RAPPORTO TECNICO SUGLI STATI D'AVANZAMENTO INTERMEDI PROGETTO DI RICERCA TESSA (TECHNOLOGY FOR THE SITUATIONAL SEA AWARENESS )

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1 RAPPORTO TECNICO SUGLI STATI D'AVANZAMENTO INTERMEDI PROGETTO DI RICERCA TESSA (TECHNOLOGY FOR THE SITUATIONAL SEA AWARENESS ) PON 01_02823: IV STATO AVANZAMENTO LAVORI (01/07/ /12/2013) SOGGETTI COINVOLTI: LINKS S.p.A, CMCC, CNR AUTORI: A. Di Maio 1, R. Sorgente 2, E. Sheckinova 3, N. Pinardi 4, G. Coppini 3 e G. Turrisi 3 1 CNR-INSEAN 2 CNR-IAMC 3 CMCC 4 UNIV. BOLOGNA 1

2 1. Generalità Questo documento è il contributo al rapporto di avanzamento lavori svolti nell'ambito del progetto PON 01_ Il contenuto fa esplicito riferimento agli obiettivi realizzativi OR.1-Attività 1.7 e OR.5-Attività 5.5 OR.1 Modellistica operativa ad alta ed altissima risoluzione Attività Modelli di traiettorie di corpi di varie dimensioni in acqua La prima parte dell'attività è stata dedicata al pre processing e alla procedura di postprocessing dei dati meteo - oceanografici utilizzati dal modello Leeway [Breivik et al 2008]. E' stata sviluppata una nuova serie di procedure di pre-processing per i forzanti del modello di Leeway. Tale procedura e in grado di fornire una migliore approssimazione delle correnti simulate del modello oceanografico in prossimità della zona costiera dove i dati non sono disponibili alla risoluzione spaziale richiesta. In particolare, la catena di pre-processing dei dati dei modelli atmosferici ed oceanografici ora include diversi passaggi: (1) definizione del box con la posizione di rilascio dei Drifters e delle potenziali traiettorie; (2) interpolazione dei dati di correnti nel box caratterizzato da una griglia ad alta risoluzione; ( 3) interpolazione dei dati meteo-oceanografici vicino alla costa usando la maschera terramare e la procedura di sea-over-land ( 4) la conversione tramite CDO dei dati da NetCDF al formato GRIB. La seconda parte delle attività ha riguardato lo sviluppo di una procedura di clustering che utilizza l'algoritmo della distanza minima applicata alle posizioni finali dei drifter a partire dalle simulazioni fornite dal modello Leeway. Questa specifica procedura localizza gruppi di drifters vicini tra loro che si muovono in modo coerente a parità del campo di correnti. L'algoritmo di clustering determina la probabilità di concentrazione dei drifters in un cluster e ad una data posizione geografica. I diversi gruppi di drifter ritrovati sono correlati ad una condizione iniziale di rilascio dei drifter, ovvero la variabilità delle loro posizioni e velocità iniziali, la variabilità nella loro parametrizzazione e il loro orientamento rispetto al vento. Il modello caratterizzato dalla procedura di clustering è stato testato in due casi di studi. Oltre alle attività di cui sopra, l'ultima versione del modello Leeway è stato implementato per la previsione della deriva degli oggetti in superficie e sottosuperficie nell elevazione della Costa Concordia ( ) e per la previsione della deriva dei corpi nell'incidente Lampedusa ( ). 2

3 Il modello Leeway è stato inoltre testato dal CNR utilizzando i dati oceanografici del TSCRM (Tyrrenian-SiCily strait sub-regional Model) per l'incidente del BONARIA ( ). I dati pre-elaborati sono stati usati per migliorare la ricostruzione delle traiettorie Lagrangiane di deriva degli oggetti in mare ai primi due casi di studio del passato: incidente occorso all isola d Elba ( ) e l incidente nel Gargano ( ). Le traiettorie ricostruite e le prestazioni del modello sono stati confrontati con i risultati per gli stessi casi di studio, senza l interpolazione dei dati costieri. Per l'incidente all Elba ( ) sono stati utilizzati i dati di corrente superficiale di MyOcean e dati ECMWF a sei ore con vento a 10m. Il pre-processing dei dati è stata effettuato utilizzando la procedura di sea -over - land per interpolare le correnti superficiali nella zona costiera. La seguente figura mostra i risultati delle simulazioni del modello Leeway per gli oggetti di categoria windage corrispondente ad una Barca da sport. L'attuazione del procedimento di clustering produce tre aree di ricerca probabili. Esse sono contrassegnate come segue: ( 1 ) il cluster di drifters arenati sulla costa, ( 2) il gruppo di drifters incagliati al momento iniziale del rilascio dovuta alla procedura di ensemble generation, ( 3) il cluster di drifters in mare aperto. La posizione finale del drifter in mare aperto contiene la posizione effettiva in cui è stato trovato il gommone con una persona a bordo. Figura 1. Barca Sportiva (categoria 41). I tre gruppi si formano: (1) 22,8%, (2) 35,6%, (3) 16,8%. (linea nera), sta per la traiettoria dei Drifters, posizioni iniziali Drifters (punti neri), posizioni finali Drifters (punti rossi), drifters arenati sulla costa (punti gialli), LKP e la posizione in cui è stata trovata il naufrago (grande punto rosso) 3

4 Figura 2. La percentuale di drifter in ogni cluster è: ( 1 ) 50,8 % ; ( 2 ) 2,2 %, (3 ) 3,2 %. Il vento è incluso. sono simulati i drifters corrispondenti al corpo in acqua ( PIW ) in posizione orizzontale Per la ricostruzione del caso Gargano, le simulazioni con il modello Leeway sono state effettuate per le categorie di Drifters corrispondenti a corpi in acqua (PIW). Sono state utilizzate le correnti superficiali giornaliere di AFS e i dati del vento a sei ore di ECMWF. Grazie al lasso di tempo esteso ( ) di simulazione un ampia parte di drifters è stato convogliata dalla corrente occidentale del sud Adriatico. L'effetto combinato di vento ha prodotto anche gruppi di drifters nell Adriatico centrale in posizione nord dalla posizione di rilascio (figura 2). Due gruppi di drifters costieri si sono formati vicino alla posizione in cui è stato trovato il corpo. Per riassumere, l'applicazione di un nuovo modello Leeway modificato con algoritmo di postprocessing definito dalla procedura di clustering e con pre- processing dei dati del modello atmosferico e oceanografico utilizzando l'interpolazione di sea - over - land potrebbe simulare un comportamento dei drifters prossimo alle reali traiettorie di oggetti in mare per entrambi i casi di studio. 4

5 OR.5 Sistemi di supporto alle decisioni in ambienti dinamici complessi Attività 5.5 Sistema di supporto delle attività di ricerca e soccorso in mare E continuato lo sviluppo del DSS di ricerca e soccorso (SAR) in mare. Il DSS dovrà fornire una previsione affidabile delle aree di ricerca per facilitare le attività di SAR delle autorità marittime competenti. La guardia costiera ad esempio svolge per proprio mandato attività di ricerca e soccorso di naufraghi in mare e necessità di ottimizzare le aree di ricerca sulla base delle previsioni di correnti e vento. Il sistema potrà essere utilizzato anche da utenti marittimi privati (società di trasporto marittimo, diportisti) che avranno il DSS installato direttamente sui loro sistemi di navigazione. Il DSS svolgerà un insieme di simulazioni che rappresenteranno le possibili traiettorie dell oggetto/naufrago disperso in mare. Saranno tenuti in considerazioni diverse informazioni relative alla posizione e al tempo dell incidente e le caratteristiche relative alla forma dell oggetto e di conseguenza allo scarroccio e deriva. Il DSS produrrà delle mappe delle aree di ricerca probabili. L attività principale nel periodo di riferimento è stata la preparazione della catena di preprocessing e post-processing per i dati meteo-oceanografici utilizzati dal modello Leaway. La procedura utilizza NCO e comandi CDO per preparare i dati nel formato richiesto. E stata sviluppata un nuova routine del modello Leeway sviluppando un algoritmo che analizza distanza la distanza fra i drifter e permette di identificare cluster di drifter. La procedura di clustering è stata realizzata e testata sui risultati delle simulazioni precedenti senza il clustering nei due casi di studio: Gargano e Elba. La pre-elaborazione e la procedura post-elaborazione dei dati meteo- oceanografici dal modello ECMWF, MyOcean e AFS è stata sviluppata e migliorata. Il DSS è stato utilizzato per la previsione di deriva dei possibili dispersi in mare durante le operazioni di purbuclking della Costa Concordia ( 2013/06/16 ) e durante l'incidente di Lampedusa ( 2013/03/10 ) che ha visto la morte di più di 300 migranti. Nel corso dell'incidente di Lampedusa sono stati emessi una serie di bollettini contenti le simulazioni effettuati con questo DSS dal CMCC in collaborazione con INGV. Un esempio delle simulazioni effettuate durante l incidente di Lampedusa è mostrato in figura 3. Il risultato presenta la posizione dei drifter dopo 96h (04:30 del giorno 11/10/2013) dall inizio della simulazione (04:30 LT del 07/10/2013) le particelle (punti rossi ) risultano disperse ad est, sud-est rispetto al punto dell incidente. Alcune particelle (punti gialli) risultano essere arrivate a costa nella parte occidentale e meridionale dell isola. Le particelle 5

6 in questa simulazione si spostano in superficie. Figura 3. Posizione dei drifter dopo 96h (04:30 del giorno 11/10/2013) dall inizio della simulazione (04:30 LT del 07/10/2013) E stata verificata la procedura di interpolazione delle correnti superficiali vicino alle zone costiere (Sea Over Land). Il modello LEAWAY è stato testato presso il CNR utilizzando i dati del modello TSCRM (Tirrehenian Sicily Channel Regional model). Si prevedono attività future quali: preparazione di catena operativa del DSS, con ulteriore ottimizzazione di pre-processing e post-processing; estensione delle attuali simulazioni 2D a simulazioni stocastiche effettuate a diverse profondità nello stesso tempo e/o simulazioni 3D. 6

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