Ingegneria per l’ambiente e il territorio

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Torino, 3 Dicembre 2012

Tesi di Laurea Magistrale

Ingegneria per l’ambiente e il territorio

Assimilazione di dati di umidità del suolo da

osservazioni ASCAT per

l’impiego in modelli di piena

Candidato: Relatore:

Davide Corrado Pierluigi Claps

Co-Relatori CRP:

Patrick Matgen Giovanni Corato

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Conclusioni Risultati

Caso di Studio Scopo Metodo

Introduzione

Alluvione in Toscana ed Umbria – Novembre 2012

SVILUPPARE NUOVE TECNICHE PER LA

MODELLAZIONE IDRAULICA/

IDROLOGICA

PREVISIONE E PREVENZIONE DI

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Introduzione

Modello SUPERFLEX Fenicia et al., 2011

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Introduzione

Campo et al. (2006, HYP)

Bacino del Casen-no Toscana

Un aumento del 30% del

valore di umidità del suolo

genera un picco di portata

8 volte superiore!

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Introduzione

MODELLO IDROLOGICO

COPERTURA GLOBALE

IN SITU

(TDR, FDR, Metodi Geofisici...) REMOTE SENSING (AMSR-E, ASCAT, SMOS,

SMAP...)

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Introduzione

Dati ASCAT Vantaggi:

1.  Non dipendenti dal Sole come sorgente illuminante;

2.  Non risentono della presenza di nubi;

3.  Due misurazioni giornaliere.

SWI – Soil Water Index

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Introduzione

U m id ità d el s u o lo

tempo

Procedura di Data Assimilation

Osservazioni esterne

Umidità del suolo

da modello

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Introduzione

Testare una procedura di assimilazione di dati satellitari derivati dal sensore

ASCAT in un modello idrologico

attraverso un esperimento sintetico

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Introduzione

Riferimento

DATA

ASSIMILATION con PARTICLE

FILTER

Perturbazione dei dati di INPUT e/o dei parametri

del modello

Modello Idrologico

Generazione dell’

ensemble

SWI osservate

tempo Precipitazione

mm/ h

tempo

SW I [ -]

Particelle

Serbatoio dell’insaturo – SWI modello

Verifica dell’ensemble

Particelle Riferimento

AGGIORNAMENTO

degli STATI

del modello e

valutazione della

stima delle PORTATE

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Introduzione

SW I

pesi

pesi Tecnica del Particle Filter

Osservazione SWI Riferimento

pesi

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Introduzione

T

tempo

Tecnica del Particle Filter con memoria

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Introduzione

Bacino dell’Alzette

Area [km²] 1100

Periodo di osservazione 2006 - 2009

Lussemburgo

Germania Belgio

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Introduzione

Perturbazione delle precipitazioni osservate:

GVM Valore Ideale Valore Ensemble

1 1 1.1371

2 0.7126 0.7227

Ensemble serbatoio S^u - Anno 2008

Riferimento Particelle

Generazione dell’ensemble

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Introduzione

Osservazioni ASCAT sintetiche:

Generazione delle osservazioni ASCAT sintetiche

Brocca et al., IEEE 2012

Riferimento Particelle

SWI osservata

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Introduzione

SWI Q

Eff max (Full Memory) 91.8575 53.5788

Eff min (No Memory) 18.7943 10.1424

Anno 2008

INDICI di EFFICIENZA dell’ASSIMILAZIONE

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Introduzione

Stagionalità

Periodo UMIDO

Periodo TRANSIZIONE

Periodo SECCO

Periodo UMIDO – dal 1/12/2008 al 1/04/2009 Periodo SECCO – dal 1/08/2009 al 1/11/2009 Periodo di TRANSIZIONE – dal 15/09/2008 al 1/12/2008

Periodo Eff_SWI Eff_Q

Biennio 2008 – 2009 94.4272 89.4050

Anno 2008 91.8575 53.5788

Umido 38.1726 34.4618

Secco 97.0018 96.6876

Transizione 40.0870 71.2113

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Introduzione

1.  L’assimilazione dei dati fornisce generalmente un miglioramento sia nella stima dell’umidità del suolo che dei valori di portata;

2. I migliori risultati si ottengono quando si considera l’intera memoria del sistema e cioè quando ogni osservazione passata contribuisce allo stesso modo nella stima dello stato ad un determinato istante;

3. Il miglioramento nella stima sia del valore di umidità del suolo

che di portata dopo l’assimilazione dipende dal periodo

dell’anno considerato.

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Tesi di Laurea Magistrale