Chi ha eseguito le previsioni

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1 PER SAPERNE DI PIU : previsioni ozono Chi ha eseguito le previsioni...1 Cosa viene previsto?...2 Come viene effettuata la previsione...4 Come ha funzionato la previsione...6 Statistica...9 BIBLIOGRAFIA...9 Chi ha eseguito le previsioni L Area di Meteorologia Ambientale del Servizio Meteorologico Regionale ha predisposto dall estate 2002 un servizio di previsione delle concentrazioni di ozono relativamente al territorio regionale, in linea con la recente normativa europea. Le previsioni a 24 e 48 ore sono state formulate tre volte la settimana, il lunedì, il mercoledì ed il venerdì durante il periodo estivo, quando normalmente avvengono episodi di alti valori di ozono. Ogni lunedì si sono quindi formulate le previsioni per martedì e mercoledì, il mercoledì per giovedì e venerdì, il venerdì per il sabato e la domenica.

2 Cosa viene previsto? Per ogni settore nel quale è stata divisa la regione Emilia-Romagna (pianura occidentale, pianura orientale, costa adriatica) viene previsto il valore medio delle concentrazioni massime di ozono ad un giorno ed a due giorni. Fig.1 Le tre aree in cui è stato diviso il territorio regionale. La previsione è suddivisa in quattro classi : meno di 120 µg/m µg/m µg/m 3 oltre 240 µg/m 3 Le mappe previste sono inoltre abbinate ad un bollettino quotidiano testuale, simile a quello meteorologico, elaborato dalla Sala Operativa, nel quale vengono descritti gli eventi meteorologici che influenzano le variazioni delle concentrazioni di ozono.

3 Fig.2 Esempio di previsione

4 Come viene effettuata la previsione La previsione viene effettuata in modo soggettivo con l ausilio del modello statistico Ozone Linear Model (OLMO, sviluppato da ARPA-SMR) e tenendo conto delle previsioni meteorologiche. OLMO è un modello statistico a regressione multipla calibrato su serie storiche triennali accuratamente validate di 11 stazioni di pianura, rappresentative del territorio regionale al di sotto del 200 m slm. Il modello usa come predittori il ciclo settimanale dell ozono, le temperature massime previste per oggi, per domani e per dopodomani ed i valori massimi di ozono registrati ieri. OLMO fornisce una stima della media per settore (pianura occidentale, pianura orientale, costa adriatica) delle concentrazioni massime di ozono ad un giorno ed a due giorni, sulla base delle previsioni per le seguenti stazioni: Nome Stazione Città Settore Pubblico Passeggio Piacenza Ovest Cittadella Parma Ovest Massenzatico Reggio Emilia Ovest S. Lazzaro Reggio Emilia Ovest Spezzano Fiorano Modenese Ovest Giardini Margherita Bologna Est Mizzana Ferrara Est Parco Bucci Faenza Est Giardini Forlì Est Marecchia Rimini Costa S.A.P.I.R. Ravenna Costa Tabella 1. Le stazioni di qualità dell aria usate da OLMO La previsione prodotta da OLMO viene controllata ed eventualmente modificata dall operatore sulla base delle informazioni meteorologiche a sua disposizione. La previsione viene infine inserita nel sito web dell ARPA

5 ARPA: Dati O 3 misurati ECMWF: Previsioni di temperatura Rete SMR (locali,agro, synop): Temperature osservate SMR: Filtro di Kalman per le temperature SMR: OLMO SMR: Previsioni meteo SMR: Previsioni finale in classi ARPA: ARPAWEB Fig.3 Schema operativo della procedura

6 Come ha funzionato la previsione La qualità della previsione viene costantemente verificata dall area di meteorologia ambientale attraverso il calcolo delle tabelle di contingenza, di appositi indicatori diagnostici (BIAS, Hit Rate, Tasso di falsi allarmi, Sensibilità) e la verifica delle concentrazioni osservate rispetto a quelle previste. Queste informazioni vengono utilizzate per migliorare la qualità delle previsioni stesse. Di seguito viene illustrata una valutazione della bontà della previsione relativa all estate Le tabelle di contingenza suddivise per settore (fig.4) mostrano che la previsione è risultata corretta nel circa il 70% dei casi. E da notare che l estate è stata caratterizzata da un solo episodio di alti valori di ozono, dove in alcune stazioni si sono superati i 200µg/m 3, e che quindi la statistica sugli eventi con concentrazioni maggiori di 180µg/m 3 è limita ad un basso numero di casi. In particolare: nel settore occidentale la percentuale di previsioni corrette è stata del 66%. Sono stati correttamente previsti il 67% dei casi con valori superiori a 180µg/m 3 ed il 93% dei casi con valori superiori a 120µg/m 3. Concentrazioni superiori a 180µg/m 3 si sono osservate 3 volte e 2 volte sono state correttamente previste. In 8 casi su 11, dove si sono previste concentrazioni maggiori di 180µg/m 3 sono stati comunque osservati valori superiori a 120µg/m 3. Una conferma della tendenza a sovrastimare la previsione è data dal BIAS, che riferito alla soglia 120µg/m 3 è pari a 1.3. nel settore orientale la percentuale di previsioni corrette è stata del 67%. Sono stati correttamente previsti l 86% dei casi con valore superiore a 120µg/m 3. Una sola volta si sono osservate concentrazioni maggiori di 180µg/m 3, ma tale evento non è stato correttamente previsto. In 4 casi su 5 dove si sono previste concentrazioni superiori a 180µg/m 3 sono stati comunque osservati valori superiori a 120µg/m 3. Una conferma della tendenza a sovrastimare la previsione è data dal BIAS, che, riferito alla soglia 120µg/m 3, è pari a 1.5. nel settore costiero la percentuale di previsioni corrette è stata del 72%. Sono stati correttamente previsti l 85% dei casi con valore superiore a 120µg/m 3. Concentrazioni maggiori di 180µg/m 3 sono state previste a volte (3 casi), ma questo evento non si è mai verificato; in 2 di questi casi sono stati comunque osservati valori superiori a 120µg/m 3. Una conferma della tendenza a sovrastimare la previsione è data dal BIAS, che, riferito alla soglia 120µg/m 3, è pari a 2.3. Come mostra più in dettaglio il confronto fra i valori previsti e quelli osservati (fig.5) il modello tende infatti a sovrastimare le concentrazioni. Resta da valutare se questa sovrastima sia dovuta agli errori di previsioni della temperatura o a errori di OLMO.

7 Previsioni (sett. occidentale) <120µg/m µg/m3 >180 µg/m3 <120µg/m µg/m >180 µg/m Previsioni (sett. orientale) <120µg/m µg/m3 >180 µg/m3 <120µg/m µg/m >180 µg/m Previsioni (sett. costiero) <120µg/m µg/m3 >180 µg/m3 <120µg/m µg/m >180 µg/m Occidentale Orientale Costiero Hit Rate 66% 67% 72% Sensibilità 93% 86% 85% Tasso allarmi falsi 29% 44% 63% Bias Fig.4 Tabelle di contingenza della previsione per i tre settori. Gli indici sono riferiti alla soglia 120 µg/m3

8 Fig.5 Confronto fra le osservazioni e le previsioni di OLMO. Le osservazioni sono riferite al valor medio delle stazioni usate da OLMO appartenenti al settore

9 Statistica BIAS, rapporto fra il numero di eventi positivi previsti ed osservati. Il valore ottimale è 1. Questo indice non fornisce una indicazione della accuratezza della previsione ma indica se la previsione tende a sottostimare o sovrastimare le osservazioni. Hit Rate, rapporto percentuale tra gli eventi previsti correttamente ed il numero complessivo di previsioni. Il valore ottimale è 100%. Fornisce una indicazione dei casi classificati correttamente rispetto al numero totale di eventi. Tasso di falsi allarmi, proporzione di eventi previsti che non si sono realizzati. Il valore ottimale è 0% Fornisce una indicazione dei falsi allarmi, ovvero l incidenza degli eventi classificati erroneamente positivi. Sensibilità, rapporto percentuale tra superamenti previsti correttamente ed il numero di superamenti osservati. Il valore ottimale è 100%. Fornisce la frazione di situazioni nelle quali l evento previsto si è realizzato. BIBLIOGRAFIA Bonafé G., 2000, Previsione dell inquinamento atmosferico: sperimentazione delle reti neurali in una catena modellistica operativa. Tesi di Laurea in Fisica. Relatore Prof.E.Tosi, Correlatore M. Deserti. Anno Accademico Cacciamani C., Deserti M., Golinelli M., Kerschbaumer A., Leoncini G., Savoia E., Selvini A., Paccagnella T. e Tibaldi S., 1999, Operational meteorological pre-processing at Emilia-Romagna ARPA Meteorological Service as a part of a decision support system for Air Quality Management. 6 th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, ottobre 1999, Rouen. Disponibile all ARPA-ER. Canepa E., Modesti F., 1997, Consideration about statistical indices used in the evaluation of air quality models, in: Power H., Tirabassi T., Brebbia C.A., Air Pollution V. Monitoring, Modelling and Management, Computational Mechanics Publications Cocchi D. e Trivisano C., 1999, Modelli per la previsione a 24 e a 48 ore della soglia di attenzione per l ozono. Rapporto interno dell ARPA Emilia Romagna, progetto Modellistica Ambientale Area Metropolitana.

10 Cocchi D. e Trivisano C., 2000, Modelli per la previsione a 24 e a 48 ore della soglia di attenzione per il biossido d azoto. Rapporto interno dell ARPA Emilia Romagna, progetto Modellistica Ambientale Area Metropolitana. Deserti M., Bruno F., Cocchi D., Savoia E., Tibaldi S., 2000, Ground-level ozone forecast in the Bologna metropolitan area. Poster presentato a: EUMETNET Workshop on Ground-level Ozone Forecasting 21 to 23 February 2000, Langen (Germany). Deserti M., Cattani S., Poluzzi V., 1998, Il progetto di monitoraggio dell ozono troposferico (MOTER-MOTAP) dell Agenzia Regionale per la Prevenzione e l Ambiente dell Emilia- Romagna, in: Poluzzi V., Deserti M., Fuzzi S., Ozono e smog fotochimico, Maggioli Editore Deserti M., Spagli L., Bini G., Poluzzi V., Minach L., de Maria R., Zanini G., Vialetto G., Brusasca G., Angelino E. e Liguori F., 2000, L utilizzo dei modelli nella valutazione della qualità dell aria. Rapporto interno del Centro Tematico Nazionale Atmosfera Clima ed Emissioni. Fabrizi E., 1999, Relazione tra il massimo giornaliero della concentrazione di ozono e alcune variabili meteorologiche: analisi attraverso modelli di regressione lineare. Rapporto interno dell ARPA Emilia Romagna, progetto Modellistica Ambientale Area Metropolitana. Fuzzi S., 1998, L ozono troposferico. Precursori, processo di formazione, livelli di concentrazione, effetti ambientali, in: Poluzzi V., Deserti M., Fuzzi S., Ozono e smog fotochimico, Maggioli Editore Kerschbaumer A., 1996, Relazioni tra inquinamento atmosferico in area urbana e meteorologia a scala locale. Tesi di Laurea in Fisica. Relatore Prof.S.Tibaldi. Anno Accademico Lena F. e Desiato F., 1999, Objective evaluation of statistical models for next day ozone forecasting, in: Proceedings of the Sixth International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. Atti della conferenza. Liguori F., 1996, Inquinamento di atmosfere urbane: interpretazione dei dati e nowcasting con reti neuronali. Tesi di Laurea in Scienze Ambientali. Relatore Prof. A. Marani. Università di Venezia. Anno Accademico

11 Nanni S., 1998, Caratteristiche meteoclimatiche del bacino padanoadriatico, in: Poluzzi V., Deserti M., Fuzzi S., Ozono e smog fotochimico, Maggioli Editore Savoia E. e Deserti M., 1998, Documentazione tecnica e scientifica dei modelli per la previsione dei livelli di inquinamento (modelli di tipo fisico). Allegato 2 del primo rapporto d avanzamento semestrale del progetto Modellistica Ambientale Area Metropolitana, ARPA Emilia Romagna. Zanini G., 1998, Modelli fotochimici per simulare la formazione di ozono troposferico: una panoramica sui principali aspetti scientifici, sui problemi aperti, sulle prospettive nazionali, in: Poluzzi V., Deserti M., Fuzzi S., Ozono e smog fotochimico, Maggioli Editore