21:35
10099
cmcm
110
110
ore 9:30
120
cm
ore
8:40
ore
9:20
115
114cm
cm
70
70
60
60
ore 1:20
ore 2:35
60 cm
orecm
2:40
57
56 cm
50
50
40
40
30
30
20
20
10
oreore
14:40
15:45
20 cm
cm
ore2415:35
12 cm
ore 14:55
ore 13:55
22 cm
14
orecm
14:45
10
0
ore
3:40
ore
ore
2:40
3:15
56
cm
5252
cm
cm
ore 1:55
ore 3:05
49 cm
50 cm
ore 2:50
38 cm
ore 16:20
18 cm
oreore
15:20
16:25
6 cm
11 cm
8 cm
0
-10
-10
-20
-20
-30
-30
-40
-50
-40
-60
-50
-70
-60
-80
-70
5/2/09 0.00
-80
5/2/09 0.00
5/2/09 12.00
5/2/09 12.00
6/2/09 0.00
6/2/09 0.00
6/2/09 12.00
7/2/09 0.00
7/2/09 12.00
8/2/09 0.00
8/2/09 12.00
9/2/09 0.00
6/2/09 12.00
ora solare
7/2/09 0.00
7/2/09 12.00
8/2/09 0.00
8/2/09 12.00
9/2/09 0.00
ora solare
L’EVENTO 081201 – 156 cm ZMPS 4° CASO STORICO
Figura 2/a - Stazione mareografica di Venezia P.Salute - Marea eccezionale del 1° dicembre 2008
Pressione (Piattaforma CNR)
180
Osservata
Astronomica
Sovralzo
Livello Max di marea 156 cm ZMPS ore 10.45
Livello Max astronomico 56 cm ZMPS ore 11.15
Sovralzo max 101 cm ore 10.30
160
140
1010
120
livelli (cm)
80
60
1000
40
Pressione (hPa)
1005
100
20
995
0
-20
30/11/2008
01/12/2008
02/12/2008
22.00
0.00
16.00
18.00
20.00
10.00
12.00
14.00
4.00
6.00
8.00
22.00
0.00
2.00
16.00
18.00
20.00
10.00
12.00
14.00
4.00
6.00
8.00
22.00
0.00
2.00
16.00
18.00
20.00
10.00
12.00
14.00
4.00
6.00
8.00
990
0.00
2.00
-40
Figura 2/c - Stazione meteo Piattaforma CNR - Direzione e velocità del vento
Velocità del vento
Direzione del vento
18,0
360
12,0
240
10,0
180
8,0
6,0
120
4,0
60
2,0
30/11/2008
01/12/2008
02/12/2008
0,0
0.00
20.00
22.00
16.00
18.00
12.00
14.00
8.00
10.00
4.00
6.00
0.00
2.00
20.00
22.00
16.00
18.00
12.00
14.00
10.00
6.00
8.00
2.00
4.00
22.00
0.00
18.00
20.00
14.00
16.00
10.00
12.00
6.00
8.00
2.00
4.00
0
Direzione del vento (gradi)
300
14,0
0.00
Velocità del vento (m/s)
16,0
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
L’EVENTO 081201 – PUNTA SALUTE 156 cm ZMPS
Ricostruzione dell’evento in configurazione operativa (FORACAST) dati esaorari di
4P e S (ECMRWF)
Confronto tra vento previsto e misurato
Insoddisfacente approssimazione sulla punta max.
delle ore 11 del 1/12/08
Prev. 1200301108
ε = -40 cm
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
L’EVENTO 081201 – PUNTA SALUTE 156 cm ZMPS
Ricostruzione dell’evento. Sostituzione valori previsione (4PS + 4PS) valori orari registrati
Errore medio nei 3 gg. 10 cm.
Maggiore in corrispondenza di Max e min.
Errore rispetto alla punta max delle ore 11 del 1/12/2008
Prev. 0000291108
-14 cm
Prev. 0000301108
-28 cm
Prev. 0000011208
-20 cm
Effetti in laguna : il vento locale
8/12/1992
6/11/2000
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
ANALISI DI SENSITIVITA’ – PUNTA DELLA SALUTE
Errore ε = Δmis - Δprev
Indice di accuratezza IA = εmed ± 2σ
Stima dell’indice di accuratezza e degli errori
massimi e minimi per la previsione della
differenza () a Punta della Salute basata
sulla combinazione 4PS&4PS
Correlazione tra marea meteorologica
e intensità dello Scirocco espresso
come quadrato della velocità del vento
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
ANALISI DI SENSITIVITA’ – CHIOGGIA
Errore ε = Δmis - Δprev
Indice di accuratezza IA = εmed ± 2σ
Stima dell’indice di accuratezza e degli errori
massimi e minimi per la previsione della
differenza () a Chioggia basata sulla
combinazione H4PBS&4PBS
Correlazione tra marea meteorologica
e intensità della Bora espresso come
quadrato della velocità del vento
L‘APPROCCIO STATISTICO: IL MODELLO ISPRA MSM_2008
MIGLIORAMENTO DELL’AFFIDABILITA'
• Ricerca dei coefficienti mirata agli eventi
estremi;
• Affinamento dell’influenza del vento differenziazione settori di provenienza;
• Risoluzione temporale dati di previsione da
6 ore (ECMRWF) ad almeno 3 ore (LAM)
• Minimizzazione errori fattori predittivi con
tecniche di data assimilation (Kalman filter