La base dati utilizzata per il funzionamento, la calibrazione e la validazione dei modelli, `e stata derivata in parte dalle stazioni dell’ADIS (precipitazione e portata a risoluzione tem- porale sub-oraria, oraria e giornaliera), e in parte dalle stazioni dell’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente della Sardegna, ARPAS (temperatura, vento, umidit`a radiazione so- lare a risoluzione temporale oraria), ed `e stata rielaborata dall’Universit`a degli Studi di Cagliari (UniCa), Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura (DICAAR) nell’ambito
di specifiche convenzioni, nonch´e durante il presente lavoro. Nella tabella 3.6 sono riportate le stazioni, insieme alle quantit`a misurate (per il corrispondente significato dei codici si faccia riferi- mento alla tabella3.7) e al periodo delle osservazioni. Nell’ultima colonna vengono riportati degli ulteriori codici di riferimento che ne consentono l’identificazione sulle mappe nelle figure3.2(a)e 3.3(a).
Nome Altitudine Quantita’ Ente Periodo di Rif. in stazione [mslm] misurata gestore misura mappa
Araxisi
Desulo 920 Phr/Td ADIS 1930-2009 A Sorgono 687 Phr/Td ADIS 1930-2009 B Ortosciavico 328 Qhr ADIS 1933-1983 1 Atzara 620 Pd/Th/Uh/Vh/RGh ARPAS 1995-2009 - Foddeddu
Arzana 674 Phr/Td ADIS 1938-2009 C Lanusei 595 Phr/Td ADIS 1930-2009 D Sicca d’Erba 825 Phr/Td ADIS 1938-2009 E Corongiu 49 Qhr ADIS 1937-1982 2 Jerzu 46 Pd/Th/Uh/Vh/RGh ARPAS 1997-2009 - Tabella 3.6: Stazioni di misura utilizzate nel bacino dell’Araxisi e del Foddeddu. L’ultima colonna identifica ciascuna stazione sulla mappe nelle figure 3.2(a)e3.3(a). Per la codifica della
quantit`a misurata si veda la tabella3.7. Quantita’ misurata Pd Precipitazione giornaliera
Td Temperatura massima e minima giornaliera Phr Precipitazione ad alta risoluzione temporale Qhr Portata ad alta risoluzione temporale Th Temperatura media oraria a 2 m Uh Umidit`a relativa media oraria a 2 m Vh Intensit`a del vento a 2 m RGh Integrale orario della radiazione globale
Tabella 3.7: Codici esplicativi delle quantit`a misurate nelle stazioni.
3.2.1 Precipitazione ad alta risoluzione
I dati di precipitazione ad alta risoluzione sono stati ottenuti nell’ambito della Convenzione del progetto RES-MAR - Programma Operativo di Cooperazione Transfrontaliera Italia–Francia Marittimo 2007-2013 tra UniCa-DICAAR e ARPAS. Durante tale attivit`a, di cui la presente tesi `e stata in parte supporto, `e stato eseguito il riconoscimento e l’estrazione con procedura auto- matica e semiautomatica del segnale di pioggia delle strisce pluviografiche registrate alle stazioni di Desulo, Sorgono, Arzana, Lanusei e Sicca d’Erba di competenza dell’ADIS (tabella 3.6). In particolare a partire dalle singole strisce pluviografiche registrate con meccanismo a vaschetta basculante tipo SIAP, acquisite in formato digitale (risoluzione 300 DPI, formato RGB a 24 bit),
sono stati effettuati il riconoscimento e l’estrazione del segnale tracciato dal pennino, con tecniche di segmentazione del colore e procedure automatiche coerenti con le modalit`a di funzionamento del pluviografo (Deidda et al., 2007). Come prodotto finale sono state ottenute le serie storiche continue a passo temporale assegnato (1 minuto, 5 minuti, 1 ora, 1 giorno); per il dettaglio delle tecniche di riconoscimento e validazione si rimanda ai rapporti tecnici e relazioni (Deidda et al., 2012,2013). In figura 3.6si riporta un esempio di segnale registrato da pennino estratto digital- mente. Come base di riferimento nel presente lavoro sono state considerate le piogge a risoluzione temporale di 5 minuti.
Figura 3.6: Riconoscimento digitale del segnale registrato dal pennino di una striscia plu- viografica settimanale (linea verde in alto) e successiva conversione in intensit`a di pioggia a risoluzione temporale di 5 minuti (in basso). Nell’esempio una striscia della stazione di Desulo,
Gennaio 1940.
Nell’utilizzo di questi dati di precipitazione bisogna tenere presenti diverse fonti di incertezza che possono diventare rilevanti quando si lavora con dati ad alta risoluzione temporale. Infatti per quanto siano state eseguite opportune operazioni di controllo, correzione e verifica (per una dettagliata descrizione ci si riferiscaDeidda et al.(2012)), tali incertezze non possono per`o essere completamente annullate. Nel seguito citiamo le principali.
1. Errori nella valutazione dell’incremento della pioggia nel tempo, dovuti a: • Problemi di riconoscimento del tracciato del pennino;
• Incoerenza di segnale tra fine di una striscia e inizio della successiva; • Problemi strumentali non dichiarati dall’operatore;
• Basculamenti non originati da precipitazione ma dovuti a manovre dell’operatore o causati da problemi strumentali;
• Andamenti anomali del segnale per via dello scioglimento di neve e intasamento dell’imbuto. 2. Problemi di sfalsamento temporale delle strisce pluviografiche, dovuti a:
• Data di inizio dichiarata dall’operatore spesso non corrispondente a quella effettiva o non dichiarata affatto; incongruenza tra la durata dichiarata e la lunghezza del segnale riportato sulla striscia. Analogo problema pu`o essere riscontrato sulle portate (vedi sezione3.2.2), amplificando a volte l’errore;
• Variazioni nella velocit`a di rotazione del tamburo, imputabili a possibili cambiamenti nella meccanica dello strumento.
3.2.2 Portata ad alta risoluzione
I dati di portata ad alta risoluzione sono stati ottenuti nell’ambito del progetto di ricerca Va- lutazione e previsione dei processi idrologici al suolo di rilevante impatto socio-economico, uti- lizzando dati di previsione meteorologica, inserito nel Piano Operativo Nazionale Sviluppo dei distretti industriali per le osservazioni della Terra (2003-2005). Nell’ambito di tale attivit`a, a partire dai segnali delle strisce registrate dagli idrometrografi in numerose sezioni di chiusura di bacini sardi di competenza dell’ADIS, tra cui le stazioni di Ortosciavico e Corongiu (tabella3.6), sono stati estratti i diagrammi altezze idrometriche-tempi attraverso digitizer. Parallelamente sono state validate, ricostruite e corrette le scale delle portate annuali per la conversione delle altezze idrometriche in portate. Pertanto gli idrogrammi portate-tempi sono stati ottenuti conver- tendo le altezze in portate attraverso le relative scale delle portate. Per il dettaglio delle tecniche di riconoscimento, calcolo, verifica e validazione si rimanda ai rapporti tecnici (Deidda et al., 2005). In figura 3.7 ripotiamo un esempio di striscia idrometrografica altezze-tempi, convertita in idrogramma portate-tempi, attraverso l’utilizzo della scala delle portate.
La risoluzione temporale di base degli idrogrammi `e variabile e dipendente dai punti battuti con il digitizer, in generale dell’ordine di qualche minuto. Nell’ambito degli studi che abbiamo condotto, gli idrogrammi sono stati ricampionati a passo di 5 minuti per renderli congruenti con gli ietogrammi di pioggia. Oppure il ricampionamento `e avvenuto a passo 3.75 minuti, per renderlo coerente con l’idrogramma di portata simulato dal tRIBS.
Nell’utilizzo di questi dati di portata bisogna tenere presenti diverse fonti di incertezza che sinte- tizziamo nel seguito.
Figura 3.7: Riconoscimento digitale del segnale da una striscia idrometrografica bisettimanale (in alto), utilizzo della scala delle portate annuale (al centro) per la conversione delle altezze misurate in portata (in basso). Nell’esempio una striscia della stazione di Ortosciavico, Novembre
1934.
• Non sempre i punti di una scala delle portate annuale erano sufficienti per definire completamente la relazione di conversione, per cui `e stata approntata una tecnica per ricostruire tali punti dall’evoluzione morfologica della sezione nel tempo;
• Per quanto limitata dalla procedura di ricostruzione temporale della morfologia della sezione, non raramente `e stato necessario estrapolare i punti dalla scala delle portate; • Incertezza nella determinazione delle portate basse per problemi nella precisa definizione
dello zero idrometrico.
2. Problemi di sfasamento temporale delle strisce idrometrografiche:
• E’ stato verificato che molto spesso la data di inizio dichiarata dall’operatore non corrispondeva a quella effettiva;
• Cambiamenti nella velocit`a di rotazione del tamburo. 3. Errori strumentali non dichiarati dall’operatore.
Si evidenzia infine che gli errori di battitura col digitizer sono trascurabili perch´e `e stata effettuata una doppia battuta con operatori diversi.
3.2.3 Altre osservazioni meteorologiche
Sono stati inoltre acquisiti altri dati meteorologici che, come descritto alla sezione3.5, sono serviti alla determinazione dell’evapotraspirazione a scala oraria. In particolare dalle stesse stazioni pluviografiche citate e di competenza dell’ADIS, e per lo stesso periodo storico 1930-2009, sono state acquisite le temperature minime e massime giornaliere.
Dalle stazioni meteorologiche di Atzara e Jerzu, di competenza dell’ARPAS, sono stati inoltre acquisiti per il periodo 1995-2009: la temperatura a 2 m, l’umidit`a relativa a 2 m, l’intensit`a del vento a 2 m e l’integrale della radiazione globale, a scala oraria; oltre alla relativa precipitazione a scala giornaliera. Come sar`a spiegato in dettaglio nel seguito, questi dati sono stati utilizzati per calibrare la procedura di downscaling temporale dell’evapotraspirazione.