Produzione e Validazione
dei campi Meteorologici nell’ambito
del progetto MINNI
Lina Vitali , Massimo D’Isidoro
ENEA- UTVALAMB-AIR
Incontro ENEA – LaMMA
Bologna, 27 settembre 2012
Il Progetto MINNI
LA CATENA MODELLISTICA
http://www.minni.org/
Campi ECMWF
Inventari
Dati Locali
(ISPRA ed EMEP)
RAMS, LAPS
Meteo
Sottosistema
METEO
IC e BC
Emission Manager
Sottosistema
EMISSIVO
SURFPRO
Parametri di
turbolenza
Campi EMEP
Info spaziali e
temporali
Emissioni
FARM
Sottosistema
CHIMICO-FISICO Concentrazioni e Deposizioni
Matrici di
Trasferimento
GAINS
Il Progetto MINNI
http://www.minni.org/
DOMINI
APPROCCIO MODELLISTICO
PER LA METEOROLOGIA
1999, 2005
20km : RAMS (nudging)
4km : LAPS
2003, 2007
20 km : RAMS (nudging)
4km : RAMS (nudging)
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUL DOMINIO NAZIONALE A 20X20 km2 DI RISOLUZIONE
RAMS (Colorado State University)
Regional Atmospheric Modeling System
Modello Prognostico non idrostatico
RAMS Simulations Details
Initialisation: ECMWF Analyses, Synop observations
Radiation:
Chen and Cotton (1983) long/shortwave model – cloud processes considering
all condensate as liquid
Convection:
Modified Kuo scheme activated (Tremback,1990)
Soil/Surface: LEAF-2, Land Ecosystem–Atmosphere Feedback model (Walko et al, 2000)
Turbulence : Mellor & Yamada level 2.5 (Mellor and Yamada,1982)
Microphysics: Bulk microphysics parameterization (cloud water, rain, pristine ice, snow,
aggregates, graupel, and hail, or certain subsets of these; Walko et al ,1995)
4DDA:
Nudging on pre-analysed fields
Archiving:
Fields archived on houly basis.
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUL DOMINIO NAZIONALE A 20X20 km2 DI RISOLUZIONE
RAMS (Colorado State University)
Regional Atmospheric Modeling System
Modello Prognostico non idrostatico
Le condizioni iniziali e al contorno sono state ottenute a
partire
dai
campi
di
analisi
meteorologica
dell’ECMWF (European Centre For Medium-Range Weather
Forecast).
Le simulazioni sono state effettuate in modalità di nudging.
Si sono utilizzate a tal fine le osservazioni della rete WMO
(World Meteorological Organization) di tipo SYNOP e
METAR disponibili attraverso gli archivi ECMWF.
Le simulazioni sono state re-inizializzate ogni sette (o dieci)
giorni in modo da rimuovere eventuali derive dei campi
calcolati rispetto alle analisi di grande scala e alle
osservazioni locali.
Two-way nesting.
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUI 5 SOTTO-DOMINI A 4X4 km2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005
LAPS (Local Analysis and Prediction System)
Modello Diagnostico
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUI 5 SOTTO-DOMINI A 4X4 km2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUI 5 SOTTO-DOMINI A 4X4 km2 DI RISOLUZIONE – 1999 E 2005
CONTROLLO DI QUALITÀ DEI DATI ACQUISITI IN LAPS
• il check climatologico
esclude dati che escono da range tipici di variabilità
• il check della deviazione standard
controlla che la differenza tra il valore attuale e quello del time step precedente
non si discosti troppo (un certo numero di deviazioni standard) dalla media di tale
differenza su tutte le stazioni
• il background check
controlla che il valore osservato non si discosti troppo dal background.
•
filtro di Kalman
E' stato sviluppato da noi un software di pre-processing dei dati per garantire la
continuità dei dati e il controllo degli spikes.
LAPS consente anche di compilare files di Blacklist per escludere dall'analisi una o
più stazioni per una o più variabili.
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
SIMULAZIONI METEO SUI 5 SOTTO-DOMINI A 4X4 km2 DI RISOLUZIONE – 2003 E 2007
Per gli anni meteorologici 2003 e 2007 anche i campi ad alta risoluzione sulle 5
macroregioni sono stati calcolati con l’approccio prognostico, utilizzando il modello
RAMS e seguendo lo stesso approccio adottato sul dominio nazionale.
Validazione dei campi Meteorologici
nell’ambito del Progetto MINNI
•
Confronto, per le principali variabili meteorologiche, con gli
indicatori annuali e mensili prodotti da ISPRA nell’ambito del
sistema SCIA (http://www.scia.sinanet.apat.it).
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
•
Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con
dati da radiosondaggio.
48
MILANO_LINATE
44
40
PRATICA_DI_MARE
BRINDISI
CAGLIARI
TRAPANI
36
5
•
Confronto statistico sulla macroregione del Nord Italia,
effettuato nell’ambito del progetto POMI (Po-Valley Modelling
Intercomparison Exercise ).
•
Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni
(attualmente Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia
Giulia, Emilia Romagna). Confronti orari su ciascuna stazione.
(già a disposizione i dati anche per il 2003 e il 2007)
10
15
20
Confronto con dati da RADIOSONDAGGIO
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con dati
da radiosondaggio.
505 m
105 m
TModel - TRadiosounding
10 m
505 m
105 m
- RH Radiosounding
Model
RH
10 m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
20
10
0
-10
-20
-30
10
0
-10
-20
-30
10
0
-10
-20
-30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
MONTHS + DAY FRACTION
MONTHS + DAY FRACTION
MONTHS + DAY FRACTION
BRINDISI
TRAPANI
CAGLIARI
4
5
MILANO_LINATE
44
PRATICA_DI_MARE
BRINDISI
40
CAGLIARI
TRAPANI
(Vitali et al. Poster presentation at the European Geosciences Union (EGU)
General Assembly 2008. Vienna, 13 – 18 April 2008).
4
2
0
-2
-4
4
2
0
-2
-4
4
2
0
-2
-4
48
36
5
6
7
8
10
2
3
9 10 11 12 1
2
3
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
MONTHS + DAY FRACTION
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MONTHS + DAY FRACTION
MILANO/LINATE
4
5
6
15
7
8
9 10 11 12 13
PRATICA DI MARE
Bias medi di T (sopra) ed RH (sotto) calcolati per RAMS (nero) e LAPS (rosso) sui 5 siti considerati.
I Bias sono calcolati per ogni mese e a 4 diverse ore della giornata 00, 06, 12, 18.
20
Confronto con dati da RADIOSONDAGGIO
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronto su cinque siti (uno per ciascuna macroregione) con dati
da radiosondaggio.
(Vitali et al. Poster presentation at the European Geosciences Union (EGU)
General Assembly 2008. Vienna, 13 – 18 April 2008).
OBS-LAPS
OBS-RAMS
ONLY LAPS
ONLY RAMS
160
160
80
80
0
100
80
60
40
20
0
0
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
0
MAY -JUN
JUL -AUG
240
MAR - APR
SEP -OCT
320
240
NOV - DEC
JAN - FEB
320
ANNUAL
TEMPERATURE INVERSION OCCURRENCE
TOTAL OBS
6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18
BRINDISI
TRAPANI
CAGLIARI
MILANO L. PARTICA DI MARE
Numero di inversioni di temperatura (annuali e stagionali)
48
MILANO_LINATE
44
40
PRATICA_DI_MARE
BRINDISI
CAGLIARI
TRAPANI
36
5
10
15
20
Confronti nell’ambito del progetto POMI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronto statistico sulla macroregione del Nord Italia, effettuato nell’ambito del
progetto POMI (Po-Valley Modelling Intercomparison Exercise , Thunis et al., 2009)
MEETINGS
Ispra (03/2008) <-- Kick-off meeting
Brescia (02/2009)
Ispra (09/2009)
Ispra (25/11/2010) <-- Final meeting
Confronti nell’ambito del progetto POMI
Confronti nell’ambito del progetto POMI
Confronti nell’ambito del progetto POMI
Temperatura a 2 m
Intensità del
vento a 10 m
Umidità relativa
a2m
Confronti nell’ambito del progetto POMI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronti nell’ambito del progetto POMI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Intensità del
vento a 2 m
Longitude
47
46
45
44
7
8
9
10
11
12
13
14
Latitude
Temperatura a 2 m
Umidità Relativa a 2 m
(analisi aggiunta dopo EMS)
Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune
REGIONI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente
Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna).
Confronti orari su ciascuna stazione.
Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia
(Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within
Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010).
IOA calcolati per l’intensità del vento (W), la temperatura (T) e l’umidità
relativa (RH) in funzione della quota della stazione. Nero:RAMS Rosso:LAPS
Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune
REGIONI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente
Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna).
Confronti orari su ciascuna stazione.
Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia
(Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within
Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010).
IOA calcolati per
stazioni situate in
siti pianeggianti e
ordinate per quota.
Sono presentati i
valori calcolati per
4 diverse ore della
giornata (0, 6, 12,
18 ora locale).
Nero: RAMS
Rosso: LAPS.
Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune
REGIONI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Confronti con i dati meteorologici forniti da alcune Regioni (attualmente
Piemonte, Lombardia, Veneto,Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna).
Confronti orari su ciascuna stazione.
Un esempio: confronti sui dati della Regione Friuli Venezia Giulia
(Vitali et al. Poster presentation at the 13th International Conference on Harmonisation within
Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Paris, June 2010).
IOA calcolato per LAPS in funzione della
distanza dalla stazione con dati acquisiti più vicina
(analisi effettuata per siti a meno di 300 m di quota)
Confronto con dati meteorologici forniti dal alcune
REGIONI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI 2005
Validazione sull’intero Data Set dei dati regionali raccolti (Nord Italia)
(Piemonte, Lombardia, Veneto, Friuli Venezia Giulia, Emilia Romagna).
Validazione dei campi Meteorologici
nell’ambito del Progetto MINNI
SINTESI DELLE ATTIVITÀ DI VERIFICA REALIZZATE SUL METEO 2005
• Risultati soddisfacenti nelle aree costiere, pianeggianti e collinari.
• Errori crescenti al crescere della complessità orografica (confronto con le stazioni
localizzate nelle valli ed a quote elevate).
• Qualità dei risultati condizionata dalla densità e dalla rappresentatività delle
stazioni SYNOP/METAR (risultati migliori in Friuli che in Piemonte).
• Generale miglioramento dei campi meteorologici analizzati da LAPS rispetto ai
campi di background generati da RAMS.
• Incompatibilità di alcune postazioni di misura delle reti regionali con stazioni
della rete SMAM che possono rendere problematici i confronti.
Validazione dei campi Meteorologici
nell’ambito del Progetto MINNI
PRODUZIONE E VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI RELATIVI AI DUE MESI DELLA
CAMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A TRISAIA (MAGGIO-GIUGNO 2010)
Validazione dei campi Meteorologici
nell’ambito del Progetto MINNI
PRODUZIONE E VALIDAZIONE DEI CAMPI METEOROLOGICI RELATIVI AI DUE MESI DELLA
CAMPAGNA SPERIMENTALE CONDOTTA DA ENEA A TRISAIA (MAGGIO-GIUGNO 2010)
Osservazioni indipendenti a disposizione
statistiche meteorologiche ISPRA- SCIA
dati meteorologici forniti dalla Regione Basilicata
(dati orari per i due mesi della campagna sperimentale e per diverse postazioni)
Dati meteorologici raccolti durante la campagna sperimentale ENEA a Trisaia
dati meteorologici orari al suolo
(misurati nel sito di Trisaia dalla stazione meteorologica automatica VAISALA MAWS100)
profili di Temperatura e Umidità misurati dal radiometro operante nelle microonde HATPRO
(dati raccolti, con risoluzione temporale inferiore all’ora, nel sito di Trisaia fino a quote rispettivamente di 2km e di 10 Km)
profili di Vento misurati da un SODAR Doppler triassiale
(dati raccolti, con risoluzione temporale inferiore all’ora, nel sito di Trisaia con un range di osservazione che si estende da
circa 40 m fino a circa 800 m di quota, con risoluzione verticale massima di 7.5 m)
dati meteorologici raccolti a bordo dell’ultraleggero ENDURO_KIT
(12 voli effettuati durante la campagna sperimentale ENEA, nell’ambito del progetto EUFAR, http://www.eufar.net/)
Validazione dei campi Meteorologici
nell’ambito del Progetto MINNI
ATTIVITÀ DI VALIDAZIONE IN CORSO E PREVISTE NEL PROSSIMO FUTURO
Paper sulla Validazione dei
campi meteorologici MINNI 2005
Validazione sui dati delle Regioni del Nord Italia dei
campi meteorologici MINNI 2003 e 2007
Paper(s) sulla Validazione dei
campi meteorologici MINNI a Trisaia (maggio-giugno 2010)
Campi Meteorologici nell’ambito
del Progetto MINNI
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Risultati
Costruzione di una base dati meteorologica
per il supporto delle analisi di qualità dell’aria a livello nazionale e macroregionale
comprensiva di 4 anni di dati a risoluzione 20x20 e 4x4 km
(utilizzato con risultati positivi all’interno del progetto MINNI e da altri soggetti sia
istituzionali che privati)
Soggetti che hanno utilizzato la base dati meteorologica MINNI
Regione Piemonte, Provincia Torino, Regione Veneto-ARPAV, ARPA Valle d’Aosta,
ARPA Friuli Venezia Giulia, ARPA Lazio, ARPA Puglia, APPA Bolzano, Magistrato alle
Acque di Venezia, NOMISMA, CIPA (SR), SPEA-autostrade, AIB e società di
consulenza per studi di impatto ambientale (URS, Dappolonia, PROTECO, TECNIC)