1. L’UTILIZZO DEL RADAR IN CAMPO
IDROLOGICO
Il ruolo del radar meteorologico nelle applicazioni
idrologiche è legato alla sua capacità di fornire stime della distribuzione
spaziale del campo di precipitazione ad elevata risoluzione spazio-temporale.
L’impiego del radar presenta alcuni vantaggi, quali la possibilità di una visione
globale, in tempo reale, dei fenomeni di precipitazione in atto su un’area
molto vasta (104 km2), e la stima dell’intensità del
fenomeno su un grigliato regolare. Inoltre il radar permette il monitoraggio
della precipitazione con continuità spaziale, rilevando anche fenomeni
estremamente localizzati, e con continuità temporale, grazie alla possibilità
di effettuare scansioni con elevata frequenza (nel caso dei radar gestiti da
ARPA Piemonte una ogni 10 minuti). Tuttavia l’informazione
meteorologica da radar risulta affetta da parecchi errori, quali l’attenuazione
del segnale, la propagazione anomala (legata a variazioni dell'indice di
rifrazione atmosferico), e l’utilizzo di misure acquisite a quote elevate
rispetto al suolo dovuto alla presenza di ostacoli orografici. Questi causano
di solito una sottostima nel valore della riflettività
Z (potenza del segnale retrodiffuso misurata in dbZ) e quindi dell’intensità
di precipitazione al suolo R (mm/h), che viene stimata con la relazione di
Marshall-Palmer 
(a e b sono due
coefficienti). L’intersezione del fascio radar con lo strato di fusione (bright
band) può invece modificare il valore di
riflettività misurato aumentandolo (sovrastima della precipitazione). Se
tralasciati, questi aspetti conducono ad un'errata valutazione delle
precipitazioni e di conseguenza della situazione idrologica.
La
presente Trattazione, svolta presso ARPA Piemonte (Agenzia Regionale per la
Protezione dell’Ambiente) si pone come obiettivo di fornire un contributo
nell’ambito dell’integrazione della misura del radar con misure da rete al
suolo (pluviometri).
2. PRESENTAZIONE DELL’AREA DI STUDIO E
DATI UTILIZZATI
Il
bacino scelto come oggetto di studio è quello del Sangone e del Chisola, che si
trova nella zona centro occidentale del Piemonte ed ha un’area che supera
appena i 760 km2.
I
dati disponibili in ARPA Piemonte sono forniti da una rete di più di 350 stazioni
al suolo in Piemonte, Liguria e Valle d’Aosta che danno le misure dell’altezza
di pioggia ad intervalli di 10 minuti. Le stazioni pluviometriche considerate
sono circa 18 (il numero varia a seconda dell’anno considerato) e si trovano
all’interno del bacino o nella zona immediatamente limitrofa. I due radar
utilizzati, Bric della Croce (Piemonte) e Monte Settepani (Liguria), generano
le mappe di riflettività con frequenza temporale di 10 minuti: queste
elaborazioni sono state utilizzate per i confronti con i dati pluviometrici.
3. SELEZIONE DEGLI EVENTI
La
selezione degli eventi piovosi è avvenuta con attenzione, in modo da riuscire
ad isolare due eventi convettivi, di breve durata e forte intensità, due
stratiformi, con aree piovose maggiori ma intensità su 10 minuti minori, ed
infine tre eventi intermedi tra le due categorie riconosciute.
4. ANALISI SVOLTE
Inizialmente
si vuole valutare la congruenza tra le due diverse misure in relazione
all’informazione booleana di pioggia-non pioggia. L’analisi è di tipo
‘puntuale’: la misura dei pluviometri al suolo viene confrontata con la misura
di riflettività radar relativa ai siti in cui sono collocate le stazioni. Si
cerca
di definire un valore soglia di riflettività che corrisponda a probabile
precipitazione al suolo per delineare le ipotetiche regioni di pioggia (la
soglia per i pluviometri è 0,15mm/10 minuti).Inizialmente si considera l’evento
nel suo complesso, e si rappresentano i dati di pioggia e riflettività relativi
a tutte le stazioni contemporaneamente per dare una valutazione generale della
tipologia e della misura di errore in percentuale. Per portare l’analisi ad un
livello più approfondito si analizza in dettaglio il comportamento dei dati
nelle singole stazioni e si pone l’attenzione sul confronto tra i dati
pluviometrici e le stime di precipitazione da radar (validazione dei dati radar
con i pluviometri), inizialmente a intervalli di 10 minuti, poi integrando i
dati sugli intervalli temporali di 30 minuti e 1 ora.
L’analisi diventa a questo punto spaziale e si studia
il campo di riflettività sul bacino ponendo l’attenzione sull’evoluzione
cronologica di alcune caratteristiche degli eventi piovosi: il valore di
riflettività massimo, quello medio e la deviazione standard, che dà un’idea del
grado di dispersione dei valori del campo, la percentuale di area di bacino
interessata da pioggia e quella da attività convettiva.
Si tratta infine l’analisi dei campi di
precipitazione: l’uno definito attraverso l’interpolazione dei dati pluviometrici
mediante i poligoni di Thiessen, l’altro stimato da radar con la relazione di
Marshall-Palmer. Lo studio dell’evoluzione nel tempo dei campi di pioggia è
completato da considerazioni sugli inviluppi dei valori estremi di
precipitazione.
5. CONCLUSIONI
Le
analisi effettuate mostrano che nel caso di eventi temporaleschi convettivi si
può ottenere una valutazione approssimata ma istantanea dell’area di territorio
interessata da pioggia al suolo isolando le regioni con riflettività maggiore
di 22-23 dbZ. In questi casi, l’errore che si commette nella valutazione è
dell’ordine del 10%-15%.
Per
eventi stratiformi con precipitazioni nevose anche in pianura non è possibile
stabilire una soglia di riflettività perché si creano anomalie nelle misurazioni
sia del pluviometro che del radar. Per eventi stratiformi con precipitazioni
nevose solo ad alta quota si ottiene un buon accordo sull’informazione di
‘pioggia-non pioggia’ tra i due strumenti abbassando la soglia di riflettività
a 15 dbZ. Non si può però prescindere da un’attenta analisi della quota della
neve (zero termico) e della visibilità del radar ( per vedere se il fascio
interseca la bright band).
In
tutti gli eventi si è registrata una generale sottostima della precipitazione
da parte del radar rispetto al dato pluviometrico: negli eventi stratiformi si
arriva a sottostime del 50-60% causate da una molteplicità di fattori (tra cui
la presenza di precipitazioni nevose); negli eventi convettivi la sottostima
varia a seconda dell’intensità e della durata dell’evento (dal 9-10% al 40%).
L’analisi sulla sincronia delle due tipologie di strumenti ha dato risultati
molto positivi: il riconoscimento dell’evoluzione dell’evento piovoso è
praticamente simultaneo (sui 10 minuti), così come lo sono gli incrementi di
precipitazione.
Altrettanto
positivi sono stati i riscontri sull’entità del solido di pioggia degli eventi
convettivi e sulla superiorità del dato radar, rispetto alla rete a terra, nel
cogliere l’effettiva varianza spaziale della precipitazione.
Figura
1. Mappe di riflettività : evento convettivo (sinistra) ed evento stratiforme
(destra).
Nelle
immagini sono evidenziati i contorni regionali e il bacino considerato nel caso
studio.