AUTORITÀ PORTUALE DI CAGLIARI BANCHINAMENTO AVAMPORTO DEL PORTO CANALE PER NAVI RO-RO STUDIO METEOMARINO

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3 MODIMAR s.r.l. Via Monte Zebio Roma telefono fax web Cliente Progetto AUTORITÀ PORTUALE DI CAGLIARI BANCHINAMENTO AVAMPORTO DEL PORTO CANALE PER NAVI RO-RO Codice Progetto Specifiche documento Codice Elaborato Titolo SR MAR Studio Meteomarino Autori Ing. Marco Del Bianco Riferimento \\PC-SERVER\MODIMAR\COMMESSE\ANNO 2012\CC AP CAGLIARI - STUDIO METEOMARINO\ELABORATI CC SR MAR - STUDIO METEOMARINO.DOC MODIMAR s.r.l. Pagina 1

4 Indice Capitolo 1 Premessa... 5 Capitolo 2 Inquadramento geografico Fetch efficaci... 7 Capitolo 3 Regime dei venti Regime dei venti ottenuto dalla stazione RMN di Cagliari Regime dei venti al largo di Cagliari forniti da BMT ARGOSS Capitolo 4 Definizione del clima di moto ondoso al largo di Cagliari Dati di moto ondoso forniti da BMT ARGOSS Distribuzione degli eventi di moto ondoso per classi di altezza d onda e direzione di provenienza Curva di durata Distribuzione degli eventi in base al periodo Dati di moto ondoso provenienti dall ondametro di Cagliari Capitolo 5 Analisi statistica degli eventi estremi di moto ondoso al largo Capitolo 6 Clima di moto ondoso sottocosta Griglia di calcolo Condizioni al contorno e ipotesi di calcolo Propagazione nel punto sottocosta P Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di altezza d onda e direzione di provenienza Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di altezza d onda e periodo di picco Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di periodo di picco e direzione di provenienza Eventi estremi sottocosta nel punto P Conclusioni Capitolo 7 Variazioni del livello marino (maree e sovralzi) Marea astronomica Marea meteorologica Variazioni stagionali ed a lungo termine Stima dei valori estremi Capitolo 8 Correnti MODIMAR s.r.l. Pagina 2

5 Indice delle tabelle Tabella 1-1. Fonti utilizzate per lo studio meteomarino Tabella 2-1. Fetch geografici, efficaci e deviazione direzione vento/mare nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E Tabella 3-1. Rendimento dell anemometro della stazione RMN di Cagliari tra il Marzo del 2001 e Dicembre Tabella 3-2. Suddivisione per classi di intensità e direzione degli eventi registrati dalla stazione anemometrica RMN di Cagliari nel periodo Mar dic Tabella 3-3. Distribuzione percentuale degli eventi registrati dalla stazione anemometrica RMN di Cagliari nel periodo Mar dic Tabella 3-4. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in primavera Tabella 3-5. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in estate Tabella 3-6. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in autunno Tabella 3-7. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in inverno Tabella 3-8. Numero di eventi registrati dall anemometro di Cagliari aventi velocità superiore a 8 m/s e durata uguale o superiore a 3 ore Tabella 3-9. Stati di vento con durata superiore a 6 ore e di intensità superiore a 8 m/s Tabella Suddivisione degli stati di vento, appartenenti alla serie storica al largo di Cagliari fornita dal centro meteorologico ECMWF, in classi di velocità e direzione di provenienza Tabella Frequenza di accadimento degli stati di vento al largo di Cagliari...26 Tabella 4-1. Numero di eventi di moto ondoso, suddivisi per classi di altezza d'onda significativa e direzione, ricostruiti al largo di Cagliari Tabella 4-2. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari Tabella 4-3. Frequenza di accadimento nella stagione invernale degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari Tabella 4-4. Frequenza di accadimento nella stagione primaverile degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari Tabella 4-5. Frequenza di accadimento nella stagione estiva degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari.38 Tabella 4-6. Frequenza di accadimento nella stagione autunnale degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari Tabella 4-7. Suddivisione degli eventi della serie storica BMT ARGOSS per classi di periodo di picco e altezza d onda Tabella 4-8. Frequenza di accadimento degli eventi suddivisi per classi di periodo di picco e direzione Tabella 4-9. Rendimento dell ondametro di Cagliari tra il Febbraio 2007 e il Settembre Tabella Numero di eventi registrati dall ondametro di Cagliari suddivisi per classi di altezza d onda e direzione Tabella 5-1. Eventi estremi di durata superiore a 12 ore e altezza d onda sopra soglia verificatesi nel periodo Tabella 5-2. Statistica degli eventi estremi per il settore di traversia principale: N Tabella 5-3. Statistica degli eventi estremi per il settore di traversia secondaria: N Tabella 6-1. Punto sottocosta P1. Tabella climatica annuale Tabella 6-2. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in inverno...67 Tabella 6-3. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in primavera Tabella 6-4. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in estate Tabella 6-5. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in autunno...68 Tabella 6-6. Distribuzione degli stati di moto ondoso nel punto sotto costa P1 suddivisi per classi di altezza d onda significativa e periodo di picco Tabella 6-7.Stati di moto ondoso nel punto sotto costa P1 suddivisi per classi di direzione e periodo di picco Tabella 6-8. Eventi estremi sottocosta nel punto di propagazione di inversa spettrale P Tabella 7-1. Oscillazione di marea assunta per il paraggio in esame MODIMAR s.r.l. Pagina 3

6 Indice delle figure Figura 2-1. Inquadramento geografico e ubicazione del paraggio in esame... 6 Figura 2-2. Fetch geografici al largo del porto di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E Figura 2-3. Fetch efficace al largo del porto di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E Figura 2-4. Estensione dei fetches e legge di deviazione vento/mare nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E Figura 3-1. Rendimento dell anemometro di Cagliari nel periodo Marzo dicembre Figura 3-2. Diagramma polare di distribuzione degli eventi registrati dall anemometro della stazione RMN di Cagliari nel periodo Mar Dic Figura 3-3. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 0.5 m/s in primavera Figura 3-4. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 0.5 m/s in estate Figura 3-5. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 2 m/s in autunno Figura 3-6. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 2 m/s in inverno Figura 3-7. Durata annuale degli stati di vento registrati dall anemometro di Cagliari tra Marzo 2001 e Dicembre Figura 3-8. Distribuzione degli stati di vento con intensità superiore a 8.0 m/s registrati dall anemometro di Cagliari nel periodo Marzo Dicembre Figura 3-9. Distribuzione direzionale delle classi di velocità ricostruite al largo di Cagliari tra il 1992 e il 2011 dall ECMWF..27 Figura Confronto tra il regime dei venti al largo del Golfo di Cagliari fornito dai dati di BMT ARGOSS e il regime dei venti osservato presso la stazione mareografica di Cagliari Figura 4-1. Diagramma di correlazione tra la direzione del vento, fornita dall ECMWF, e la direzione degli stati di moto ondoso con Hs>1.0 m, ricostruiti al largo di Cagliari da BMT ARGOSS Figura 4-2. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso suddivisi per classi di altezza d onda significativa Figura 4-3. Rosa di distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso nel punto di ricostruzione al largo di Cagliari Figura 4-4. Scatter plot polare degli eventi di moto ondoso di altezza d onda significativa superiore a 2.0 m nel punto di ricostruzione del moto ondoso al largo di Cagliari Figura 4-5. Rose di distribuzione direzionale su base stagionale degli eventi di moto ondoso nel punto di ricostruzione del al largo di Cagliari Figura 4-6. Clima di moto ondoso al largo di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E Figura 4-7. Curva di durata degli eventi di moto ondoso al largo di Cagliari Figura 4-8. Frequenza di accadimento del periodo di picco Figura 4-9. Correlazione altezza periodo per i dati della serie storica al largo di Cagliari ricostruita da BMT ARGOSS Figura Frequenza di accadimento degli eventi con Tp> 4 s per classi di direzione Figura Legge di correlazione altezza-periodo per gli stati di moto ondoso provenienti dal settore N Figura Legge di correlazione altezza-periodo per gli stati di moto ondoso provenienti dal settore N Figura Rendimento dell ondametro di Cagliari Figura Confronto tra i dati registrati dalla boa RON di Cagliari e i dati ricostruiti da BMT ARGOSS per la mareggiata del 3/8 Novembre Figura Confronto tra i dati registrati dalla boa RON di Cagliari e i dati ricostruiti da BMT ARGOSS per la mareggiata del 20/24 Novembre Figura 5-1. Valori al colmo delle mareggiate verificatesi al largo di Cagliari nel periodo Figura 5-2. Legge di regolarizzazione per gli eventi estremi del settore di traversia N Figura 5-3. Legge di regolarizzazione per gli eventi estremi del settore di traversia N Figura 6-1. Griglia di calcolo utilizzata dal modello di inversa spettrale MEROPE Figura 6-2. Esempio di inversa spettrale per il punto P1, periodo di prova T=10.0 s Figura 6-3. Punto sottocosta P1 diagramma di correlazione largo/riva per gli spettri più rappresentativi Figura 6-4. Punto sottocosta P1 Distribuzione degli eventi di moto ondoso con altezza d onda superiore a 0.5 m Figura 6-5. Punto sottocosta P1. Regime di moto ondoso stagionale Figura 7-1. Misure di livello effettuate nell anno 2011 dalla stazione RMN di Cagliari Figura 7-2. Ricostruzione della marea astronomica nel porto di Cagliari nel mese di Settembre Figura 7-3. Scomposizione del livello registrato dal mareografo Cagliari in componente di astronomica e componente per i primi tre mesi del I livelli sono riferiti al medio mare e non allo zero dello strumento Figura 8-1. Analisi delle correnti nel bacino del Mar Tirreno MODIMAR s.r.l. Pagina 4

7 Capitolo 1 Premessa La presente relazione riporta i risultati dello studio meteomarino eseguito per il Progetto Definitivo del terminal RO-RO all interno del porto canale di Cagliari. Lo studio ha riguardato i seguenti aspetti: - inquadramento geografico del paraggio e definizione del settore di traversia che lo contraddistingue. Determinazione dell area di generazione efficace per il moto ondoso. - analisi dei venti e le loro principali caratteristiche in termini di direzione e intensità; - definizione delle caratteristiche del moto ondoso, al largo e in prossimità del sito in esame per mezzo di idonea modellistica numerica, in modo da valutare il regime di moto ondoso che contraddistingue il paraggio. - valutazione, su base statistica, della legge di distribuzione dei valori estremi di moto ondoso in modo da poter definire l evento di progetto associato ad un determinato tempo di ritorno; - valutazione delle variazioni del livello marino; - studio delle correnti superficiali che caratterizzano il paraggio. Per lo svolgimento dello studio sono state utilizzate diverse serie di dati meteo, distinti sia per tipologia (vento, onde o livelli marini), sia per modalità di acquisizione (misure dirette, misure indirette, modellazioni numeriche). Nella Tabella 1-1 sono elencate le diverse fonti utilizzate, per ognuna delle quali sono riportate la posizione di riferimento della serie di dati, espressa in coordinate geografiche, ed il periodo temporale di acquisizione dei dati. Tabella 1-1. Fonti utilizzate per lo studio meteomarino. Rif. Fonte dati Descrizione Posizione Periodo 1 BMT ARGOSS vento Dati di vento ricostruiti dal modello matematico del centro meteorologico europeo ECMWF al largo di Cagliari 39.0 N 9.25 E RMN Cagliari - vento Dati di vento registrati dalla stazione mareografica di Cagliari N E 03/ / BMT ARGOSS onde Dati di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari con il modello di generazione WAVEWATCH III a partire dai dati di vento del modello ECMWF 39.0 N 9.25 E RON Cagliari - onde Dati di moto ondoso registrati dall ondametro di Cagliari della Rete Ondametrica Nazionale N E RMN Cagliari - livello Misure di livello della stazione mareografica presso il porto di Cagliari della Rete Mareografica Nazionale N E MODIMAR s.r.l. Pagina 5

8 Capitolo 2 Inquadramento geografico Il porto di Cagliari si colloca nella zona mediana dell omonimo golfo (detto anche golfo degli Angeli) che costituisce il margine meridionale della Sardegna (Figura 2-1) e si affacci sul margine occidentale del Canale di Sicilia ad una distanza minima di circa 200 km dalla costa africana. Una prima valutazione delle condizioni di esposizione al moto ondoso del sito in esame può essere effettuata sulla base dei settori di traversia geografica, rappresentativi dell estensione della superficie marina che può contribuire alla generazione del moto ondoso ( fetch ). Ponendosi al largo del sito in esame in corrispondenza del punto di coordinate 39.0 N 9.25 E, su fondali di circa 500 m, è possibile individuare il settore di traversia geografica utilizzando un riferimento polare e tracciando i limiti della superficie marina per ogni settore di discretizzazione. Figura 2-1. Inquadramento geografico e ubicazione del paraggio in esame In Figura 2-2 è rappresentato il fetch geografico che è stato tracciato per il punto in esame. Considerato che nel Mar Mediterraneo le perturbazioni cicloniche hanno estensioni massime dell ordine dei 500 km, i fetch geografici che traguardano il Canale di Sicilia a Sud Est ed il Mar Tirreno ad Est sono stati limitati a tale dimensione. MODIMAR s.r.l. Pagina 6

9 I risultati ottenuti, riportati in forma numerica in Tabella 2-1, mostrano che il punto di in esame, al largo del porto di Cagliari risulta esposto al mare aperto per il settore di traversia compreso tra 70 N e 240 N. A Sud-Est il fetch è limitato dalla costa occidentale della Sicilia mentre tra 150 N e 230 N il fetch è limitato dalla costa del continente Africano. Il settore di traversia a risulta limitato a terra dalla costa della Sardegna da Capo Spartivento ad Ovest a Capo Carbonara ad Est. 2.1 Fetch efficaci Per fetch efficace si intende la traversia o lunghezza della porzione di mare sulla quale si esplica effettivamente l azione del vento responsabile della generazione del moto ondoso. Il valore del fetch efficace relativo ad una determinata direzione è funzione anche dei valori dei fetch geografici associati alle direzioni contigue a quella considerata; in questo modo i fetch efficaci tengono conto del fatto che alla generazione del moto ondoso oltre alla superficie marina individuata nella direzione media φ w lungo la quale spira il vento contribuiscono anche le porzioni di mare dalle direzioni comprese in un settore di ±θ rispetto alla direzione media di azione del vento. Di conseguenza la lunghezza dei fetch efficaci risulta essere diversa da quella dei fetch geografici. Il calcolo dei fetch efficaci può essere eseguito in base alla seguente relazione: φw+ θ n+ 1 Fi cos ( φi φw ) φi = φw θ Fe, w = φw+ θ n cos ( φi φw ) φi = φw θ nella quale i simboli che compaiono rappresentano i seguenti parametri: F e,w : lunghezza del fetch efficace relativa alla direzione φ w ; F i : lunghezza del fetch geografico relativa alla direzione i-esima φ i ; φ w : direzione media (riferita al nord geografico) di possibile provenienza del vento responsabile del fenomeno di generazione del moto ondoso lungo la traversia; φ w -θ φ i φ w +θ: direzione i-esima (riferita al nord geografico) relativa ad un settore di 2 θ considerato nell intorno della direzione φ w ; θ n ampiezza del settore di possibile provenienza del moto ondoso (il metodo di Saville prevede un valore di θ = ± 45 mentre quello di Seymour fa riferimento ad un valore di θ = ± 90 ); termine esponenziale definito in funzione della legge di distribuzione direzionale degli spettri di moto ondoso che caratterizzano il sito in esame (solitamente si assume n = 4). L equazione deriva dalla teoria di ricostruzione indiretta del moto ondoso nota come metodo S.M.B. (Sverdrup, Munk e Bretsheneider, 1947) e dai suoi successivi aggiornamenti (Saville 1954, Seymour 1977, Smith 1991). MODIMAR s.r.l. Pagina 7

10 Figura 2-2. Fetch geografici al largo del porto di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. MODIMAR s.r.l. Pagina 8

11 Il fetch efficace è stato ottenuto utilizzando il modello ENIF 1, per il calcolo automatico della precedente equazione. I risultati dell elaborazione sono riportati graficamente nel diagramma polare di Figura 2-3 e numericamente nella Tabella 2-1 e nel grafico di Figura 2-4. Il fetch efficace massimo ottenuto risulta pari a circa 366 km ed è riferito al settore di scirocco (110 Nord). L applicazione del modello numerico suddetto consente inoltre di definire la legge di deviazione tra la direzione media del vento e la direzione media del moto ondoso generato (Figura 2-4). 1 Il software per ambiente windows ENIF per il calcolo automatico dei fetch efficaci è stato sviluppato e commercializzato dalla società MODIMAR s.r.l.. MODIMAR s.r.l. Pagina 9

12 Figura 2-3. Fetch efficace al largo del porto di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. MODIMAR s.r.l. Pagina 10

13 Tabella 2-1. Fetch geografici, efficaci e deviazione direzione vento/mare nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. Direzione di provenienza Fetch geografico Fetch efficace Deviazione vento/mare Direzione di provenienza Fetch geografico Fetch efficace Deviazione vento/mare [ Nord] [km] [km] [gradi] [ Nord] [km] [km] [gradi] Figura 2-4. Estensione dei fetches e legge di deviazione vento/mare nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. MODIMAR s.r.l. Pagina 11

14 Capitolo 3 Regime dei venti Per la definizione del regime del vento del sito in esame è stata utilizzata la serie oraria dei dati anemometrici registrati dalla stazione mareografica di Cagliari nel periodo compreso tra il mese di Marzo 2001 e Dicembre I dati registrati dall anemometro sono stati successivamente posti a confronto con i dati di vento presenti nella serie storica acquisita dalla società BMT ARGOSS, provenienti dal modello di circolazione ECMWF, sulla base dei quali è stato ricostruito il moto ondoso al largo di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. 3.1 Regime dei venti ottenuto dalla stazione RMN di Cagliari La stazione RMN di Cagliari è ubicata nel porto civico, nel punto di coordinate 39 12' 36.69'' N, 09 06' 51.38' E, presso il molo della Capitaneria di Porto. La stazione mareografica è dotata di un anemometro che misura la velocità del vento a 10 m dal suolo. Le registrazioni sono relative ad una media su 10 minuti delle misure effettuate con frequenza di acquisizione di 30 Hz. La serie dei dati di velocità e direzione del vento registrata dalla stazione anemometrica di Cagliari copre il periodo compreso tra il mese di Marzo 2001 e Dicembre Il rendimento medio dell anemometro nel periodo indicato, come riportato in Figura 3-1 e numericamente in Tabella 3-1, presenta valori piuttosto elevati. Complessivamente lo strumento ha effettuato registrazioni con cadenza oraria. Le misure potenziali nel periodo di riferimento ammonterebbero a da cui si ricava che le misure mancanti sono 2817, il rendimento medio ottenuto risulta pari a 97.0%. Figura 3-1. Rendimento dell anemometro di Cagliari nel periodo Marzo dicembre MODIMAR s.r.l. Pagina 12

15 In Tabella 3-2 è riportata la suddivisone degli eventi registrati dall anemometro nel periodo analizzato per classi di velocità del vento (m/s) e per direzione di provenienza per settori di 15.. La Tabella 3-3 mostra la frequenza di accadimento delle diverse classi di velocità e direzione di provenienza. Tabella 3-1. Rendimento dell anemometro della stazione RMN di Cagliari tra il Marzo del 2001 e Dicembre Anno Mese Eventi registrati Misure mancanti Rendimento Anno Mese Eventi registrati Misure mancanti Rendimento Anno Mese Eventi registrati Misure mancanti Rendimento Anno Mese Eventi registrati Misure mancanti Rendimento MISURE POTENZIALI MISURE MANCANTI TOTALE MISURE RENDIMENTO MEDIO Complessivamente sono stati registrati 3886 stati di calma, contraddistinti da velocità inferiore a 0.5 m/s, che rappresentano il 4.2% del totale degli eventi misurati. Di conseguenza gli stati di calma si verificano mediamente 15/16 giorni l anno. Il 95.8% degli eventi registrati dall anemometro di Cagliari risulta avere velocità superiore a 0.5 m/s per un totale di circa 349/350 giorni/anno. MODIMAR s.r.l. Pagina 13

16 Tabella 3-2. Suddivisione per classi di intensità e direzione degli eventi registrati dalla stazione anemometrica RMN di Cagliari nel periodo Mar dic Velocità del vento [m/s] Direzione Vento Nord N di eventi Calme N di eventi Totale eventi registrati Analizzando la frequenza di accadimento dei venti è possibile fare le seguenti osservazioni: Il regime dei venti è contraddistinto in prevalenza da brezze, da leggere a vivaci, appartenenti alla classe di velocità compresa tra 2.0 m/s e 8.0 m/s, che hanno una frequenza di accadimento del 63.1% pari a circa 230 giorni anno; le brezze tese e il vento fresco, aventi velocità comprese tra 8.0 m/s e 14.0 m/s, si verificano in media 7/8 giorni l anno con un frequenza di accadimento del 2.1%; i venti forti, aventi velocità compresa tra 14.0 m/s e 18 m/s, si verificano in media con una frequenza pari a 0.01% (circa 1 ora l anno). MODIMAR s.r.l. Pagina 14

17 In termini strettamente climatici per il sito in esame non si ha un settore con venti dominanti (velocità superiori a 20 m/s). I venti regnanti con una maggiore frequenza di accadimento provengono dal IV quadrante ( N), che si presentano con una frequenza di accadimento del 54.1%; I venti prevalenti (aventi maggiore frequenza e intensità) provengono dal settore di maestrale [300 N-330 N] con una frequenza di accadimento del 40%; i venti più di maggiore intensità si presentano dal settore di maestrale. La frequenza di accadimento dei venti di velocità superiore a 8 m/s provenienti da maestrale è 1.5% (circa 1.5 ore anno) I venti provenienti da mezzogiorno e da scirocco sono meno frequenti e risultano anche di minor intensità. Complessivamente i venti provenienti da questi due settori rappresentano il 25.4% del totale. I venti provenienti da questi settori appartengono in prevalenza alla classe 2.0 m/s < U < 8.0 m/s (19.7%) mentre quelli con velocità superiore a 8.0 m/s si verificano da, questo settore, con una frequenza di circa 30 ore/anno (0.35%). Figura 3-2. Diagramma polare di distribuzione degli eventi registrati dall anemometro della stazione RMN di Cagliari nel periodo Mar Dic MODIMAR s.r.l. Pagina 15

18 Tabella 3-3. Distribuzione percentuale degli eventi registrati dalla stazione anemometrica RMN di Cagliari nel periodo Mar dic Velocità del vento [m/s] Direzione Vento Nord Freq. % Calme Freq. % Freq. Cumulata Suddividendo i dati di vento della stazione anemometrica di Cagliari per stagioni è possibile determinare il regime stagionale del vento. I risultati presentati da Tabella 3-4 a Tabella 3-7 e nelle rose da Figura 3-3 a Figura 3-6 forniscono la distribuzione direzionale della frequenza di accadimento stagionale degli stati di vento registrati. MODIMAR s.r.l. Pagina 16

19 Come è possibile osservare il regime dei venti presenta delle indicative variazioni stagionali: Primavera In primavera i venti si presentano con un regime di tipo bimodale con una prevalenza di venti provenienti da Nord- NordOvest (50%) rispetto a quelli provenienti da Sud-SudEst (30.9%). In primavera i venti più frequenti appartengono alla classe di velocità 2.0 m/s <U<6.0 m/s (60.3%). Gli eventi più intensi (U>8 m/s) si presentano sempre da maestrale con una frequenza di 1.8%. Le calme hanno un frequenza di accadimento pari al 3.9% del tempo. Estate In estate i venti si presentano dal IV e dal II quadrante; i più frequenti sono quelli di maestrale e tramontana che complessivamente si verificano con una frequenza di accadimento di 53.3%, circa 50 giorni/stagione, mentre da scirocco e mezzogiorno si verificano con una frequenza del 33.6%. Il regime estivo è prevalentemente caratterizzato da brezze con velocità comprese tra 2.0 m/s e 6.0 m/s che rappresentano il 64.0% degli eventi stagionali. Stati di vento aventi velocità superiore a 8.0 m/s si verificano con una frequenza di 1.4% con direzione prevalente maestrale (1.1%). Autunno In autunno i venti provenienti dal II quadrante diventano meno frequenti mentre dal IV quadrante i venti diventano più forti e si presentano con una frequenza di accadimento pari al 53.4% del tempo. Per il 4.9% del tempo si verificano stati di calma. Venti di velocità superiore a 8.0 m/s si verificano con una frequenza maggiore, pari al 1.9%, circa 40 ore a stagione. I venti dominanti provengono sempre maestrale (1.2%) e in misura minore da scirocco e mezzogiorno (0.5%). Inverno L inverno è la stagione con il regime dei venti più rigido. Seppur le calme sono più frequenti (5.0%), le brezze si verificano per il 56% del tempo mentre i venti più intensi si verificano con una frequenza del 2.7% e si presentano prevalentemente dal settore di maestrale. MODIMAR s.r.l. Pagina 17

20 Direzione Vento Nord Tabella 3-4. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in primavera Calme Freq. % Freq. cumulata Direzione Vento Nord Velocità del vento [m/s] Freq. % Tabella 3-5. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in estate Velocità del vento [m/s] Calme Freq. % Freq. cumulata Freq. % MODIMAR s.r.l. Pagina 18

21 Figura 3-3. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 0.5 m/s in primavera. Figura 3-4. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 0.5 m/s in estate. MODIMAR s.r.l. Pagina 19

22 Direzione Vento Nord Tabella 3-6. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in autunno Calme Freq. % Freq. Cumulata Direzione Vento Nord Velocità del vento [m/s] Freq. % Tabella 3-7. Frequenza di accadimento delle velocità registrate dall anemometro di Cagliari in inverno Velocità del vento [m/s] Calme Freq. % Freq. Cumulata Freq. % MODIMAR s.r.l. Pagina 20

23 Figura 3-5. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 2 m/s in autunno. Figura 3-6. Frequenza di accadimento degli eventi con velocità superiore a 2 m/s in inverno. MODIMAR s.r.l. Pagina 21

24 In termini di persistenza degli stati di vento osservati in Figura 3-7 è riportata la durata media oraria delle diverse classi di velocità del vento. La persistenza media degli stati di vento di velocità uguale o superiore a 2.0 m/s è di 5826 ore/anno. La durata medio/annua degli stati di vento di velocità superiore a 8.0 m/s è di 194.ore anno, mentre solo per 0.95 ore/anno si verificano in media stati vento superiori a 14 m/s di velocità. Figura 3-7. Durata annuale degli stati di vento registrati dall anemometro di Cagliari tra Marzo 2001 e Dicembre Gli stati di vento con intensità superiore a 8.0 m/s, come mostrato in Figura 3-8, rappresentano il 2.13% del totale degli eventi (meno di 9 giorni l anno) e si verificano prevalentemente da Nord- NordOvest. Figura 3-8. Distribuzione degli stati di vento con intensità superiore a 8.0 m/s registrati dall anemometro di Cagliari nel periodo Marzo Dicembre MODIMAR s.r.l. Pagina 22

25 Al fine di analizzare la frequenza di accadimento degli eventi più intensi e la loro persistenza, sono stati selezionati tutti gli eventi registrati, con velocità del vento superiore alla soglia di 8 m/s, aventi durata uguale o superiore a 3 ore. In Tabella 3-9, sono riportati i primi 50 stati di vento sopra soglia di durata superiore a 3 ore. La tabella riporta l ora di registrazione del massimo valore, la velocità (espressa in nodi e in m/s), la direzione di provenienza, la data di inizio e di fine dell evento e la sua durata. Complessivamente sono stati registrati 928 eventi sopra soglia di cui 154 con durata maggiore o uguale a 3 ore. La durata media per degli eventi più intensi è di 5.6 ore con una frequenza di accadimento di 15.4 eventi/anno pari a poco più di un evento al mese. In Tabella 3-8 sono riportati gli stati di vento con velocità superiore a 8 m/s e durata pari o superiore a 3 ore suddivisi per anno e per mese. Come è possibile osservare in inverno, agli esordi della primavera e a fine autunno si ha un frequenza di accadimento maggiore per gli eventi estremi rispetto alla primavera inoltrata e a tutta l estate. Dall analisi dei dati registrati dall anemometro il messe più intenso dal punto di vista dei venti risulta essere marzo che presenta una percentuale pari al 22% del totale degli eventi sopra soglia con durata superiore a tre ore. Tabella 3-8. Numero di eventi registrati dall anemometro di Cagliari aventi velocità superiore a 8 m/s e durata uguale o superiore a 3 ore. numero di eventi mese Totale % GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SETT OTT NOV DIC Totale MODIMAR s.r.l. Pagina 23

26 Tabella 3-9. Stati di vento con durata superiore a 6 ore e di intensità superiore a 8 m/s. Eventi estremi registrati dall'anemomtro di Cagliari nel periodo mar dic anni di riferimento: 10 Numero di eventi registrati sopra soglia: 928 soglia di riferimento: 8 m/s Numero di eventi di durata maggiore a 3 ore: 154 Data ora U w U w Dir data inizio data fine durata GG/MM/AA OO:OO (m/s) (nodi) ( N) GG/MM/AA OO:OO GG/MM/AA OO:OO hh 21/1/ /01/ /01/ /2/ /02/ /02/ /3/ /03/ /03/ /1/ /01/ /01/ /3/ /03/ /03/ /11/ /11/ /11/ /10/ /10/ /10/ /11/ /11/ /11/ /1/ /01/ /01/ /12/ /12/ /12/ /5/ /05/ /05/ /6/ /06/ /06/ /5/ /05/ /06/ /1/ /01/ /01/ /5/ /05/ /05/ /1/ /01/ /01/ /12/ /12/ /12/ /1/ /01/ /01/ /3/ /03/ /03/ /1/ /01/ /01/ /1/ /01/ /01/ /5/ /05/ /05/ /3/ /03/ /03/ /5/ /05/ /05/ /1/ /01/ /01/ /3/ /03/ /03/ /3/ /03/ /03/ /2/ /02/ /02/ /6/ /06/ /06/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /3/ /03/ /03/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /3/ /03/ /03/ /3/ /03/ /03/ /8/ /08/ /08/ /11/ /11/ /11/ /1/ /01/ /01/ /2/ /02/ /02/ /1/ /01/ /01/ /5/ /05/ /05/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /11/ /11/ /11/ /6/ /06/ /06/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /3/ /03/ /03/ /12/ /12/ /12/ /9/ /09/ /09/ /5/ /05/ /05/ /4/ /04/ /04/ /1/ /01/ /01/ frequenza annuale di accadimento: durata media (ore): 5.66 frequenza mensile di accadimento: 1.28 MODIMAR s.r.l. Pagina 24

27 3.2 Regime dei venti al largo di Cagliari forniti da BMT ARGOSS I dati acquisiti dalla società olandese BMT ARGOSS includono i dati di vento provenienti dal modello di circolazione del centro meteorologico europeo ECMWF. I dati sono riferiti al punto di coordinate 39.0 N E posto al largo di Cagliari. I dati di velocità e direzione del vento, a 10 m dal suolo, coprono il periodo temporale che va dal 3 gennaio 1992 al 31 dicembre La serie storica consiste di stati di vento con cadenza trioraria. In Tabella 3-10 sono riportati gli stati di vento della serie storica sono suddivisi per classi di velocità e direzione. Considerando che il regime di vento in mare aperto è certamente più intenso, le calme sono individuate in questo caso da velocità del vento inferiori a 1.0 m/s Tabella Suddivisione degli stati di vento, appartenenti alla serie storica al largo di Cagliari fornita dal centro meteorologico ECMWF, in classi di velocità e direzione di provenienza. Direzione Vento Nord calme Velocità del vento [m/s] N di eventi calme N di eventi Totale eventi registrati MODIMAR s.r.l. Pagina 25

28 In Tabella 3-11 sono fornite le frequenze di accadimento delle diverse classi di velocità del vento suddivise per direzione di provenienza. I dati mostrano che le calme sono poco frequenti (poco più del 1.2 %) e che i venti più frequenti hanno velocità compresa tra 2.0 m/s e 8.0 m/s con una frequenza complessiva di 75%. I venti più intensi (U 10 >8.0 m/s) in media non superano il 16% di frequenza di accadimento presentandosi pertanto circa 58 giorni l anno. Stati di burrasca (U 10 >16.0 m/s) si verificano circa 7 ore l anno con un frequenza di accadimento pari a 0.1%. Tabella Frequenza di accadimento degli stati di vento al largo di Cagliari Direzione Vento Nord calme Velocità del vento [m/s] Freq. % Calme Freq. % Freq. Cumulata MODIMAR s.r.l. Pagina 26

29 Dal punto di vista della distribuzione direzionale si può osservare che gli stati di vento più frequenti si presentano dal IV quadrante. I settori di ponente e maestrale [255 N N]risultano i settori prevalenti in quanto da queste direzioni si verificano gli stati di vento più frequenti ma anche i più intensi. Andando a sommare il totale degli eventi appartenenti a questi settori direzionali si ottiene che il 47% degli eventi proviene da maestrale o ponente. In particolare si riscontra una evidente maggioranza di venti aventi velocità superiore a 8.0 m/s provenienti da questi settori. Il settore secondario risulta essere quello di levante/scirocco [75 N N] che in totale presenta una frequenza di accadimento pari al 25%. I venti provenienti da questo settore risultano però di minore intensità ed appartengono in prevalenza alle classi di velocità comprese tra 2.0 m/s e 8.0 m/s. Figura 3-9. Distribuzione direzionale delle classi di velocità ricostruite al largo di Cagliari tra il 1992 e il 2011 dall ECMWF. Confrontando il regime di vento ottenuto dall analisi dei dati registrati dall anemometro di Cagliari con i dati desunti dal database ECMWF è possibile riscontrare che in mare aperto al largo di Cagliari, dove il vento non risente dell orografia, i venti prevalenti presentano una direzione più ruotata verso ponente rispetto a quelli rilevati nel porto di Cagliari che presentano invece una prevalenza di stati di vento provenienti da maestrale. MODIMAR s.r.l. Pagina 27

30 AUTORITÀ PORTUALE DI CAGLIARI BANCHINAMENTO AVAMPORTO DEL PORTO CANALE PER NAVI RO-RO STUDIO METEOMARINO L elaborazione di Figura 3-10 premette di confrontare il regime dei venti al largo di Cagliari, ottenuto dall analisi dei dati del centro meteorologico europeo ECMWF contenuti nel database acquisito da BMT ARGOSS, con il regime dei venti osservato presso la stazione mareografica presso il porto di Cagliari. Figura Confronto tra il regime dei venti al largo del Golfo di Cagliari fornito dai dati di BMT ARGOSS e il regime dei venti osservato presso la stazione mareografica di Cagliari. MODIMAR s.r.l. Pagina 28

31 Capitolo 4 Definizione del clima di moto ondoso al largo di Cagliari 4.1 Dati di moto ondoso forniti da BMT ARGOSS Non potendo disporre di una serie di dati ondametrici sufficientemente lunga, per lo studio del clima di moto ondoso al largo di Cagliari e la definizione della statistica degli eventi estremi di moto ondoso è stata acquisita, dalla società olandese BMT ARGOSS, la serie storica trioraria, che si estende dal 1992 al 2011, dei dati di vento e moto ondoso ottenuti utilizzando una procedura di ricostruzione del moto ondoso (hindcasting) nel punto di coordinate 39.0 N E. BMT ARGOSS utilizza, per il bacino del Mar Mediterraneo, il modello di generazione del moto ondoso di terza generazione WAVEWATCH III che, a partire dall analisi del vento fornita dal centro meteorologico europeo ECMWF, risolve il campo di moto ondoso nel tempo e nello spazio utilizzando una griglia di calcolo di passo Per la calibrazione del modello di generazione BMT ARGOSS utilizza misure di altezza e direzione del moto ondoso provenienti da misure satellitari a loro volta calibrate utilizzando i dati forniti da boe ondametriche. Figura 4-1. Diagramma di correlazione tra la direzione del vento, fornita dall ECMWF, e la direzione degli stati di moto ondoso con Hs>1.0 m, ricostruiti al largo di Cagliari da BMT ARGOSS. Il diagramma riportato in Figura 4-1 mostra la correlazione tra la direzione del vento fornita dall ECMWF e la direzione del moto ondoso generato nel nodo in esame. Le curve di livello indicano la frequenza di occorrenza delle diverse classi di direzione. Come si può osservare i venti più frequenti, con frequenza di accadimento superiore all 1% e provenienti dai settori di libeccio - maestrale ( N), generano stati di moto ondoso che MODIMAR s.r.l. Pagina 29

32 risultano più ruotati verso Ovest (si trovano infatti tutti sotto la bisettrice del piano cartesiano). Mentre i venti provenienti dai settori di levante e scirocco ( N), per i quali si hanno i massimi valori del fetch efficace, generano stati di moto ondoso che si concentrano intorno alla direzione di 130 N +/-10. La serie storica esaminata conta complessivamente eventi, e fornisce, con cadenza trioraria, l altezza d onda significativa H s, il periodo di picco T p, il periodo medio T m e la direzione di propagazione del moto ondoso. La serie storica sintetica risulta molto robusta, dispone infatti di un elevatissimo numero di dati (dal 1992 al 2011) e presenta un efficienza del 99.7%. Pertanto si ritiene rappresentativa del clima di moto ondoso che si verifica al largo di Cagliari. 4.2 Distribuzione degli eventi di moto ondoso per classi di altezza d onda e direzione di provenienza In Figura 4-2 è riportata la frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso della serie storica al largo di Cagliari dal 1992 al 2011 suddivisi per classi di altezza d onda significativa. Gli stati di calma, contraddistinti da altezze d onda comprese tra 0 <H s <0.5 m, si presentano per il 33.6% del tempo. Gli stati di mare con 0.5 m<h s <1.0 m sono i più frequenti al largo di Cagliari; mediamente si verificano 149 giorni l anno, con una frequenza di accadimento superiore al 40%. Complessivamente gli stati di moto ondoso con altezza d onda superiore a 2.0 m sono poco frequenti, in media si presentano per il 3.2% del tempo (circa 11 giorni l anno). Figura 4-2. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso suddivisi per classi di altezza d onda significativa. Per studiare la distribuzione direzionale del moto ondoso gli eventi presenti nella serie storica sono stati suddivisi per classi di altezza d onda e direzione. In Tabella 4-1 e in Tabella 4-2 sono riportati il numero di eventi di moto ondoso e la frequenza di accadimento percentuale, degli eventi di moto ondoso, ricostruiti al largo di Cagliari nel periodo compreso tra gennaio 1992 e dicembre 2011, suddivisi secondo classi di direzione e di altezza significativa suddivisi per settori di provenienza di 10 e per classi di altezza d onda significativa. MODIMAR s.r.l. Pagina 30

33 Il clima di moto ondoso al largo di Cagliari è sintetizzato dal diagramma polare (rosa) di Figura 4-3 che riporta la distribuzione direzionale della frequenza di accadimento degli stati di mare aventi altezza d onda superiore a 0.5 m per classi di altezza 0.5 m<h s <1.0 m, 1.0 m<h s <2.0 m, 2.0 m<h s <3.0 m e H s >3.0 m. Come riportato in figura, della totalità degli eventi della serie storica, pari a 58246, solo (pari al 66.4%) risulta superiore alla soglia di 0.5 m di altezza d onda. Gli eventi ricostruititi provengono prevalentemente dai settori di traversia compresi tra 75 N e 180 e tra 225 N e 330 N. In Figura 4-4 è rappresentato lo scatter plot direzionale di tutti gli eventi registrati con altezza d onda significativa superiore a 2.0 m. Per studiare la variabilità delle condizioni di moto ondoso al largo di Cagliari è stata effettuata l analisi stagionale della frequenza di accadimento per classi di direzione ed altezza d onda relativa. In Figura 4-5 sono riportate le rose di distribuzione direzionale della frequenza di accadimento su base stagionale di tutti gli eventi con altezza d onda superiore a 0.5 m. MODIMAR s.r.l. Pagina 31

34 Tabella 4-1. Numero di eventi di moto ondoso, suddivisi per classi di altezza d'onda significativa e direzione, ricostruiti al largo di Cagliari. Numero di eventi di moto ondoso suddivisi per classi di altezza d'onda significativa e direzione Serie storica di moto ondoso BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot Tot MODIMAR s.r.l. Pagina 32

35 Tabella 4-2. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. ANNUALE Serie trioraria BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa Hs [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Numbero di eventi: MODIMAR s.r.l. Pagina 33

36 Figura 4-3. Rosa di distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso nel punto di ricostruzione al largo di Cagliari. Figura 4-4. Scatter plot polare degli eventi di moto ondoso di altezza d onda significativa superiore a 2.0 m nel punto di ricostruzione del moto ondoso al largo di Cagliari. MODIMAR s.r.l. Pagina 34

37 Figura 4-5. Rose di distribuzione direzionale su base stagionale degli eventi di moto ondoso nel punto di ricostruzione del al largo di Cagliari. MODIMAR s.r.l. Pagina 35

38 Tabella 4-3. Frequenza di accadimento nella stagione invernale degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. INVERNO Serie trioraria BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 36

39 Tabella 4-4. Frequenza di accadimento nella stagione primaverile degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. PRIMAVERA Serie trioraria BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 37

40 Tabella 4-5. Frequenza di accadimento nella stagione estiva degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. ESTATE Serie trioraria BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 38

41 Tabella 4-6. Frequenza di accadimento nella stagione autunnale degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. AUTUNNO Serie trioraria BMT ARGOSS 39.0 N E Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 39

42 I risultati dell analisi della distribuzione direzionale e della frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Cagliari permettono di stabilire che: - gli stati di mare rilevanti ai fine del presente studio, aventi altezza d onda significativa superiore a 0.5 m, si verificano mediamente, con una frequenza di accadimento del 66.4% pari a circa 242 giorni l anno. Il 40% degli stati di mare appartenenti alla serie storica ricadono nella classe di altezza d onda compresa tra 0.5 m <H s < 1.0 m. - le calme, contraddistinte da altezze d onda inferiori a 0.5 m, si presentano per il 33.6% del tempo (pari a circa 123 gg/anno); - gli stati di mare rilevanti più frequenti si presentano dal settore di levante-scirocco (26.2%) e dal settore di libeccio-ponente (26.7%) che di fatto rappresentano i settori di traversia principale e secondario per il paraggio in esame; - il settore compreso tra 120 N e 160 N (scirocco) presenta fetches maggiori, e di fatto risulta essere il settore prevalente: da questo settore si presentano gli eventi più frequenti ed anche quelli più intensi. - gli eventi di moto ondoso più intensi, caratterizzati da altezza d onda superiore a 2.0 m, si verificano in media 12 giorni l anno e provengono in misura maggiore da scirocco con una frequenza di accadimento pari a 1.6%, e, in misura minore, da libeccio (0.8%) e da levante (0.4%). - Le mareggiate più intense, con altezze d onda superiori a 4.0 m si verificano circa 2 ore l anno e provengono esclusivamente dal settore di scirocco. Figura 4-6. Clima di moto ondoso al largo di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. MODIMAR s.r.l. Pagina 40

43 Da un punto di vista della distribuzione stagionale degli stati di mare si evince che le stagioni più miti dal punto di vista del clima di moto ondoso sono la primavera e l estate. In primavera si osserva una netta prevalenza di stati di moto ondoso provenienti da 120 a 150 N che si presentano con una frequenza di oltre il 14%. Il clima di moto ondoso primaverile presenta inoltre una percentuale significativa di eventi provenienti dal settore compreso tra 240 N e 300 N. Per il 37.5% del tempo si riscontrano stati di calma mentre per il 22% del tempo si hanno altezze d onda superiori ad un metro che provengono in larga misura dal quadrante di SE. In estate si presenta un clima di moto ondoso con una evidente bi modalità SE-NO, contraddistinto dalla presenza di molti stati di calma (circa il 51% del tempo). Gli stati di moto ondoso di altezza superiore a 0.5 m si verificano in misura maggiore da scirocco ma si può osservare una significativa presenza di eventi provenienti da ponente e maestrale, ma, dati i limitati fetches, tali eventi risultano di modesta entità. L autunno è la stagione in cui il clima di moto ondoso si presenta più severo. Mediamente si riscontrano per il 78% del tempo stati di moto ondoso di altezza superiore a 0.5 m che appartengono principalmente alle classi di altezza d onda 0.5 m <H s <1.0 m e 1.0 m<h s <2.0 m. Tali eventi provengono in prevalenza dai settori di SE e SO. L autunno presenta anche il maggior numero di mareggiate con H s superiore a 3.0 m che si verificano con frequenza di 0.64%, per un totale di circa 14 ore a stagione. In inverno il clima di moto ondoso presenta le stesse caratteristiche di distribuzione direzionale che si verificano in autunno. Gli stati di moto ondoso di altezza superiore a 0.5 m si presentano con frequenza pari al 76% ed appartengono principalmente alle classi di altezza d onda 0.5 m <H s <1.0 m e 1.0 m<h s <2.0 m. Le calme si verificano per il 23.6%. 4.3 Curva di durata In merito alla persistenza degli eventi di moto ondoso al largo di Cagliari si può far riferimento alla curva di durata rappresentata in Figura 4-7. Dall analisi della serie storica è stato possibile determinare la durata media annuale associata a diverse soglie di altezza d onda significativa. Come è possibile ricavare dal grafico: la durata media degli eventi con H s >1.0 m 2217 ore/anno, durata media degli eventi con H s >2.0 m 280 ore/anno, durata media degli eventi con H s >3.0 m 33.4 ore/anno, durata media degli eventi con H s >4.0 m 1.8 ore/anno. MODIMAR s.r.l. Pagina 41

44 Figura 4-7. Curva di durata degli eventi di moto ondoso al largo di Cagliari. 4.4 Distribuzione degli eventi in base al periodo I dati di moto ondoso della serie storica al largo di Cagliari acquisita da BMT ARGOSS sono stati suddivisi in classi di periodo di picco al fine di individuare la frequenza di accadimento delle distinte classi e analizzare la correlazione tra direzione e periodo e altezza e periodo. L istogramma di Figura 4-8 riportata la frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso suddivisi in base a classi di periodo di picco T p di ampiezza di un secondo tra 2 e 12 secondi. Figura 4-8. Frequenza di accadimento del periodo di picco. MODIMAR s.r.l. Pagina 42

45 Si può osservare che la maggior parte degli stati di moto ondoso che si verificano al largo del Golfo di Cagliari hanno periodo di picco T p compreso tra 2 e 7 secondi, con una prevalenza di stati di mare aventi periodo tra 3 e 4 secondi. In Tabella 4-7 è riportata la frequenza di accadimento degli eventi appartenenti alla serie storica suddivisi in base all altezza d onda significativa H s e al periodo di picco T p. Tabella 4-7. Suddivisione degli eventi della serie storica BMT ARGOSS per classi di periodo di picco e altezza d onda. Periodo di picco T p [s] Classe di altezza d'onda significativa Hs [m] < Freq% Freq. cumul. Tp Tp < Tp < Tp < Tp < Tp < Tp < Tp < Tp < Tp < Freq% Freq. cumul Gli eventi più frequenti hanno periodo di picco compreso tra 4 e 7 secondi ed altezza d onda significativa compresa tra 0.5 m e 1.5 m. Al crescere dell altezza d onda significativa si trovano valori di periodo maggiori. Per altezze d onda superiori a 2.0 m il periodo di picco è sempre superiore a 5 secondi, mentre per altezze d onda superiori a 3.0 m troviamo periodi di picco sempre superiori a 6 secondi. Alle onde estreme, di altezza superiore a 4.0 m, sono associati periodi di picco compresi tra 8 e 10 secondi. Stati di mare aventi periodi di picco superiore a 10 secondi sono associati ad altezze d onda generalmente inferiori 2 m, ma si possono verificare anche stati di mare con altezza di 3.0 con periodo superiore a 12 s. Al fine di individuare la legge di dipendenza tra il periodo di picco delle onde T p e l altezza d onda significativa H s si è fatto riferimento alla seguente relazione (Mathiesen et al., 1994) utilizzata anche nell Atlante delle Onde Italiane: T p = a (H s ) b ove i parametri a e b sono stati ricavati dall analisi di correlazione statistica dei dati registrati dalla boa ondametrica. Per trovare la legge di dipendenza si è fatto riferimento agli eventi di moto ondoso con altezza d onda significativa H s 1.0 e aventi periodo d onda inferiore a 22 s. In Figura 4-9 è riportata la funzione di correlazione tra T p e H s trovata con il metodo dei minimi quadrati per i dati della serie storica al largo di Cagliari. I valori dei parametri della funzione di correlazione ottenuti sono a=5.11, b=0.48. MODIMAR s.r.l. Pagina 43

46 Figura 4-9. Correlazione altezza periodo per i dati della serie storica al largo di Cagliari ricostruita da BMT ARGOSS. Andando ad analizzare la distribuzione direzionale del periodo di picco, riportata in Tabella 4-8 e in Figura 4-10, è possibile individuare due settori di traversia con caratteristiche ben distinte: il settore di traversia di scirocco,compreso tra 100 N e 160 N, da cui si verifica complessivamente il 33.5% degli eventi (di cui 9.2% solo da 130 N) con periodo di picco mediamente compreso tra 4 e 10 secondi; il settore di traversia compreso tra 190 N e 260 N da cui si verifica il 26.2% degli eventi (da 240 N la frequenza di accadimento è pari al 7.1%), con periodo di picco mediamente compreso tra 4 e 11 secondi ma con una presenza maggiore di eventi compresi tra 8 e 11 secondi rispetto al settore di scirocco. Le differenze dei due settori di traversia sono legate alla diversa area di generazione ed alle caratteristiche dei venti che agiscono sull area di generazione. Sulla base di tale valutazione si è scelto di individuare una legge di correlazione altezza-periodo per questi due settore di traversia, in quanto risultano essere i più significativi per il sito in esame. MODIMAR s.r.l. Pagina 44

47 Tabella 4-8. Frequenza di accadimento degli eventi suddivisi per classi di periodo di picco e direzione. Dir. Nord Periodo di picco T P (s) Tp < 4 4 Tp < 5 5 Tp < 6 6 Tp < 7 7 Tp < 8 8 Tp < 9 9 Tp < Tp < Tp < 12 Tp 12 Freq.% Freq.% MODIMAR s.r.l. Pagina 45

48 Figura Frequenza di accadimento degli eventi con Tp> 4 s per classi di direzione. Il diagramma di Figura 4-11 riporta i risultati dell analisi di correlazione altezza-periodo effettuata considerando esclusivamente i dati di moto ondoso della serie storica ricostruita al largo di Cagliari aventi direzione di provenienza compresa tra 120 e 160 N. I parametri della legge di correlazione di tipo esponenziale T p = a (H s ) b per il settore di traversia in esame valgono rispettivamente a = 5.22, b = Il diagramma di Figura 4-12 riporta invece i risultati dell analisi di correlazione altezza-periodo effettuata per i dati di moto ondoso della serie appartenenti al settore di traversia 190 e 260 N. I parametri della legge di correlazione T p = a (H s ) b ottenuti in questo caso sono a = 6.31, b = MODIMAR s.r.l. Pagina 46

49 Figura Legge di correlazione altezza-periodo per gli stati di moto ondoso provenienti dal settore N. Figura Legge di correlazione altezza-periodo per gli stati di moto ondoso provenienti dal settore N. MODIMAR s.r.l. Pagina 47

50 4.5 Dati di moto ondoso provenienti dall ondametro di Cagliari La stazione ondametrica di Cagliari, appartenente alla Rete Ondametrica Nazionale (RON), è costituita da una boa ondametrica direzionale (del tipo TRIAXYS). La boa è operativa da Febbraio 2007 e dopo il 2008, a seguito del rinnovamento della struttura della rete RON, è stata riposizionata nel punto di coordinate N E su fondali di circa -150 m s.l.m. al largo di Porto Sa Ruxi ad una distanza di circa 2 km dalla costa e di circa 30 km a Est-SudEst del porto di Cagliari. La serie storica trioraria registrata dall ondametro di Cagliari ha avuto inizio il In questa sede si è provveduto ad aggiornare la serie con i dati più recenti disponibili che arrivano fino al Nel periodo indicato l ondametro ha rilevato 6598 eventi triorari. Come è possibile osservare dal grafico riportato in Figura 4-13, il rendimento dell ondametro è stato molto discontinuo, sia per problemi tecnici dello strumento sia per la manutenzione e gestione della rete ondametrica nazionale rendimento % Figura Rendimento dell ondametro di Cagliari. Complessivamente il rendimento dell ondametro è molto basso (meno del 40%). Solo a partire dalla fine del 2011 il rendimento dell ondametro risulta continuo con valori prossimi al 100%. Il ridotto numero di dati registrati e lo scarso rendimento non consentono di utilizzare, in modo omogeneo ed univoco, le informazioni dell ondametro per la definizione del clima di moto ondoso e la definizione degli stati estremi di moto ondoso al largo di Cagliari, ma costituiscono comunque un elemento di riscontro per i dati BMT ARGOSS. MODIMAR s.r.l. Pagina 48

51 anno mese Tabella 4-9. Rendimento dell ondametro di Cagliari tra il Febbraio 2007 e il Settembre eventi registrati rendimento anno mese eventi registrati rendimento anno mese eventi registrati rendimento Numero totatale eventi registrati Rendimento complessivo ondametro 39.3% In Tabella 4-10 è riportata la distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso registrati suddivisi per classi di altezza d onda significativa. Osservando la distribuzione degli eventi, si può riscontrare una frequenza di stati di calma (H s <0.5 m) pari al 52% del totale degli eventi registrati. Gli stati di mare vivo sono in prevalenza rappresentati da altezze significative comprese tra 0.5 m < H s <1.0 m, con un frequenza di occorrenza pari a 30.9%. Mentre sono stati registrati 1031 eventi con altezza d onda compresa tra 1.0 m< H s < 2.0 m con una frequenza del 15.6%. Confrontando questi risultati con quelli ottenuti dall analisi dei dati ricostruiti da BMT ARGOSS al largo di Cagliari si ritrova un clima di moto ondoso caratterizzato da una prevalenza di stati di mare provenienti dal settore di scirocco [ N] e, in misura minore, sia per intensità che per frequenza di accadimento dai settori di libeccio e di ponente. MODIMAR s.r.l. Pagina 49

52 Tabella Numero di eventi registrati dall ondametro di Cagliari suddivisi per classi di altezza d onda e direzione. Serie trioraria registrata dall'ondametro di Cagliari. Febbraio Settembre 2012 Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot Tot Freq. % Freq. % Per valutare la bontà dei dati ricostruiti con il modello di generazione del moto ondoso le mareggiate più intense registrate dall ondametro sono state poste a confronto con quelle presenti, per lo stesso periodo, nella serie ricostruita da BMT ARGOSS. MODIMAR s.r.l. Pagina 50

53 I diagrammi temporali riportati in Figura 4-14 ed in Figura 4-15 riportano il confronto tra i parametri di moto ondoso, altezza significativa H s, direzione di provenienza e periodo di picco T p, registrati dall ondametro e ricostruiti con il modello matematico di generazione del moto ondoso. Come si può osservare il modello riesce a rappresentare con ottima verosimiglianza la generazione e la propagazione degli stati di mare più intensi. In generale, sulla base degli stati di mare confrontati, si è riscontrata una sovrastima dei valori al colmo delle mareggiate ricostruite da BMT ARGOSS rispetto a quelle misurate dalla boa ondametrica RON di Cagliari. Per le finalità del presente studio tale circostanza va a favore di sicurezza in quanto permette di non sottostimare i valori estremi di moto ondoso. MODIMAR s.r.l. Pagina 51

54 Figura Confronto tra i dati registrati dalla boa RON di Cagliari e i dati ricostruiti da BMT ARGOSS per la mareggiata del 3/8 Novembre 2011 Figura Confronto tra i dati registrati dalla boa RON di Cagliari e i dati ricostruiti da BMT ARGOSS per la mareggiata del 20/24 Novembre 2011 MODIMAR s.r.l. Pagina 52

55 Capitolo 5 Analisi statistica degli eventi estremi di moto ondoso al largo Per determinare l onda di progetto è stata eseguita un analisi statistica dei valori estremi utilizzando come campione di dati la serie dei colmi delle mareggiate appartenenti alla serie storica di dati di moto ondoso ricostruiti da BMT ARGOSS al largo di Cagliari nel punto di coordinate 39.0 N 9.25 E. Per eseguire l analisi statistica delle altezze d onda risulta necessario selezionare preliminarmente dei campioni di dati che rispondano al doppio requisito di risultare tra di loro statisticamente indipendenti ed omogenei. Per quanto riguarda l indipendenza statistica si è utilizzato il metodo POT (Peaks Over Treshold detto anche della serie di durata parziale sopra soglia ), che consiste nel prendere in esame il solo valore massimo di altezza d onda (valore di picco) che si verifica nell ambito di una singola mareggiata. L individuazione di ciascuna mareggiata nell ambito della serie storica viene effettuata introducendo una soglia di altezza d onda e considerando che il singolo evento (mareggiata) abbia inizio quando l altezza d onda significativa superi per la prima volta il valore della soglia prestabilito. Conseguentemente si ipotizza che l evento termini quando l altezza d onda significativa assume per la prima volta un valore inferiore a quello di soglia oppure quando si verifica un forte scarto della direzione del moto ondoso. Selezionati gli eventi di picco, l omogeneità dei dati di solito viene assicurata raggruppando gli stessi dati in eventi caratterizzati da una simile genesi meteorologica. Ciò normalmente si traduce nel separare i valori massimi di altezze d onda registrati in distinti settori di provenienza degli stati di mare. Gli stati di mare, caratterizzati da una altezza d onda significativa (H s ) superiore alla soglia individuata, sono quindi oggetto di una elaborazione statistica al fine di ricavare, mediante una regolarizzazione degli eventi estremi secondo note funzioni probabilistiche, le caratteristiche del moto ondoso da associare ad assegnati tempi di ritorno T R (o probabilità di occorrenza). Le leggi adottate di distribuzione di probabilità cumulata di non superamento (funzione di ripartizione) sono quella di Weibull (limitata inferiormente): x ε P X ( x) = 1 exp min θ e la legge di Gumbel P ( x) X max exp e ( x ) b = α β MODIMAR s.r.l. Pagina 53

56 dove X è la variabile aleatoria, x il valore di non superamento mentre ε, θ=λ-ε, β, α e b sono i parametri delle distribuzioni. Tenendo conto che la probabilità cumulata di non superamento è legata al tempo di ritorno dell evento dalla relazione: ( x) Tr X = 1 ( 1 P( X x) ) si possono stimare le altezze d onda significative relative a diversi tempi di ritorno. Per l analisi statistica degli eventi estremi della serie storica sono state individuate tutte le mareggiate di durata pari ad almeno 12 ore in cui l altezza d onda H s si tenuta sempre superiore alla soglia di 1.0 m. In Tabella 5-1 sono riportati il numero di eventi estremi verificatesi nel periodo Tabella 5-1. Eventi estremi di durata superiore a 12 ore e altezza d onda sopra soglia verificatesi nel periodo Classe di altezza d onda significativa Numero di eventi 2.0 O Hs < 2.5 [m]: O Hs < 3.0 [m]: O Hs < 3.5 [m]: O Hs < 4.0 [m]: O Hs < 4.5 [m]: O Hs < 5.0 [m]: 3 Il diagramma polare dei colmi delle mareggiate registrate dall ondametro, riportato in Figura 5-1, consente di individuare due distinti settori di traversia da cui provengono le mareggiate: - il settore compreso tra 100 e 170 N è quello da cui provengono più frequentemente gli eventi estremi e che presenta i colmi di mareggiata più elevati, con un totale di 120 mareggiate nell arco di 19 anni, applicando il metodo POT sono stati individuati 35 colmi di mareggiata con H s 3 m; - il settore di traversia compreso tra 190 e 260 N. Complessivamente in questo settore sono state individuate 89 mareggiate. Applicando il metodo POT sono stati selezionati 36 colmi di mareggiata con H s 2.5 m; i restanti eventi di mareggiata (49) non sono rappresentativi di una popolazione di eventi e quindi non sono stati analizzati dal punto di vista statistico. Individuati i settori principali di provenienza del moto ondoso, si è quindi proceduto a determinare per essi i valori di soglia dell altezza d onda significativa da utilizzare per isolare ciascun evento e quindi i corrispondenti valori di picco. Il valore di soglia è stato individuato seguendo il metodo proposto da Goda (1988). MODIMAR s.r.l. Pagina 54

57 Applicando il metodo POT è stata selezionato, per ogni settore di traversia, il campione estratto dalla popolazione dei colmi delle mareggiate più significative. Successivamente applicando i criteri dell inferenza statistica è stata trovata la funzione di probabilità (ed i suoi parametri caratteristici) che meglio descrive la popolazione dei colmi. Una volta ottenuta la funzione di probabilità di non superamento è stato possibile valutare il corrispondente valore al colmo della mareggiata corrispondente ad un tempo di ritorno assegnato. I risultati della analisi di inferenza statistica e i conseguenti valori al colmo, ottenuti in funzione di prefissati tempi di ritorno, sono riportati per ogni settore nelle pagine successive in Figura 5-1. Valori al colmo delle mareggiate verificatesi al largo di Cagliari nel periodo MODIMAR s.r.l. Pagina 55

58 Tabella 5-2. Statistica degli eventi estremi per il settore di traversia principale: N. Analisi degli eventi estremi al largo di Cagliari Settore di traversia principale: Nord Numero anni: 19 Media (m): 3.50 Numero delle mareggiate: 119 Deviazione Standard (m): Soglia di riferimento (POT) m >3.00 Numero di eventi sopra POT 35 Hs Tempo di ritorno Hs Tempo di ritorno Hs Tempo di ritorno (m) (anni) (m) (anni) (m) (anni) Tr GUMBEL WEI(.75) Anni Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) A B r Tr WEI(1.0) WEI(1.4) WEI(2.0) anni Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) A B r MODIMAR s.r.l. Pagina 56

59 Altezze d'onda estreme al largo di Cagliari Legge FT-I (Weibull) Settore di traversia principale: N Altezze d'onda significativa (m) Dati Osservati Weibull (1.0) 0 1 Tempo di ritorno (anni) Figura 5-2. Legge di regolarizzazione per gli eventi estremi del settore di traversia N. MODIMAR s.r.l. Pagina 57

60 Tabella 5-3. Statistica degli eventi estremi per il settore di traversia secondaria: N. Analisi degli eventi estremi al largo di Cagliari Settore di traversia secondaria: Nord Numero anni: 19 Media (m): 2.92 Numero delle mareggiate: 89 Deviazione Standard (m): Soglia di riferimento (POT) m >2.50 Numero di eventi sopra POT 36 Hs Tempo di ritorno Hs Tempo di ritorno Hs Tempo di ritorno (m) (anni) (m) (anni) (m) (anni) Tr GUMBEL WEI(.75) Anni Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) A B r Tr WEI(1.0) WEI(1.4) WEI(2.0) anni Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) Hs(m) c.i.(m) A B r MODIMAR s.r.l. Pagina 58

61 6 Altezze d'onda estreme al largo di Cagliari Legge FT-I (Weibull) Settore di traversia secondaria: N Altezze d'onda significativa (m) Dati Osservati Weibull (1.0) Tempo di ritorno (anni) Figura 5-3. Legge di regolarizzazione per gli eventi estremi del settore di traversia N. MODIMAR s.r.l. Pagina 59

62 Capitolo 6 Clima di moto ondoso sottocosta Per definire le condizioni di moto ondoso che si vengono a realizzare all interno del Golfo di Cagliari è stato necessario effettuare una propagazione del moto ondoso da largo verso riva utilizzando un modello matematico. A tal fine è stato necessario in primo luogo scegliere il modello numerico più appropriato per lo studio in questione. La scelta del modello numerico viene normalmente effettuata a valle di una attenta analisi dei principali fenomeni fisici che condizionano l evoluzione delle onde durante la loro propagazione. Per quanto riguarda i meccanismi che possono alterare la propagazione delle onde sui fondali via via decrescenti, che collegano il mare aperto alla zona di intervento, la regolarità dell andamento delle linee batimetriche, che caratterizzano il litorale in esame, permette di ritenere che essi siano costituiti in modo dominante dalla rifrazione e dallo shoaling e che possano essere ritenuti trascurabili i processi diffrattivi (diffrazione esterna ed interna). Per quanto riguarda i processi dissipativi (attrito sul fondo e frangimento), nel caso in esame, si può affermare che la loro importanza diventa rilevante solo su fondali aventi profondità inferiori a m. Sulla base delle considerazioni appena effettuate si è scelto, per la propagazione sotto costa della serie di dati di moto ondoso, di utilizzare il modello numerico di propagazione inversa spettrale MEROPE sviluppato dalla MODIMAR srl. Il modello numerico MEROPE risolve la rifrazione inversa spettrale dei fronti d onda a partire da un punto utilizzando una griglia di calcolo costruita sulla base dei dati batimetrici del paraggio in esame. 6.1 Griglia di calcolo In Figura 6-1 è rappresentato il domino di calcolo utilizzato per le simulazioni effettuate con il modello MEROPE, definito sulla base dei dati batimetrici desunti dalla carta nautica del paraggio (CN 45). Il suddetto dominio ha dimensioni m, ed è numericamente definito da una griglia regolare con passo di discretizzazione di 20 m in entrambe le direzioni, per un totale di nodi. La griglia è orientata con l asse verticale allineato con il Nord. All interno della griglia di calcolo è stato selezionato un punto di propagazione, indicato rispettivamente con P1, posto sulla batimetrica -20 m sul l.m.m. in prossimità dell imboccatura del porto canale, nel punto di coordinate N, E. MODIMAR s.r.l. Pagina 60

63 Figura 6-1. Griglia di calcolo utilizzata dal modello di inversa spettrale MEROPE. 6.2 Condizioni al contorno e ipotesi di calcolo Per i punti scelti sono stati calcolati 20 piani d'onda d inversa per altrettanti periodi compresi tra 2 e 22 secondi, tracciando una serie di raggi (ortogonali ai fronti d onda), spaziati di 0.5, sino a coprire l intero settore (geografico) di traversia (100 N 210 N). I 4000 piani d onda inversi (20x200) così calcolati hanno consentito di costruire un data-base di correlazione. Mediante questo data-base l intera serie storica fornita da BMT ARGOSS al largo di Cagliari è stata propagata sotto costa nel punto prescelto. Per simulare la dispersione dell energia in frequenza e direzione si è utilizzata la funzione densità spettrale: S(f,θ)= S(f) G(f,θ) dove la funzione S(f) è stata espressa con uno spettro di tipo JONSWAP con γ =3.3. La funzione G(f,θ) viene esplicitata nel modello MEROPE sulla base dell equazione fornita da Goda ponendo s max =18 (onde di mare vivo). Si ricorda che le onde di mare vivo (sea), tipiche dell area di generazione (fetch), hanno una elevata dispersione direzionale dell energia e per tale ragione vengono anche chiamate onde a cresta corta. MODIMAR s.r.l. Pagina 61

64 Figura 6-2. Esempio di inversa spettrale per il punto P1, periodo di prova T=10.0 s. 6.3 Propagazione nel punto sottocosta P1 Il diagramma riportato in Figura 6-3 mostra la correlazione largo/riva per gli spettri di moto ondoso più rappresentativi. Nella parte alta del diagramma è rappresentato il campo di variazione del coefficiente di rifrazione e shoaling, K=K r K s, rappresentativo del rapporto tra i valori di altezza d onda nel punto di propagazione ed al largo, in funzione della direzione al largo e del periodo di picco dello spettro dell onda. Nella parte bassa del diagramma è riportata la variazione di direzione del moto ondoso sottocosta sempre al variare del periodo di picco. Come si può osservare le onde di breve periodo (T p <6 s) provenienti dal settore di S-SE, compreso tra 130 e 180 N, subiscono un modesta trasformazione sottocosta, con valori del coefficiente K poco inferiori all unità e valori e deviazione direzionale mediamente compresa tra 0 e 10. Le onde provenienti da levante e da grecale a causa dei processi di rifrazione le riescono a propagarsi all interno del Golfo di Cagliari assumendo direzione compresa tra 110 N e 120 N e riducendo l altezza d onda dal 30 al 60% di quella al largo. Gli stati di mare che al largo provengono da libeccio e da ponente, ruotano per rifrazione, e si propagano all interno del Golfo di Cagliari con direzioni comprese tra 180 e 210 N. MODIMAR s.r.l. Pagina 62

65 Figura 6-3. Punto sottocosta P1 diagramma di correlazione largo/riva per gli spettri più rappresentativi. MODIMAR s.r.l. Pagina 63

66 6.4 Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di altezza d onda e direzione di provenienza L applicazione del modello MEROPE ha consentito di propagare nel punto di inversa spettrale P1 tutti gli stati di mare della serie storica al largo di del Golfo di Cagliari e di valutare pertanto le caratteristiche del clima di moto ondoso in prossimità della rada del porto canale di Cagliari. Rispetto al totale di stati di mare riferiti alla serie storica fornita da BMT ARGOSS per il periodo il modello di propagazione MEROPE ha ricostruito stati di moto ondoso con un rendimento del 98.5%. Nei diagrammi di Figura 6-4 e Figura 6-5 sono riportate le distribuzioni direzionali, su base annuale e stagionale, degli stati di moto ondoso di altezza superiore a 0.5 m ottenute nel punto P1. Figura 6-4. Punto sottocosta P1 Distribuzione degli eventi di moto ondoso con altezza d onda superiore a 0.5 m. Le tabelle climatiche riportate a seguire ( da Tabella 6-1 a Tabella 6-5) forniscono la frequenza di accadimento delle classi di altezza d onda per direzione di provenienza. Gli stati di calma, contraddistinti da altezze significative inferiori a 0.5 m, si verificano in media il 59.6% dell anno (circa 218 giorni). Il restante del tempo (147 giorni) si hanno altezze d onda superiori a tale soglia. Il regime di moto ondoso è contraddistinto da un prevalenza di stati di moto ondoso compresi tra 0.5 m e 1.5 m che rappresentano il 36.3% del totale degli stati di mare ottenuti. Dal punto di vista direzionale si può osservare una prevalenza di stati di mare provenienti dal settore di SudEst ed in misura minore da SudOvest. Gli stati di moto ondoso più frequenti si presentano nel punto P1 con direzione 135 N, cui corrisponde una frequenza di accadimento del 12.2%. Gli stati di mare più intensi, con altezze d onda superiori a 3.0 m, si presentano esclusivamente da scirocco con un frequenza di 0.12%, circa 11 ore/anno. MODIMAR s.r.l. Pagina 64

67 Figura 6-5. Punto sottocosta P1. Regime di moto ondoso stagionale. Il clima stagionale presenta una marcata differenza tra le stagioni di primavera ed estate e le stagioni invernali ed autunnali. In primavera ed in estate il clima di moto presenta una prevalenza di stati di MODIMAR s.r.l. Pagina 65

68 moto ondoso provenienti da SE mentre gli stati di moto ondoso provenienti da S-SO sono più presenti in inverno ed ancor più in autunno. Tabella 6-1. Punto sottocosta P1. Tabella climatica annuale. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. ANNUALE Serie storica di moto ondoso nel punto di inversa spettrale P1 - periodo di riferimento Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa Hs [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Numbero di eventi: MODIMAR s.r.l. Pagina 66

69 Tabella 6-2. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in inverno. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. INVERNO Serie storica di moto ondoso nel punto di inversa spettrale P1 - periodo di riferimento Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: Tabella 6-3. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in primavera. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. PRIMAVERA Serie storica di moto ondoso nel punto di inversa spettrale P1 - periodo di riferimento Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 67

70 Tabella 6-4. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in estate. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. ESTATE Serie storica di moto ondoso nel punto di inversa spettrale P1 - periodo di riferimento Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: Tabella 6-5. Punto sotto costa P1 Clima di moto ondoso in autunno. Frequenza di accadimento degli eventi di moto ondoso. AUTUNNO Serie storica di moto ondoso nel punto di inversa spettrale P1 - periodo di riferimento Dir. Nord Classe di altezza d'onda significativa H s [m] < ³ 6.5 Tot > Tot Tot. cumul Number of occurrence: MODIMAR s.r.l. Pagina 68

71 6.5 Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di altezza d onda e periodo di picco Gli eventi della serie storica propagata sottocosta sono stati suddivisi per classi di altezza d onda e periodo di picco. In Tabella 6-6 sono riportate le frequenze di accadimento delle diverse classi di altezze e periodo. Gli stati di moto ondoso all interno del Golfo di Cagliari di altezza superiore a 0.25 m presentano periodo di picco appartenente in prevalenza alle classi 4<T p <6 e 6<T p <8 secondi. Gli stati di mare più intensi, con altezze d onda superiori a 3.0 m, appartengono alle classi di periodo di picco 6<T p <8 e 8<T p <10 secondi. Tabella 6-6. Distribuzione degli stati di moto ondoso nel punto sotto costa P1 suddivisi per classi di altezza d onda significativa e periodo di picco. Periodo di picco T p (s) H s (m) Tp < 4 4 Tp < 6 6 Tp < 8 8 Tp < Tp < Tp < 14 Tp > 14 Freq % Tot. cumul < > Freq % Tot. cumul Distribuzione degli eventi di moto ondoso propagati per classi di periodo di picco e direzione di provenienza Dal punto di vista della distribuzione direzionale delle diverse classi di periodo di picco si può fare riferimento alle frequenze di accadimento mostrate in Tabella 6-7. Si può osservare che le onde di breve periodo (T p <6.0 s) provengono in maggior misura da 210 N, mentre le onde caratterizzate da periodo di picco più elevato si presentano in prevalenza dal settore di Est-SudEst. MODIMAR s.r.l. Pagina 69

72 Tabella 6-7.Stati di moto ondoso nel punto sotto costa P1 suddivisi per classi di direzione e periodo di picco. Dir. Nord Periodo di picco T P (s) Tp < 4 4 Tp < 6 6 Tp < 8 8 Tp < Tp < Tp < 14 Tp > 14 Tot Tot Eventi estremi sottocosta nel punto P1 Il data-base di correlazione largo riva ottenuto mediante l applicazione del modello di inversa spettrale MEROPE ha consentito di valutare le caratteristiche del moto ondoso associate agli eventi estremi definiti al largo di Cagliare con l analisi statistica dei valori estremi ( Capitolo 5). In Tabella 6-8 sono riportate le condizioni di moto ondoso, al largo di Cagliari e nel punto di propagazione di inversa spettrale P1, per tempi di ritorno T R = 5 anni, T R =25 anni e T R =50 anni. Le condizioni di moto ondoso al largo sono state definite per i due settori di traversia individuati, utilizzando la legge di adattamento del tipo Weibull (1.0) mentre per il periodo di picco è stata utilizzata le legge di correlazione del tipo T p =ah s b con i parametri a e b funzione del settore di traversia in esame. MODIMAR s.r.l. Pagina 70

73 Tabella 6-8. Eventi estremi sottocosta nel punto di propagazione di inversa spettrale P1. SETTORE DI TRAVERSIA 100 N N SETTORE DI TRAVERSIA 190 N N TR = 5 ANNI Sottocosta P1 TR = 5 ANNI Sottocosta P1 Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) TR = 25 ANNI TR = 25 ANNI Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) TR = 50 ANNI TR = 50 ANNI Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) Hs (m) Tp (s) Dir ( N) MODIMAR s.r.l. Pagina 71

74 6.8 Conclusioni Dall analisi dei risultati ottenuti a seguito della propagazione dei dati di moto ondoso al largo del Golfo di Cagliari, appartenenti alla serie storica ricostruita BMT ARGOSS, effettuata con il modello MEROPE, è possibile concludere che: Il regime di moto ondoso nella rada del porto canale di Cagliari si presenta da un settore di traversia compreso tra 100 e 210 Nord; si osserva un alternanza di stati di mare provenienti dal settore di SudEst ed, in misura minore, da SudOvest. Il clima di moto ondoso è contraddistinto da un prevalenza di stati di moto ondoso di altezza significativa compresa tra 0.5 m e 1.5 m che rappresentano il 36.3% del totale degli stati di mare ottenuti. Considerando inoltre che per circa il 60% dell anno si rilevano stati di calma si può concludere che complessivamente il clima di moto ondoso nella rada di Cagliari risulta moderato. Gli stati di mare più intensi, con altezze d onda superiori a 3.0 m, si presentano esclusivamente da scirocco con un frequenza di circa 11 ore/anno. In prevalenza gli stati di mare provenienti dal settore di scirocco sono contraddistinti da altezze d onda maggiori e periodo di picco più elevato mentre gli stati di mare provenienti da libeccio risultano molto attenuati e non presentano valori di periodo superiori a 10 s. MODIMAR s.r.l. Pagina 72

75 Capitolo 7 Variazioni del livello marino (maree e sovralzi) La conoscenza delle massime variazioni quasi-statiche del livello marino, dovute a cause diverse (principalmente marea astronomica e "meteorologica"), è necessaria per molteplici scopi quali, ad esempio, la corretta progettazione delle quote da assegnare alle strutture, oppure la determinazione delle quote di fondale in corrispondenza del punto di ormeggio. In generale per quanto riguarda le variazioni a breve termine, periodiche e non, occorre distinguere gli effetti della marea astronomica da quelli della marea "meteorologica" (indotta essenzialmente dall'azione del vento e dalle variazioni di pressione atmosferica). 7.1 Marea astronomica La componente oscillatoria periodica, meglio conosciuta come marea astronomica, viene generata dall'attrazione gravitazionale della luna (70%) e del sole (30%). Nel Mar Tirreno le escursioni del livello idrico del mare dovute alla marea astronimica risultano modeste. Per analizzare la marea astronomica sono stati acquisiti i dati mareografici della stazione di Cagliari (Rete Mareografica Nazionale RMN gestita dall ISPRA). La stazione mareografica è ubicata al porto presso il molo della Capitaneria di Porto nel porto di Cagliari nel punto di coordinate 39 12' 36.69'' Nord e 09 06' 51.38'' Est. La stazione, a partire dalla data del 19/11/09, è stata dotata di un nuovo sensore radar denominato SIAP+MICROS TLR con precisione millimetrica. I dati sono registrati con cadenza oraria o ad intervalli di 10 minuti. Il parametro del livello registrato è riferito ad una staffa mareografica la cui quota è stata determinata facendo riferimento alla rete altimetrica dell'igm: il riferimento è univoco per tutte le stazioni. In Figura 7-1 sono riportate le misure effettuate dalla stazione mareografica di Cagliari nell anno Si è proceduto a effettuare una analisi armonica delle misure di livello in modo da calcolare le costanti armoniche che caratterizzano l oscillazione nel paraggio in esame e scomporre le misure in componente astronomica e componente residua. È stata utilizzata l applicazione T_TIDE, sviluppata da Pawlowicz, Beardsley e Lentz 2, che consente di effettuare un analisi di tipo armonico del livello idrico registrato, che viene modellato come una somma finita di sinusoidi con frequenze legate ai parametri astronomici che governano l oscillazione del livello marino. L analisi armonica è stata effettuata utilizzando la serie oraria dei livelli registrati dal mareografo di Cagliari nell anno Pawlowicz, R., B. Beardsley, and S. Lentz, "Classical Tidal "Harmonic Analysis Including Error Estimates in MATLAB using T_TIDE", Computers and Geosciences, 28 (2002), MODIMAR s.r.l. Pagina 73

76 Figura 7-1. Misure di livello effettuate nell anno 2011 dalla stazione RMN di Cagliari. MODIMAR s.r.l. Pagina 74

77 Figura 7-2. Ricostruzione della marea astronomica nel porto di Cagliari nel mese di Settembre Utilizzando le componenti armoniche è stato ricostruito l andamento della marea astronomica per tutto l anno In Figura 7-2, a titolo di esempio, è riportata la marea astronomica ottenuta per il mese di Settembre. Sulla base dei risultati ottenuti si può verificare che la marea presso il porto di Cagliari ha un andamento di tipo semidiurno, tipico del Mar Mediterraneo, con due massimi e due minimi giornalieri Il ciclo di marea presenta due componenti principali, M2 e S2, di periodo 12 ore 25 minuti e 11 ore 59 minuti, dovute all attrazione della luna e del sole. Per circa 6 ore il livello del mare scende, per poi risalire per altrettante ore. Si riconosce un seconda componente legata alle fasi lunari: in prossimità delle lune nuova e piena le maree sono massime in rapporto ai quarti di luna. Questo ciclo ha dunque un periodo pari a metà del ciclo lunare e dunque circa 14 giorni. Inoltre in prossimità degli equinozi le maree sono maggiori, mentre in prossimità dei solstizi invernale e estivo le maree sono minori. L analisi della componente astronomica della variazione di livello del mare ha permesso di determinare i valori massimi e minimi dell oscillazione del livello dovuti alla componente astronomica. Data anche le finalità di tale valutazione, non è necessaria una precisione al millimetro. Si è preferito fare riferimento a valori arrotondati. I valori massimi e minimi dell oscillazione astronomica attesi nel paraggio in esame sono riportati in Tabella 7-1. Tabella 7-1. Oscillazione di marea assunta per il paraggio in esame. Massimo livello: Minimo livello: Escursione massima: m m 0.30 m In Figura 7-3 è mostrato il risultato dell analisi armonica effettuata. Il grafico, relativo ai primi quattro mesi del 2011, permette di osservare l andamento del livello registrato, della componente astronomica valutata e della componente residua. A tutti i livelli è stato sottratto il valore z0=0.158 m. MODIMAR s.r.l. Pagina 75

78 Figura 7-3. Scomposizione del livello registrato dal mareografo Cagliari in componente di astronomica e componente per i primi tre mesi del I livelli sono riferiti al medio mare e non allo zero dello strumento. 7.2 Marea meteorologica Per la definizione della marea meteorologica si distinguono: effetto barico: considerata una condizione di minimo barico (legata al passaggio dei centri di bassa pressione caratterizzanti i cicloni) pari a 975 mb ed una condizione di massimo barico (legata al passaggio dei centri di alta pressione caratterizzanti gli anticicloni) pari a 1044 mb, rispetto ad una condizione media di 1013 mb; ne consegue (da un punto di vista prettamente statico) un effetto di sovralzo marino massimo pari a m ed un abbassamento massimo del livello marino pari a m; sovralzo di vento: l'effetto di innalzamento dei livelli sottocosta indotto dall'azione di venti foranei spiranti verso la costa è definito in funzione dell estensione della piattaforma continentale; nel caso in esame si può considerare un estensione della piattaforma continentale di circa 20 km delimitata all incirca dall isobata -200 m s.l.m. MODIMAR s.r.l. Pagina 76

79 Il calcolo del sovralzo di vento può essere effettuato con la nota relazione implicita: dove: S = 2 K p L p U D ln g( D d S) d + S - D=200 m - è la profondità limite assunta per la piattaforma continentale; - L p =20000 m - è l estensione della piattaforma continentale; - d=10.0 m è la profondità ove si calcola il sovralzo; - g=9.81 m/s 2 è l accelerazione di gravità; - K p = è un coeffiiciente costante; - U=20 m/s la velocità del vento persistente in condizioni estreme. La relazione implicita fornisce un valore del sovralzo del livello marino sotto costa (alla profondità di -10 m s.l.m.) dovuto all azione del vento pressoché trascurabile, pari infatti a circa 0.04 m. Eseguendo il calcolo anche per profondità inferiori si osserva che il sovralzo segue una legge esponenziale con un massimo lungo la linea di riva (d=0.5 m) pari a circa 0.07 m. 7.3 Variazioni stagionali ed a lungo termine Possono inoltre essere considerate altre piccolissime oscillazioni stagionali dovute a differenze di densità (max 5 cm (0.05 m), min -3 cm (0.03 m)) e variazioni a lungo termine dovute a fenomeni di eustatismo. Le attuali proiezioni prevedono un progressivo innalzamento del livello marino dovuto all'incremento della temperatura terrestre (effetto serra) stimabile al massimo in circa 30 cm nei prossimi 50 anni. Valutazioni meno pessimistiche considerano possibili incrementi di livello di poco superiori a quelli registrati nell'ultimo millennio (dell'ordine di 10 cm al secolo). 7.4 Stima dei valori estremi In definitiva è possibile calcolare il massimo sovralzo lungo riva sommando tutti i diversi contributi di oscillazione del livello marino ma, considerando che in generale non si verifica la piena concomitanza per i sovralzi di carattere meteorologico ed astronomico, si può cautelativamente assumere una riduzione del 35% per il dislivello massimo generato contemporaneamente dal sovralzo meteorologico ed astronomico. È quindi possibile assumere un innalzamento massimo del livello marino S max, al netto delel variazione a lungo termine, pari a: S max = m + (+0.04 m+0.38 m m) 0.75 = m Per quanto riguarda il minimo livello atteso S min si ha invece: S min = m + (-0.31 m m) 0.75 =-0.38 m MODIMAR s.r.l. Pagina 77

80 Capitolo 8 Correnti Non sono disponibili rilievi correntometrici locali nella zona costiera. L'analisi d'insieme (riferita alla rappresentazione grafica estratta da "Atlante Tematico d'italia" TCI, CNR ), riportata in Figura 8-1, mostra che, al largo della costa in esame, i flussi delle correnti di gradiente (o di densità) sono condizionati dalla circolazione d'insieme antioraria del Mar Mediterraneo. La velocità media delle correnti in superficie è piuttosto modesta, circa 5 cm/s, con punte massime comunque inferiori a 50 cm/s. La conformazione batigrafica del sito in esame, associata alla limitata escursione dei livelli di marea astronomica, lascia prevedere valori trascurabili delle possibili correnti di marea. MODIMAR s.r.l. Pagina 78

81 AUTORITÀ PORTUALE DI CAGLIARI BANCHINAMENTO AVAMPORTO DEL PORTO CANALE PER NAVI RO-RO STUDIO METEOMARINO Figura 8-1. Analisi delle correnti nel bacino del Mar Tirreno. MODIMAR s.r.l. Pagina 79