La radiazione solare globale e la durata del soleggiamento in Italia dal 1991 al 2010

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1 AERONAUTICA MILITARE Reparto di Sperimentazioni di Meteorologia Aeronautica La radiazione solare globale e la durata del soleggiamento in Italia dal 1991 al 2010 Sommario - Il presente lavoro ripercorre brevemente la storia della misura della radiazione solare e della durata del soleggiamento in Italia ad opera del Servizio Meteorologico dell Aeronautica Militare per poi focalizzare l attenzione sulle misure effettuate negli ultimi 20 anni, estrapolandone una sintesi statistica. Per ciascuna stazione meteorologica appartenete alla rete solare, le misure delle variabili in esame sono state sintetizzate sia in forma grafica che tabellare evidenziando, non solo l andamento medio della variabile durante i vari mesi dell anno, ma descrivendo anche la dispersione dei valori intorno alla loro tendenza centrale. Tale sintesi è stata poi confrontata con i valori medi riferiti al trentennio , laddove disponibili. Infine sono state elaborate delle mappe per fornire una visione panoramica riassuntiva della distribuzione geografica dell energia solare sull Italia, sia in termini di radiazione solare globale che di durata del soleggiamento, commentandone il comportamento al variare della latitudine, della longitudine e dell altezza sul livello del mare. PdC: Cap. Stefania Vergari (stefania.vergari@aeronautica.difesa.it) Pagina 1 di 54

2 Indice Par. 1 Introduzione e cenni storici pag. 3 Par. 2 Dati analizzati, completezza dati e distribuzione geografica delle stazioni pag. 4 Par. 3 Metodo di stima per il completamento dei dati medi mensili della radiazione solare globale e della durata del soleggiamento pag. 6 Par. 4 Metodologia e controllo di qualità delle misure pag. 8 Par. 5 Grafici statistici descrittivi per ciascuna stazione pag. 9 Par. 6 Commenti ai grafici descrittivi di stazione pag. 21 Par. 7 Mappe mensili delle distribuzioni spaziali pag. 23 Bibliografia pag. 28 App. 1 Definizioni e terminologia pag. 29 App. 2 Elenco delle stazioni, dati geografici e completezza dati pag. 30 App. 3 Tabelle descrittive degli errori di stima pag. 31 App. 4 Tabelle numeriche relative ai grafici statistici del par. 5 pag. 38 Pagina 2 di 54

3 1. Introduzione e cenni storici Il (Re.S.M.A.) è un organo del Servizio Meteorologico dell Aeronautica Militare Italiana che, insieme ad altre attività d Istituto, è preposto alla gestione, all accentramento, al controllo di qualità ed alla elaborazione delle misure di alcuni parametri atmosferici detti speciali, in quanto legati al monitoraggio della composizione chimico-fisica dell atmosfera ed alle caratteristiche del sistema climatico nel suo complesso. Tale attività rientra nel programma di Veglia Atmosferica Globale (GAW) [1] che dal 1989 riunisce sotto il suo coordinamento altri sottoprogrammi, promossi già dai primi anni 50 dall Organizzazione Mondiale per la Meteorologia (WMO) con lo scopo di studiare la chimica atmosferica e gli aspetti meteorologici dell inquinamento antropico. Le prime misure di radiazione solare globale e di durata del soleggiamento effettuate dal Servizio Meteorologico dell A.M. risalgono al 1958; 31 stazioni della rete osservativa, uniformemente distribuite sul territorio nazionale, furono equipaggiate con piranografi del tipo Fluess-Robitzsch per la misura della radiazione solare (Fig. 1.1), e con eliofanografi del tipo Campbell-Stokes per la misura del soleggiamento (Fig. 1.2). Tali dati contribuirono alla preparazione dell Atlante Solare Europeo pubblicato nel 1984 [2], all elaborazione del Climate Normals (CliNo: valori medi di riferimento costruiti sulle osservazioni dal 1961 al 1990) ed alla stesura di numerose pubblicazioni scientifiche [3, 4, 5]. In seguito ad una riorganizzazione della rete osservativa, alla fine degli anni 80 il piranografo Fluess-Robitzsch fu sostituito dai sistemi piranometrici FMQ16 che, utilizzando il piranometro CM11 Kipp & Zonen (Fig. 1.3), garantivano prestazioni migliori dal punto di vista della qualità della misura, secondo le indicazioni dell OMM. Furono 38 le stazioni meteorologiche dell A.M. ad essere dotate in quegli anni di questa strumentazione, affiancata dall eliofanografo Campbell-Stokes per la misura del soleggiamento. Dal 1991 al 2010, periodo di interesse della presente pubblicazione, tali stazioni hanno continuato ad operare ed a fornire misure in modo abbastanza continuativo. Sebbene una parte di esse continuino ad oggi ad avere il complesso piranometrico ancora efficiente, negli ultimi anni si è resa necessaria in molti casi la sostituzione del sensore piranometrico e della centralina di acquisizione dati. Nel 2011 alla precedente rete piranometrica è stata affiancata, ed in alcuni casi sovrapposta, una nuova rete, composta da 19 stazioni dotate di piranometri CM11 della Kipp & Zonen e di un nuovo sistema di acquisizione ed accentramento dati. È in seguito a quest ulteriore aggiornamento della rete osservativa che questo lavoro trova ragion d essere in quanto viene a concludersi un periodo di misure pressoché omogenee lungo venti anni, che sebbene non siano sufficienti per l elaborazione di un CliNO , sono certamente più rappresentative delle condizioni climatiche attuali di quanto non possa esserlo il CliNo Questo lavoro si propone dunque di elaborare indici statistici sintetici sull andamento della radiazione solare globale e del soleggiamento in Italia negli ultimi 20 anni, al fine di definire un riferimento attendibile per le misure della nuova rete, nonché di fornire un valido aiuto ai Decison Makers in ambito energetico, alla luce del sempre maggiore interesse generale nei riguardi dello Pagina 3 di 54

4 sfruttamento delle energie rinnovabili. Fig. 1.1 Piranografo Fluess-Robitzsch a lamina bimetallica Fig. 1.2 Eliofanografo Campbell-Stokes Fig. 1.3 Piranometro CM11 K&Z a termopila 2. Dati analizzati, completezza dati e distribuzione geografica delle stazioni I dati oggetto del presente lavoro non sono i valori giornalieri della radiazione solare globale e della durata del soleggiamento (definizioni in Appendice 1), bensì le rispettive medie mensili sul periodo , calcolate solo se risultano disponibili almeno 20 misure giornaliere per ogni mese. Tali valori medi costituiscono l insieme dei dati da cui elaborare gli indici statistici riassuntivi delle due grandezze atmosferiche in esame. Poiché nell arco dei venti anni considerati non è stato possibile calcolare tutti i valori mensili per entrambe le variabili, l insieme dei dati su cui calcolare gli indici statici risulta nella maggior parte dei casi incompleto. Pertanto, nel seguito, per completezza dei dati si intenderà la percentuale di valori medi mensili realmente disponibili sul intero periodo preso in esame (il % è costituito da 12*20=240 valori). La figura 2.1 mostra la distribuzione geografica delle 38 stazioni i cui dati di radiazione solare e soleggiamento sono stati elaborati. Esse sono indicate con il loro codice internazionale definito in ambito OMM, dove il prefisso 16, prefisso che indica l Italia, è stato omesso per brevità. I colori utilizzati forniscono una indicazione sintetica della tipologia e la completezza dei dati. In particolare, sul ventennio , le stazioni contrassegnate in verde dispongono una quantità Pagina 4 di 54

5 di dati almeno del 85% per il soleggiamento (completezza media: 96.4%), ed almeno del 45% per la radiazione solare globale (completezza media: 70.0%). Per queste stazioni le lacune nei dati di radiazione possono essere stimate, almeno in parte, su base mensile utilizzando i dati del soleggiamento (i dettagli del metodo di stima costituiscono il contenuto del prossimo paragrafo) e viceversa. Solo dopo aver completato, per quanto possibile, l insieme dei valori medi mensili, verranno elaborati gli indici sintetici di riferimento per il periodo , sia per la radiazione solare globale che per la durata del soleggiamento. A questo insieme di stazioni, sebbene non soddisfino pienamente i requisiti di completezza minima sopraelencati, si aggiungono le stazioni di Pian Rosà (052) e Perugia (181). Pian Rosà ha una completezza di dati pari al 81.25% per il soleggiamento e del 44.58% per la radiazione solare globale ma, vista l unicità della stazione nel suo genere (stazione meteorologica più alta di Europa), si ritiene opportuno calcolarne comunque dei riferimenti climatici. La stazione di Perugia, gestita dall ENAV (Ente Nazionale per l Assistenza al Volo), ha invece una completezza di dati pari al 53.33% per il soleggiamento e del 54.16% per la radiazione solare globale sul periodo Tali valori diventano pari al 88.8% e 90.27% rispettivamente, se calcolati sul periodo , periodo di disponibilità dei dati. Considerata la rappresentatività della stazione per il Centro-Italia, si ritiene opportuno calcolarne comunque i riferimenti climatici, anche se riferiti a soli 12 anni. Soleggiamento e Radiazione solare Soleggiamento Radiazione solare Pagina 5 di 54

6 Fig. 2.1 Distribuzione geografica delle stazioni indicate tramite il loro codice internazionale Le stazioni contrassegnate in giallo, sebbene dispongano di una percentuale elevata di dati per il soleggiamento (completezza media: 97.2%), non dispongono di dati di radiazione sufficienti né per validare una eventuale stima delle lacune, né per estrapolarne una qualsiasi statistica (completezza media: 29.2%). Per tali stazioni verranno elaborati gli indici sintetici di riferimento solo per la durata del soleggiamento. Al contrario, per la stazione 033 contraddistinta in arancio, disponendo solo di dati di radiazione solare (81.6%), verranno elaborati gli indici sintetici di riferimento solo per tale parametro. Informazioni più dettagliate sulle stazioni e sulla completezza dei dati sono fornite in Appendice Metodo di stima per il completamento dei dati medi mensili della radiazione solare globale e della durata del soleggiamento Per la stima della radiazione solare globale a partire dalla durata del soleggiamento sono stati sviluppati nel tempo un discreto numero di metodi. Tra questi ebbe un particolare successo il metodo suggerito da Angstrom nel 1924 [6] che consisteva in una prima semplice regressione lineare tra i due parametri. Alcuni anni dopo Prescott ne fornì una versione leggermente modificata, ma più efficiente, che oggi è nota in letteratura come equazione di Angstrom-Prescott [7, 8]. Negli anni seguenti altri autori hanno suggerito relazioni quadratiche o introdotto dipendenze dalla latitudine e da altri parametri, quali ad esempio la nuvolosità e la temperatura, alla ricerca di coefficienti che risultassero universali, ovvero applicabili in ogni parte del mondo. Tuttavia l applicabilità di tutti questi metodi rimane geograficamente limitata e pertanto i parametri dei vari modelli debbono essere necessariamente tarati sui dati locali [9]. Nel 2010 uno studio relativo ai dati della stazione di Vigna di Valle [10] ha dimostrato che una semplice regressione lineare, con coefficienti differenziati nei vari mesi dell anno, fornisce una stima della radiazione migliore della formula classica di Angstrom-Prescott la quale, al contrario, utilizza una sola coppia di coefficienti per la regressione, normalizzando ogni mese in base alla radiazione solare extraterrestre. Alla luce di ciò, nelle stazioni con consistenti lacune di dati di radiazione solare, sono stati applicati i risultati di questo studio, ovvero l equazione di regressione lineare nella forma;,r-i.=,a-i.+,b-i.,s-i. i=1, 2,, 12. (1) dove R è il valore medio mensile della radiazione solare globale, S è il valore medio mensile della durata del soleggiamento, a e b sono le costanti della regressione da determinare, il tutto al variare di i, indice del mese dell anno. Ciò ha permesso di stimare, a partire dai dati del soleggiamento, gran parte dei valori medi mensili di radiazione solare che mancavano al completamento del periodo e viceversa. Nella tabella 3.1 sono elencate le stazioni per le quali è stato applicato il metodo di stima per il completamento dei dati mensili, evidenziandone la percentuale prima e dopo l applicazione del metodo suddetto, nel periodo L applicazione del metodo ha permesso di incrementare la completezza dei dati da cui elaborare i riferimenti climatici, in molti casi fino al %, accrescendone inevitabilmente anche la rappresentatività sul periodo Pagina 6 di 54

7 considerato. In Appendice 3 sono invece riportati, per ogni stazione della tabella 3.1, le relative tabelle degli errori di stima e la distribuzione degli scarti. Un analisi complessiva sull andamento degli errori di stima mostra come lo scarto quadratico medio () assume valori più grandi nei periodi estivi e nei mesi di transizione, dove in ragione di una maggiore la variabilità climatica, aumenta la dispersione dei valori intorno alla retta di regressione. Tale comportamento è ovviamente confermato anche dallo scarto assoluto percentuale medio () che però, a differenza del precedente, tiene conto dell ordine di grandezza del valore stimato. Ad esempio un errore di 1 Mj/m2 comporta un pari al 10% se il valore vero fosse 10 Mj/m 2, ed un del 50% se il valore vero fosse 2 Mj/m 2. Dunque si hanno più alti nei mesi invernali specialmente per la durata del soleggiamento, la quale ha un campo di variabilità inferiore alla radiazione solare globale. L influenza della variabilità climatica sugli errori di stima, oltre che dalla stagione, dipende anche dalla posizione della stazione; in particolare si può notare come i siti montani risultano, in generale, affetti da errori di stima più elevati se confrontati con altre località. Codice stazione Nome località * Udine Pian Rosà Milano Piacenza Verona Trieste Cervia Capo Mele Pisa Perugia Viterbo Mt. Terminillo Vigna di Valle Termoli Ciampino Grazzanise Amendola Ponza Capo Palinuro Brindisi Mt. Scuro Messina Pantelleria Cozzo Spadaro Capo Bellavista Cagliari Consistenza dati: Radiazione (%) Originale Dopo la stima Consistenza dati: Soleggiamento(%) Originale Dopo la stima Tab Stazioni per le quali è stato applicato il metodo di stima per il completamento dei dati. (* disponibilità dati del 95.83% sul periodo ) A titolo di esempio, nel seguito di questo paragrafo, verrà illustrato il metodo di stima per la stazione di Trieste (110). La stazione di Trieste (110) dispone del 99.58% dei dati di soleggiamento nel periodo di interesse, ma solo del 47.50% dei dati di radiazione solare globale sullo stesso periodo. Si Pagina 7 di 54

8 considerino le medie mensili dei due parametri nei periodi in cui entrambe le misure sono presenti e si applichi un modello di regressione lineare diretta tra radiazione solare R e soleggiamento S nella forma (1) per ogni mese dell anno. In Fig. 3.1 è riportato il diagramma di dispersione tra i due parametri considerati insieme alle rette di regressione, i cui coefficienti sono stati calcolati con il metodo dei minimi quadrati. La bontà della stima ottenibile per il parametro R tramite la retta di regressione a partire da S, e viceversa, la si può valutare attraverso il calcolo di due indici statistici: lo scarto quadratico medio (, Root Mean Square Error) e lo scarto assoluto percentuale medio (, Mean Absolute Percentage Error). Per la definizione dei due indici si rimanda all Appendice 1, mentre per i loro valori si rimanda all Appendice 3. Fig. 3.1 Grafico di dispersione dei valori medi mensili nel periodo , e rispettive rette di regressione 4. Metodologia e controllo di qualità delle misure Per elaborare delle statistiche, che si propongono di essere indici sintetici descrittivi di una variabile meteorologica, occorre conoscere il grado di qualità dei dati di partenza. La qualità dei dati dipende da molteplici fattori tra i quali riveste primaria importanza il corretto posizionamento dello strumento di misura. Non meno importanti sono la manutenzione ordinaria dello strumento stesso e la registrazione dei metadata, ovvero di tutte le informazioni legate alla vita dello strumento (interventi tecnici e manutentivi) e relative all ambiente in cui opera (variazioni della posizione dello strumento o della vegetazione/urbanistica che lo circonda). In particolare questi ultimi tipi di informazione permettono di discriminare tra cause naturali od artificiali eventuali variazioni dell andamento statistico di una variabile sul lungo periodo. Dopo aver valutato la qualità della metodologia con cui si è effettuata la misura, occorre verificare la qualità del dato numerico misurato. In questo contesto le misure giornaliere di radiazione solare e soleggiamento utilizzate per l elaborazione dei riferimenti sul ventennio 1991 Pagina 8 di 54

9 2010 hanno superato i seguenti controlli di qualità: controllo limiti fisici del soleggiamento e della radiazione solare; controllo sul numero di misure orarie e sull errore di zero (offset) dello strumento per la radiazione solare; controllo di consistenza interna tra soleggiamento e radiazione solare; controllo sul trend di lungo periodo dei dati di soleggiamento e radiazione solare. Il controllo sui limiti fisici delle variabili consiste nel confrontare il valore misurato con il suo minimo e con il suo massimo ammissibile ovvero, rispettivamente, con lo zero e con la radiazione solare extraterrestre per la radiazione solare globale, con lo zero e la durata teorica del giorno per il soleggiamento. Il controllo sul numero delle misure consiste nel verificare che al valore di radiazione totale cumulata giornaliera abbiano effettivamente contribuito ventiquattro valori orari; mentre il controllo di offset consiste nel sottrarre alle misure l eventuale errore di zero riscontrabile nello strumento. Il controllo di consistenza interna consiste nel verificare che ogni coppia di misure (radiazione, soleggiamento) relative allo stesso giorno ed alla stessa stazione di osservazione, ricada all interno di un area di misure ammissibili [11]. L area ammissibile è definita tenendo in considerazione l indice di trasparenza atmosferico, determinato su base mensile per ogni stazione. Il controllo sul trend di lungo periodo è un controllo sulla serie storica dei valori medi mensili delle variabili che mira ad evidenziare eventuali derive dei sensori. 5. Grafici statistici descrittivi per ciascuna stazione In questo paragrafo, per le stazioni di fig. 2.1 e nell ordine della numerazione progressiva data dall indicativo di stazione, sono riportati i grafici statistici riassuntivi dell andamento mensile della radiazione solare e/o del soleggiamento calcolati sul periodo Le relative tabelle numeriche utilizzate per la costruzione dei grafici sono in Appendice 4. Ove possibile, le statistiche del periodo sono state confrontate con il valore medio del Clino , opportunamente indicato nella legenda del grafico. Gli altri parametri statistici sono descritti dalla legenda sottostante che resta valida per tutti i grafici del presente paragrafo. Legenda dei grafici. Pagina 9 di 54

10 Fig. 5.1 Monte Paganella (022): periodo Fig. 5.2 Dobbiaco (033): periodo Fig. 5.3 Udine (045): periodo Pagina 10 di 54

11 Fig. 5.4 Pian Rosà (052): periodo Fig. 5.5 Torino (061): periodo Fig. 5.6 Milano (080): periodo Pagina 11 di 54

12 Fig. 5.7 Piacenza (084): periodo Fig. 5.8 Verona (090): periodo Fig. 5.9 Treviso (099): periodo Pagina 12 di 54

13 Fig Trieste (110): periodo Fig Monte Cimone (134): periodo Fig Cervia (148): periodo Pagina 13 di 54

14 Fig Capo Mele (153): periodo Fig Pisa (158): periodo Fig Perugia (181): periodo Pagina 14 di 54

15 Fig Monte Calamita (197): periodo Fig Viterbo (216): periodo Fig Monte Terminillo (219): periodo Pagina 15 di 54

16 Fig Vigna di Valle (224): periodo Fig Termoli (232): periodo Fig Ciampino (239): periodo Pagina 16 di 54

17 Fig Campobasso (252): periodo Fig Grazzanise (253): periodo Fig Amendola (261): periodo Pagina 17 di 54

18 Fig Ponza (280) ): periodo Fig Capo Palinuro (310): periodo Fig Brindisi (320): periodo Pagina 18 di 54

19 Fig Monte Scuro (344): periodo Fig Santa Maria di Leuca (360): periodo Fig Ustica (400): periodo Fig Messina (420): periodo Pagina 19 di 54

20 Fig Trapani (429): periodo Fig Gela (453): periodo Fig Pantelleria (470): periodo Fig Cozzo Spadaro (480): periodo Pagina 20 di 54

21 Fig Capo Caccia (522): periodo Fig Capo Bellavista (550): periodo Fig Cagliari (560): periodo Pagina 21 di 54

22 6. Commenti ai grafici statistici descrittivi di stazione I grafici del paragrafo precedente mettono in luce diversi aspetti caratterizzanti lo stato energetico dell atmosfera nel periodo , di seguito descritti. i) Medie e mediane hanno comportamenti generalmente comparabili, così come la misura della dispersione dei valori descritta con ± 2 deviazioni standard e con le distanze interquartili. ii) L andamento annuale dei valori mensili mostra, soprattutto nei grafici relativi alla durata del soleggiamento, una flessione del trend di crescita in corrispondenza dell inizio della primavera. Tale variazione, particolarmente accentuata nelle stazioni di montagna del Centro Nord, è certamente da imputare ad una maggiore incidenza di fenomeni meteorologici che si manifestano dopo l equinozio di primavera, in quanto l incremento di energia solare in atmosferica ne aumenta l instabilità termodinamica. iii) Il grafico relativo alla stazione di Pian Rosà (052 stazione meteorologica più alta d Europa ad oltre 3400 metri sul livello del mare) mostra che ad elevati valori di radiazione solare (più alti sia in inverno che in estate di molte altre stazioni del Nord) non corrispondono adeguati valori di durata del soleggiamento. Ciò è possibile perché il sole, sebbene visibile, al mattino ed al pomeriggio, per un certo tempo si trova al di sotto del piano su cui sono posizionati gli strumenti. Ciò comporta che ad una rilevazione della radiazione solare nella sua componente diffusa tramite il piranometro, non corrisponda una analoga rilevazione da parte dell eliofanografo, ovvero dello strumento che misura la durata del soleggiamento, in quanto i raggi solari diretti non possono raggiungerne l elemento sensibile. Tale considerazione in linea teorica resta valida anche per stazioni di montagna 022 e 134 (al si sopra dei 2000 metri), per le quali, purtroppo, non si hanno informazioni sufficienti relative alla radiazione solare. Dal confronto degli indici sintetici riferiti al con i valori medi del CliNo 61-90, effettuato per le stazioni in cui quest ultimo dato è disponibile, emergono altre considerazioni qui di seguito brevemente riportate. a) In riferimento ai valori di radiazione solare globale, l andamento dei valori medi calcolati nei due periodi è sovrapponibile nella maggior parte dei casi (alcune eccezioni al punto b). Ciò è interpretabile come l assenza di variazioni significative nell apporto energetico fornito dal sole nei due periodi presi in considerazione. b) In alcune stazioni (080, 239, 261, 320) si registra negli ultimi venti anni, a fronte di un comportamento pressoché immutato della durata del soleggiamento, una accentuata diminuzione (fino a 4 Mj/m2) della radiazione solare durante i mesi estivi rispetto ai valori riferiti al Tali casi potrebbero trovare spiegazione nella sostituzione della tipologia di strumento tra i due periodi ed in un possibile difetto di funzionamento di uno dei due strumenti. Tra essi il più soggetto a derive meccaniche, in linea teorica, è il piranografo di Fluess-Robitzsch per il suo principio di funzionamento basato sulla flessione delle lamine bimetalliche. Non si hanno notizie inoltre sulla periodicità delle tarature della strumentazione in uso in quel periodo. Pagina 22 di 54

23 c) In riferimento ai valori di durata del soleggiamento si noti che nei mesi primaverili è presente quasi ovunque un aumento dei valori medi nel periodo , rispetto ai valori riferiti al Tale discrepanza nella maggior parte dei casi rimane confinata nello scarto interquartile e scompare nei restanti mesi dell anno. Tale comportamento potrebbe essere interpretato come un reale segnale climatico: la fenomenologia atmosferica caratteristica del periodo primaverile ha avuto una incidenza inferiore sui valori medi del periodo di quanto non avesse avuto nei trenta anni precedenti. d) Nella stazione di Gela (453), a differenza di quanto detto al punto precedente, i valori medi della durata del soleggiamento riferiti al periodo sono quasi tutti al di sotto dello scarto interquartile del periodo , anche nei mesi invernali. In seguito ad una verifica sui dati anagrafici della stazione, tale scostamento può trovare spiegazione nello spostamento di ben 5 km della stazione stessa, e dunque della strumentazione in uso, avvenuto nel Mappe mensili delle distribuzioni spaziali In questo paragrafo sono stati sintetizzati i grafici del paragrafo 5 in 24 mappe dell Italia che mostrano i valori medi di radiazione solare e di durata del soleggiamento di ogni mese. Tali mappe hanno lo scopo di fornire una visione panoramica riassuntiva della distribuzione geografica dell energia solare che riesce a raggiungere il suolo in Italia, mostrandone il comportamento al variare della latitudine, della longitudine e dell altezza sul livello del mare delle stazioni prese in esame. Partendo dai valori medi delle stazioni (individuate nella mappa con un cerchietto), le sfumature sono state ottenute mediante la costruzione di un griglia di punti uniforme sul territorio, di passo pari ad un dodicesimo di grado, sia in latitudine che in longitudine. I valori delle stazioni sono stati poi interpolati su tale griglia mediante il metodo polinomiale descritto in [12]. Per ogni figura il valore della sfumatura di colore che contraddistingue le varie zone è esplicitato dalla barra verticale posta alla destra di ogni grafico. Al riguardo è opportuno notare che i valori delle sfumature di colore sulla mappa debbono essere considerati rappresentativi solo per l area circostante le stazioni. Infatti, il metodo di interpolazione utilizzato per creare un insieme di dati uniformemente distribuiti su tutto il territorio, può fornire indicazioni non veritiere sulla climatologia delle zone dove non ci sono stazioni di misura, come ad esempio, per la radiazione solare, la Sardegna Settentrionale, il Piemonte o la Sicilia Nord-Occidentale. In particolare, sul Piemonte e sulla Sicilia si noti come la presenza delle stazioni di Torino e di Trapani rispettivamente, nella mappa della durata del soleggiamento, permettano al metodo di interpolazione di fornire delle sfumature più rappresentative nelle rispettive regioni di quanto non lo siano le mappe riferite alla radiazione solare, dove la densità delle stazioni è inferiore. Coerentemente a quanto osservato nel precedente paragrafo al punto iii), si può notare come la Pagina 23 di 54

24 maggiore esposizione della stazione di Pian Rosà si manifesti con alti valori di radiazione solare durante tutto l anno. Si osservi poi come la maggiore esposizione delle montagne in genere, sia alpine che appenniniche, caratterizzi anche le mappe dalla durata del soleggiamento. Nei mesi invernali infatti, tale grandezza risulta maggiore sulle montagne rispetto alle stazioni poste a quote inferiori, mentre risulta minore nei mesi estivi per l impossibilità dei raggi solari di colpire l elemento sensibile dello strumento nelle prime ed ultime ore del giorno. In riferimento all osservazione del paragrafo 6 al punto b), è possibile notare come nell Italia Centrale risalti il comportamento della radiazione solare misurata nella stazione di Ciampino, che risulta inferiore rispetto ai valori misurati nelle stazioni viciniore. Analoga situazione riguarda la stazione di Milano. Per la stazione di Ciampino si può supporre che tale comportamento possa derivare da una sottostima della radiazione solare effettuata dallo strumento in uso presso la stazione stessa in quanto i valori della durata del soleggiamento risultano perfettamente in linea con quelli delle stazioni del versante Tirrenico-Centrale. La stazione di Milano, invece, è caratterizzata da valori della durata del soleggiamento che, insieme a quelli della stazione di Torino, risultano inferiori rispetto alle altre stazioni viciniori. Si può supporre dunque che tali valori possano essere espressione di una reale caratteristica climatica della Pianura Padana Nord-Occidentale. Fig. 7.1 GENNAIO: Valori medi calcolati sul periodo Fig. 7.2 FEBBRAIO: Valori medi calcolati sul periodo Pagina 24 di 54

25 Fig. 7.3 MARZO: Valori medi calcolati sul periodo Fig. 7.4 APRILE: Valori medi calcolati sul periodo Fig. 7.5 MAGGIO: Valori medi calcolati sul periodo Pagina 25 di 54

26 Fig. 7.6 GIUGNO: Valori medi calcolati sul periodo Fig. 7.7 LUGLIO: Valori medi calcolati sul periodo Fig. 7.8 AGOSTO: Valori medi calcolati sul periodo Pagina 26 di 54

27 Fig. 7.9 SETTEMBRE: Valori medi calcolati sul periodo Fig OTTOBRE: Valori medi calcolati sul periodo Fig NOVEMBRE: Valori medi calcolati sul periodo Pagina 27 di 54

28 Fig DICEMBRE: Valori medi calcolati sul periodo Bibliografia [1] [2] European solar radiation atlas. Commission of the European communities, 2 Vol., Verlag TUV Rheinland GmbH, Koln, [3] E. Cogliani, M. Mancini, S. Petrarca, F. Spinelli, La Radiazione solare globale al suolo in Italia nel ENEA, RT/ERG/95/12, Roma, [4] S. Giannoccolo, L. Falasconi, L. Graniero, A.Galliani, Contributo al monitoraggio del sistema climatico ad allo studio dell atmosfera. Rivista di Meteorologia Aeronautica - Sommario Climatologico, Anno 59, supplemento ai NN. 3-4 (1999). [5] Soleggiamento e radiazione globale in Italia. Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aeronautica, Aeronautica Militare, [6] A. Angstrom, Solar and terrestrial radiation. Quatern. J. Roy. Meteorol. Soc., 50, (1924) [7] J.A. Prescott, Evaporation from water surface in relation to solar radiation. Trans. R. Soc. Sci. Austr., 64, (1940) [8] J. N. Black, C.W. Bonython and J.A. Prescott, Solar radiation and the duration of sunshine. Q. J. R. Meteorol. Soc. 84 [9] J. A. Martinez - Lozano, F. Tena, J. E. Onrubia, J. De La Rubia, The historical evolution of the Angstrom formula and its modifications: review and bibliography. Agric. For. Meteorol. 33, (1984), [10] S. Vergari, La radiazione solare e la durata del soleggiamento: un caso studio a Vigna di Valle. Rivista di Meteorologia Aeronautica, Anno 69, Nr. 1 (2009). [11] S. Vergari, F. Foti, E. Vuerich, P. Cucchiarelli, T. Iorio, Improvements of the quality control system for solar radiation and sunshine duration data. WMO Technical Conference on Meteorological and Enviromental Instruments and Methods of Observation (TECO), Helsinki, Pagina 28 di 54

29 2010. [12] D. T. Sandwell, Biharmonic spline interpolation of Geos-3 and Seasat altimeter data. Geophys. Res. Lett. 14, (1987), Appendice 1: Definizioni e terminologia Durata del Soleggiamento Giornaliero. La definizione raccomandata dalla Commissione per gli Strumenti e Metodo di Osservazione (CIMO) dell OMM per la durata del soleggiamento nell arco di una giornata è la seguente: somma dei sottoperiodi nei quali l irradianza diretta del sole supera i 120 Wm2. Durata Teorica del Giorno. Intervallo di tempo che intercorre tra il sorgere ed il tramontare del sole in relazione all orizzonte astronomico del luogo. Radiazione Solare Globale. Somma della radiazione solare diretta e di quella diffusa ricevuta dall unità di superficie orizzontale nell unità di tempo (Mega Joule su metro quadrato Mj/m2). Radiazione Solare Extraterrestre. Quantità di energia solare intercettata da un ipotetica superficie posta al di fuori dell atmosfera Indice di Trasparenza Atmosferico. L indice di trasparenza atmosferico, indicato dalla lettera I è fornito dal semplice rapporto tra Radiazione Solare Globale e Radiazione Solare Extraterrestre: I =, -. Errore di zero (offset). L errore di zero si verifica in uno strumento elettronico quando, in assenza di stimolazione, l elemento sensibile misura comunque una tensione, seppur minima, tradotta in una misura diversa da zero. Ad esempio un piranometro posto a buio dovrebbe misurare un valore pari a zero. Se misura una certa quantità x > 0, allora x è definito come l errore di zero o di offset e deve essere considerato come un valore da sottrarre a tutte le altre misure, in quanto sistematico. Scarto quadratico medio (, Root Mean Square Error). Rappresenta l errore standard della stima rappresentandone l accuratezza; si calcola tramite la seguente formula: =,-,1-., =1- -,,, - -., dove N è il numero di osservazioni disponibili,, - -. è l i-esimo valore osservato (nel nostro caso è l i-esimo valore medio calcolato sulla base dei valori giornalieri osservati) e, - -. ne è la Pagina 29 di 54

30 stima. Scarto assoluto percentuale medio (, Mean Absolute Percentage Error). Fornisce una misura globale dell accuratezza della previsione in termini percentuali; si calcola tramite la seguente formula: =,-., =1- -,,, - -., - -.-, dove N è il numero di osservazioni disponibili,, - -. è l i-esimo valore osservato (nel nostro caso è l i-esimo valore medio calcolato sulla base dei valori giornalieri osservati) e, - -. ne è la stima. Pagina 30 di 54

31 Appendice 2: Elenco delle stazioni, dati geografici e completezza dati Codice stazione Nome località Latitudine Longitudine * Mt. Paganella Dobbiaco Udine Pian Rosà Torino Milano Piacenza Verona Treviso Trieste Mt. Cimone Cervia Capo Mele Pisa Perugia Mt. Calamita Viterbo Mt. Terminillo Vigna di Valle Termoli Ciampino Campobasso Grazzanise Amendola Ponza Capo Palinuro Brindisi Mt. Scuro S. M. di Leuca Ustica Messina Trapani Gela Pantelleria Cozzo Spadaro Capo Caccia Capo Bellavista Cagliari 46 09' 35"N 46 43' 48"N 45 58' 32"N 45 56' 06''N 45 02' 00"N 45 26'N 44 54' 33''N 45 23' 17"N 45 39' 00"N 45 40' 37''N 44 11' 37"N 44 13' 44''N 43 57' 26"N 43 40' 57''N 43 05'N 42 43' 52''N 42 26' 18"N 42 28' 00"N 42 04' 49"N 42 00' 15''N 41 48' 29''N 41 33' 49"N 41 03' 38''N 41 32' 17''N 40 54' 43''N 40 01' 30''N 40 39' 36''N 39 19' 50''N 39 48' 41''N 38 42' 26''N 38 11' 59''N 37 54' 51''N 37 04' 35"N 36 48' 50''N 36 41' 10''N 40 33' 40''N 39 55' 51''N 39 14' 37''N 11 02' 03"E 12 13' 12"E 13 02' 57"E 07 42' 22''E 07 43' 54"E 09 17'E 09 43' 40''E 10 52' 24"E 12 11' 00"E 13 45' 17''E 10 42' 00"E 12 17' 31''E 08 10' 11"E 10 23' 44''E 12 30'E 10 23' 44''E 12 03' 18"E 12 59' 00"E 12 12' 41"E 14 59' 47''E 12 35' 05''E 14 39' 18"E 14 04' 44'E 15 42' 50''E 12 57' 25''E 15 16' 49''E 17 57' 20''E 16 23' 47"E 18 20' 32''E 13 10' 38''E 15 32' 56''E 12 29' 29''E 14 13' 30"E 11 58' 16''E 15 07' 53''E 08 09' 47''E 09 42' 47''E 09 03' 36''E Altezza barometrica (metri) Consistenza dati: Radiazione (%) Consistenza dati: Soleggiamento(%) * disponibilità dati del 95.83% sul periodo Appendice 3: Tabelle descrittive degli errori di stima Pagina 31 di 54

32 Stazione di Udine (045) Stazione di Pian Rosà (052) Stazione di Milano (080) Stazione di Piacenza (084) Stazione di Verona (090) Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Soleggiamento Pagina 32 di 54

33 Stazione di Trieste (110) Stazione di Cervia (148) Stazione di Capo Mele (153) Stazione di Pisa (158) Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Pagina 33 di 54

34 Stazione di Perugia (181) Stazione di Viterbo (216) Stazione di Mt. Terminillo (219) Stazione di Vigna di Valle (224) Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Pagina 34 di 54

35 Stazione di Termoli (232) Stazione di Ciampino (239) Stazione di Grazzanise (253) Stazione di Amendola (261) Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Pagina 35 di 54

36 Stazione di Ponza (280) Stazione di Capo Palinuro (310) Stazione di Brindisi (320) Stazione di Mt. Scuro (344) Radiazione Soleggiamento Radiazione Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Soleggiamento Pagina 36 di 54

37 Stazione di Messina (420) Stazione di Pantelleria (470) Stazione di Cozzo Spadaro (480) Stazione di Capo Bellavista (550) Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Radiazione Soleggiamento Pagina 37 di 54

38 Stazione di Cagliari (560) Radiazione Soleggiamento Pagina 38 di 54

39 Appendice 4: Tabelle numeriche relative ai grafici statistici del par. 5 Stazione di Mt. Paganella (022) Stazione di Dobbiaco (033) Stazione di Udine (045) Stazione di Udine (045) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Pagina 39 di 54

40 Stazione di Pian Rosà (052) Stazione di Pian Rosà (052) Stazione di Torino (061) Stazione di Milano (080) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Pagina 40 di 54

41 Stazione di Milano (080) Stazione di Piacenza (084) Stazione di Piacenza (084) Stazione di Verona (090) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Pagina 41 di 54

42 Stazione di Verona (090) Stazione di Treviso (099) Stazione di Trieste (110) Stazione di Trieste (110) Radiazione Solare Globale (Mj/m2) Pagina 42 di 54