Convegno ENAC ENAV GESAP sul Wind Shear

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Floriano Lanza
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1 Convegno ENAC ENAV GESAP sul Wind Shear Palermo, 19 settembre 2005 Andrea Caroni, Gaspare Galati, Gabriele Pavan Università di Roma Tor Vergata Sistema Integrato di Palermo: Algoritmi di Trattamento ed Integrazione Dati Richiami sui fenomeni Sistemi di rilevamento Un semplice modello per verifica Tecniche di Fusion Prospettive

di Palermo: Algoritmi di Trattamento ed Integrazione Dati Richiami sui fenomeni

2 Il fenomeno del WIND SHEAR Wind Shear orografico: separazione del flusso del vento con lo sviluppo di un vortice vicino alla montagna Sviluppo di un vortice secondario (rotor shear) anche a 8-9 NM dalla montagna

un vortice vicino alla montagna Sviluppo di un

3 Il fenomeno del WIND SHEAR Gust front: Flusso d aria generato da celle temporalesche che si espande radialmente a contatto con il terreno Microburst: Raffica discendente avente una velocità differenziale di almeno 10 m/s su distanze minore di 4 Km con uno shear di s -1

terreno Microburst: Raffica discendente avente una velocità

4 Il fenomeno del WIND SHEAR

5 Il fenomeno del WIND SHEAR

6 Effetti del Wind Shear sul volo In presenza di wind shear l aeromobile assume traiettorie diverse da quelle nominali

7 Il Wind Shear in Italia (11 siti) Ogni sito ha le sue peculiarità! Albenga Alghero Bari Catania Fiumicino Genova Malpensa Napoli Olbia Palermo Reggio Calabria

8 Sistemi di Rilevazione del Vento LLWAS: Low Level Wind Shear Alert System, rete di anemometri posizionati lungo le piste di atterraggio/decollo NB: Rilevamenti a bassa quota TDWR: Terminal Doppler Weather Radar NB: Rilevamenti ad alta quota - necessità di traccianti AWOS: Automatic Weather Observation System SODAR (+ RASS) - Profilo Verticale ( modelli) RWP: Radar Wind Profiler - Profilo Verticale ( modelli) LIDAR - Lobo stretto e attenuazione promettente

alta quota - necessità di traccianti AWOS: Automatic Weather Observation System SODAR (+ RASS) - Profilo Verticale

9 Modello semplificato per Wind Shear: Vortice ad Anello ( Ring-Vortex ) Woodfield & Vaughan Ring Vortex model (1982)

10 Vortice ad anello: Campo di Velocità Z Ring Vortex primario Γ R v Γ Regioni caratteristiche per il modello ring-vortex V Zref R C #3 #1 #3 H V #2 #2 z #1 Regione centrale del downburst #3 Nucleo #2 Regione non rotazionale (esterna) H V #3 Γ #1 Γ V Zref #3

C #3 #1 #3 H V #2 #2 z #1 Regione centrale del downburst #3

11 Estensione del modello Ring-Vortex al Wind Shear orografico R V1 V Ref1 H V1 X G3 C R V3 Z G3 V Ref3 V Ref2 R V2 R V2 H V3 -H V2 Y G3 H V2 -H V1 R V1

12 Simulazione di una rete di anemometri Nuovo posizionamento delle stazioni anemometriche Copertura della futura rete di anemometri

13 Elaborazione nel LLWAS U Piano π di equazione u u u u = x + y + x y z Velocità radiale e verticale di una microburst per un punto ad una quota H di 99 m, un H g v di 300 m ed un R v di 800 m u A u C x C y A y B y C C Y x A A u B x B X B A, B, C = Stazioni anemometriche

una quota H di 99 m, un H g v di 300 m ed un R v di 800 m u A u C x

14 Esempio di simulazione ANEMOMETRO COMPONENTE u (m/s) COMPONENTE v (m/s) COMPONENTE z (m/s)

009 0.00054 4 0.13-0.06 0.0073 5 1.9-3.4 0.49 6 0.15 3.8-0.91 7 1.13 0.51 0.

15 Esempio di simulazione (cont.) TRIANGOLI ECCESSO DI SHEAR (divergenza) s -1 ECCESSO DI SHEAR (convergenza) s -1 #1 0 0 #2 0 0 #3 0 0 #4 0 0 #5 0 0 #6 0 0 #7 0 0 # #

16 Uso di un radar meteo: Meteor 1500 C

17 Pioggia Traccianti (bersagli) radar Nebbia, aerosoli Polvere (dal terreno, da manufatti e attività umane) - diverse costanti dielettriche Variazioni dell indice di rifrazione (costante di struttura, teoria dei vortici)

diverse costanti dielettriche Variazioni dell indice

18 Scansione del radar R θ 3dB = R φ3 db Sens o della scansione Sentiero di discesa Pista d atterraggio Po sizione Radar meteo Po sizione Radar meteo Senso della scansione azimutale Pista d atterraggio 2 R φ 3d B DISTANZA R (Km) R φ 3dB = R θ 3dB (m) N posazimutali N totali Sentiero di discesa

scansione azimutale Pista d atterraggio 2 R φ 3d B DISTANZA R (Km) R φ 3dB = R θ

19 Portata del Meteor 1500 Volume in elevazione coperto da un METEOR 1500C per uno shear con turbolenze aventi costante di m -2/3 e tilt d antenna di 0.5 (riquadro superiore) e 1.5 (riquadro inferiore)

turbolenze aventi costante di 3 10-13 m -2/3 e tilt

20 Portata del Meteor 1500 (cont.) Un METEOR 1500C può essere utilizzato per rilevare, in ambito aeroportuale, i seguenti casi di shear in aria chiara: Shear associato ad aerosol con riflettività di -20 dbz su una distanza di 18 Km. Shear associato a polvere (secca, di tufo o di asfalto) con riflettività di -10 dbz su una distanza intorno ai 20 Km, e su una distanza di 15 Km per una riflettività del fenomeno di -15 dbz. Shear associato a turbolenze di tipo medio-forte su una distanza intorno a 16 Km, mentre su una distanza anche di 50 Km per una turbolenza forte.

aerosol con riflettività di -20 dbz su una distanza di 18 Km.

21 Necessità di un Sistema Integrato Necessità di dover monitorare un vasto volume: Km di lunghezza 600 m di altezza Integrazione di differenti Tecnologie

22 Architettura del Sistema - livelli concettuali L architettura del sistema può essere schematizzata secondo quattro livelli logico - funzionali: Sensori ed acquisizione dei dati Elaborazione, filtraggio e distribuzione dei dati Presentazione dati su postazioni operative ATS Presentazione dati su postazioni operative Meteo

23 Architettura del Sistema livelli reali LLWAS TDWR LIDAR RWP SODAR SIRF INTERFACCIA INTEGRATA METEO ATS

24 Diagramma Generale del sistema integrato LLWAS SODAR/RASS TDWR AWOS LLWAS server SODAR server RDP AWOS server Archiving Fusion subsystem (D-)ATIS Local ATC users Other local users Remote users CWP Workstation Workstation

25 Livelli di integrazione Tre possibili tipi di integrazione: Integrazione a livello di messaggi (ML) Integrazione a livello di prodotti (PL) Integrazione a livello di dati (DL)

26 Integrazione di messaggi Alert Elaboration Integrated Alert Workstation Alert Workstation Alert Alert Alert Workstation Elaboration Elaboration Elaboration Elaboration Sensore 1 Sensore 2 Sensore 3 Sensore N

27 Integrazione di Prodotti/Dati Integrated Alert Workstation Product Product Product Elaboration Integrated Products Workstation Product Workstation Elaboration Elaboration Elaboration Elaboration Sensore 1 Sensore 2 Sensore 3 Sensore N

28 Risultati e Prospettive Sviluppo di un sistema flessibile e idoneo a diversi siti e diversi budget, con un approccio incrementale (per fasi). Ogni fase fornisce un prodotto validato e pronto per l uso operativo. Sistema progettato con caratteristiche di espandibilità e scalabilità (diverso da casi esteri). La modellistica necessaria e gli algoritmi di trattamento dei segnali e dati e di Fusion sono messi a punto col supporto scientifico degli Enti di ricerca coinvolti (collaborazione Università - Industria - Service Provider).

29 Grazie per l attenzione

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