Nowcasting di fenomeni temporaleschi con GIS Open Source

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1 GFOSSDAY 2012 Nowcasting di fenomeni temporaleschi con GIS Open Source , 18:10 UTC Renzo Bechini, Roberto Cremonini, Armando Riccardo Gaeta, Rocco Pispico, Davide Tiranti SC05 Dipartimento Sistemi Previsionali SC22 - Dipartimento Geologia e Dissesto 1/30

2 Il sistema radar meteorologico piemontese Immagine della rete a terra e dei 3 radar ARX Bric Settepani 2/30

3 Come funziona il radar meteo Invia un impulso EM Analizza il segnale retrodiffuso Intensità del segnale ricevuto quantità d acqua presente nella nube Ritardo del segnale ricevuto distanza 3/30

4 Cosa vede un radar? Monitoraggio in tempo reale delle precipitazioni Alta risoluzione spaziale e temporale Caratterizzazione 3D delle nubi 4/30

5 I prodotti del radar Campionamento volumetrico dell'atmosfera Stima delle precipitazioni ad elevata risoluzione spaziale e temporale (scansione ogni 5', celle 800x800mt) 5/30

6 Cosa succede... Liguria 26 Ottobre 2011 Toscana 11 Novembre 2012 Previsione a breve termine? 6/30

7 Identificazione delle celle temporalesche 1. Identifica la massima riflettività Z > 45 dbz sul prodotto 2D di intensità di precipitazione 2. Trova tutti i pixel contigui con Z > 35 dbz 3. Elimina tutti i pixel precedenti dalla mappa 4. Calcola attributi cella: max(z), mean(z), area, POH, echo top, 5. Ripete da 1) per identificare altre celle 7/30

8 Attributi rilevati per le celle Attributi cella: MAX (max Z) [dbz] Mean(Z) [dbz] Area [km2] TOP (height of the highest 10 dbz value) (km) POH (Probability of Hail) [%] = H VIL (Vertical Integrated Liquid) [kg m-2] Temperatura di brillanza (MSG-MeteoSat) 8/30

9 Nowcasting Spostamento della cella temporalesca: direzione? velocità? intensità?? 10 novembre /30

10 Tracking by correlation (TREC) Rinehart, R. E., and E. T. Garvey, 1978: Three-dimensional storm motion detection by conventional weather radar. Nature, 273, /30

11 Dai punti ai percorsi Alla scansione successiva ai punti correlati alla stessa cella temporalesca viene assegnato il medesimo ID, si genera un secondo punto e così di seguito generazione del percorso del temporale Da attributi istantanei ad attributi sulla vita della cella: velocità, direzione, vita (minuti) 11/30

12 Dai files XML... <Storm> <Titolo>Storm cells identification table</titolo> <Cell id=" "> <data> </data> <utmx> </utmx> <utmy> </utmy> <lifetime>15</lifetime> <area>39.7</area>... <max>42.0</max> <mean>39.1</mean> <ax>7342.9</ax> <by>2240.9</by> <theta>37.0</theta> </Cell> <Cell id=" ">... 12/30

13 a PostgreSQL Parsing Parsingdel delfile filexml XML Creazione Creazionedelle dellegeometrie geometrie(xy) (XY) Intersezione Intersezionecon conilillayer layerdelle delle entità entitàamministrative amministrative Inserimento Inserimentonel neldatabase database Grande mole di dati da gestire! 13/30

14 14/ / / / / /9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/1 2011/ / / /9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/2 2011/1 2010/ / / /9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Temporali acquisiti k

15 15/ / / /9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/1 2011/ / / /9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/2 2011/1 2010/ / / /9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Percorsi acquisiti k

16 16/ / / /9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/2 2012/1 2011/ / / /9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/1 2010/ / / /9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Fulmini acquisiti k

17 Prodotti del DB Calcolo dell'indice di Severità (Severity Index SI) per le singole celle temporalesche Approssimazione dell'estensione del singolo temporale con una forma ellittica Previsione a breve termine degli spostamenti futuri del temporale nowcasting Valutazione di fenomeni di dissesto al suolo dalle stime di precipitazione radar Defense 17/30

18 Severity Index Basandosi sulle grandezze fisiche misurate dal radar, viene calcolato un valore che indica la criticità del fenomeno in atto. La scala è definita in base a statistiche sui fenomeni passati. SI [0-6] = w1*vil + w2*max + w3*top 24/08/ /30

19 Dalla cella all'ellisse Per approssimare l'estensione spaziale del temporale si è scelto di rappresentarlo in forma ellittica: ax, by, theta SELECT ellipse(utmx, utmy, ax, by, radians(theta), 8) AS the_geom; CREATE OR REPLACE FUNCTION ellipse(double precision, double precision, double precision, double precision, double precision, integer) RETURNS geometry AS $BODY$ SELECT ST_Translate( ST_Rotate( ST_Scale( ST_Buffer(ST_Point(0,0), 0.5, $6),$3, $4), $5), $1, $2) $BODY$; 19/30

20 Nowcasting La previsione a breve termine è basata su estrapolazione Funzioni di PostGIS realizzano l'estrapolazione ad un'ora del percorso della cella stima della distanza percorribile L'incertezza nella previsione (su base climatologica) viene rappresentata da un cono 24/08/ /30

21 Dissesti al suolo Sovrapposizione delle informazioni radar meteorologiche e i bacini alpini soggetti a fenomeni di dissesto mappa radar (raster grid) bacini (vettoriale PostGIS) 21/30

22 Bacini alpini: grid Vs polygons Assegnazione ogni 5' cella radar bacino 250mila celle! 22/30

23 Bacini alpini: stima della precipitazione Funzione R in PostgreSQL calcola ogni 5 il valore di precipitazione oraria stimata su ogni singolo bacino segnalazione superamenti 90 percentile FUNCTION r_quantile(double precision[]) 23/30

24 Segnalazione superamenti probabilità di occorrenza media probabilità di occorrenza alta 24/30

25 Fruibilità del DB Consultazione dati da un unico DB QGIS Visualizzazione in tempo reale WebGIS (OpenLayers, MapServer) Accessibilità ai dati via smartphone WebGIS mobile 25/30

26 Interrogazione campo di pioggia 26/30

27 Interrogazione sulla cella temporalesca 27/30

28 Interrogazione sui bacini 28/30

29 Sviluppi futuri Miglioramento dell'algoritmo di nowcasting del temporale con metodo degli analoghi Passaggio a PostgreSQL 9.2 e PostGIS 2.0 che permetterà la memorizzazione e la gestione dei campi di precipitazione radar (raster): cumulate di pioggia per periodi definiti dall utente intersezione con altri dati raster quali uso del suolo o esposizione dei versanti. Elaborazioni 3-D Applicazioni realtime per smartphone 29/30

30 GRAZIE 30/30