Assimilazione di dati di umidità del suolo da osservazioni ASCAT per l impiego in modelli di piena

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1 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: Davide Corrado Relatore: Pierluigi Claps Co-Relatori CRP: Patrick Matgen Giovanni Corato

2 Alluvione in Toscana ed Umbria Novembre 2012 SVILUPPARE NUOVE TECNICHE PER LA MODELLAZIONE IDRAULICA/ IDROLOGICA PREVISIONE E PREVENZIONE DI EVENTI ALLUVIONALI

3 Modello SUPERFLEX Fenicia et al., 2011

4 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!

5 COPERTURA GLOBALE REMOTE SENSING (AMSR-E, ASCAT, SMOS, SMAP...) MODELLO IDROLOGICO IN SITU (TDR, FDR, Metodi Geofisici...)

6 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

7 Umidità del suolo Procedura di Data Assimilation Osservazioni esterne Umidità del suolo da modello tempo

8 Testare una procedura di assimilazione di dati satellitari derivati dal sensore ASCAT in un modello idrologico attraverso un esperimento sintetico

9 Perturbazione dei dati di INPUT e/o dei parametri del modello SWI osservate Serbatoio dell insaturo SWI modello Modello Idrologico Generazione dell ensemble SWI [-] mm/h Precipitazione Particelle Riferimento Particelle Riferimento DATA ASSIMILATION con PARTICLE FILTER Verifica dell ensemble AGGIORNAMENTO tempo tempo degli STATI del modello e valutazione della stima delle PORTATE

10 Tecnica del Particle Filter pesi pesi SWI pesi Osservazione SWI Riferimento Particelle Previsione

11 Tecnica del Particle Filter con memoria T tempo

12 Lussemburgo Bacino dell Alzette Area [km2] 1100 Periodo di osservazione Precipitazione [mm/h] Dati di INPUT Evapotraspirazione [mm/h] Temperatura [ C] Belgio Germania Francia

13 Generazione dell ensemble Perturbazione delle precipitazioni osservate: Ensemble serbatoio Su - Anno 2008 Riferimento Particelle GVM Valore Ideale Valore Ensemble

14 Generazione delle osservazioni ASCAT sintetiche Osservazioni ASCAT sintetiche: Brocca et al., IEEE 2012 SWI osservata Riferimento Particelle

15 Anno 2008 INDICI di EFFICIENZA dell ASSIMILAZIONE SWI Q Eff max (Full Memory) Eff min (No Memory)

16 Stagionalità Periodo Periodo di TRANSIZIONE SECCO dal dal 1/08/ /09/2008 al 1/11/2009 al 1/12/2008 Periodo UMIDO dal 1/12/2008 Periodo al 1/04/2009 UMIDO Periodo Eff SWI Eff Q Periodo TRANSIZIONE Biennio Anno Umido Secco Periodo SECCO Transizione

17 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.

18 Tesi di Laurea Magistrale Ingegneria per l ambiente e il territorio Grazie per l attenzione

19 Tesi di Laurea Magistrale Ingegneria per l ambiente e il territorio Riferimenti: Campo, L et al. (2006). Use of multi-platform, muti-temporal remote-sensing data for calibration of a distributed hydrological model. HYP, 20, Brocca, L et al. (2012) Assimilation of Surface- and Root-Zone ASCAT Soil Moisture Products Into Rainfall-Runoff Modeling. IEEE, Vol.50, NO.7,July 2012 Fenicia, F., Kavetski, D., & Savenije, H. H. G. (2011). Elements of a flexible approach for conceptual hydrological modeling : 1. Motivation and theoretical development, 47(November), doi: /2010WR010174