Inizializzazione dei modelli ed assimilazione delle misure

Transcript

1 Monoraggo della qualà dell ara. I modell d dspersone degl nqunan n amosfera e le msure n amosfera 011 Inzalzzazone de modell ed assmlazone delle msure do. Roero Sozz do. Andrea Bolgnano

2 Oevo Rprodurre lo sao dell amosfera sa dal puno d vsa hmo he meeorologo l pù vno possle alla realà onssene dnamamene n modo da prendere n onsderazone ue le nformazon dsponl: osservazon rsula modells proess fso/hm.

3 msure e modell osservazon spermenal dervan dalla ree d monoraggo Ssema modellso n grado d deermnare la onenrazone n ogn sane d empo e n ogn puno dello spazo Rlevazone n un puno della onenrazone degl nqunan Dsruzone spazale della onenrazone degl nqunan deno oevo Perhé e ome è possle rendere ongruen enram gl srumen? 3

4 Una msura spermenale rleva esaamene a pare l errore srumenale la onenrazone al suolo d una sosanza n ogn sane d empo e n puno preso dello spazo senza preoupars delle ause he hanno porao a ale onenrazone ma onsderando eslusvamene le araershe hmo/fshe he possede ale sosanza nel momeno he quesa s è gà formaa n amosfera n un preso sane d empo e nel puno n u vene effeuaa la msura. Il puno d parenza d una smulazone modellsa è la desrzone maemaa delle ause he presuppone la onosenza de numeros proess fs e hm fnalzzaa alla rosruzone a pare l errore nrnseo d un modello della onenrazone delle sosanze nqunan n ogn sane d empo e n ogn puno dello spazo. osservao alolao 4

5 ella d alolo 5

6 ojeve analyss u - v - w y z - y + K z z + K + K yy zz + + R Dep+ f oservaons S

7 Sruura Generale del Meodo Rsoluvo s onsder un genero empo n per u sa noa la onenrazone C n jk n ogn ella d grgla al empo n+1 n + Δ la onenrazone nella ella jk vene alolaa ol meodo del frazonameno del empo Tme Splng: Operano n suessone fenomen seguen: 1 s emee l nqunane dalle sorgen ave lo s raspora lungo la drezone 3 lo s raspora lungo la drezone y 4 lo s raspora lungo la drezone z 4 se ne onsene la dffusone lungo la drezone 5 se ne onsene la dffusone lungo la drezone y 6 Se ne onsene la dffusone lungo la drezone z 7 reazon hmhe deposzon 8 enhe d assmlazone 7

8 8 OPERATOR SPLITTING L negrazone numera del ssema d equazone del PDEs è affronao sorporando l prolema mul-dmensonale n n prolem undmensonal dpenden dal empo he sono rsol sequenzalmene on un me sep Δ operaor splng.l evoluzone emporale delle spee hmhe -h è : L L L L z y Δ Δ Δ Δ + Δ dove L L y rappresenano gl operaor d avvezone/dspersone lungo gl ass orzzonal y L z è l operaore verale he ene ono de proess d rasporo dffusone sorgen e deposzone sea e L rappresena l operaore onenene le rasformazon hmhe. V z H y H D P C L Dep S z K z z w L y K y y v L K u L dove P e D rappresenano gl operaor d produzone /dsruzone dovue alle rasformazon hmhe.

9 9 L evoluzone emporale della spee -h nel me sep Δ è: dove L N rappresena l operaore d assmlazone. L operaore d nudgng ha la forma seguene: G L j A A N Δ + 1 τ L L L L L z y N Δ Δ Δ Δ Δ + Δ Opmal Inerpolaon o Suessve Correon Mehod / Braseh sheme L N ha la forma seguene: w L A A N Δ + τ dove A è l ampo d onenrazone. assmlazone

10 10 Os. Nudgng/Newonan Relaaon ehnque Nudgng è approprao quando sono dsponl osservazon ad ala frequenza. dove τ A è l nudgng faor [s] e G A è l general nudgng erm. zz yy j A A + R +C + S z K z + y + K + K z w - y v - - u F G F + 1 τ [ ] N j j N j j j j A W W G

11 11 < > ; 0; 0 ; w R z e z w R D R D ; D R D R w w w w W z y z y j τ τ τ τ τ W j è dao da: R è l raggo d nfluenza delle osservazon D è la dsanza ra os e nod τ è l me wndow per le os Os. Nudgng/Newonan Relaaon ehnque

12 Wy 0.6 W y D/R W z Wz Rz 100 [m] dz [m] Rz 500 [m]

13 Opmal Inerpolaon L Opmal Inerpolaon permee d nerpolare osservazon loalzzae arraramene su una grgla regolare ulzzando un ampo d fondo ome prma approssmazone. Le osservazon ed l ampo d fondo possono onenere error. L OI osruse l ampo d anals mnmzzando le varanze degl error delle osservazon e del ampo d fondo. Il ampo oenuo è omale nel senso he ha la varanza mnma. ε ε os + ε repr ε ε repr os 1 Δ L repr 13

14 14 Wd X X a a a D D D D D D C C a C C a C C Opmal Inerpolaon reore msura 1 msura + a a D -D C -C D -D C -C a a D C D C

15 Opmal Inerpolaon L anals X A è deermnaa mnmzzando l funzonale : 1 X A X + T 1 HBH + R Y HX T BH K dove: X : sao d fondo Y: osservazone H: operaore delle osservazon dallo spazo del modello alla msura B: mare della ovaranza dell errore d fondo R: mare della ovaranza dell errore delle osservazon K: gan mar 15

16 assmlazone Il genero ermne G A he ompare nell espressone dpende dalla ena ulzzaa per assmlare da spermenal on l modello numero ome ad esempo: Oservaonal Daa Assmlaon ODA : assmlazone d msure spermenal dsrue arraramene Ojeve Analyss : assmlazone da amp d anals medane nerpolazone delle osservazon su una grgla regolare onsderando l modello ome ampo d akground; Opmal Inerpolaon OI Suessve Correon Mehod SCM * * f r... G A algorm pù ompless neessano sempre d maggore empo d alolo evenuale rà de ssem auoma 16

17 APPLICAZIONI Daa assmlaon sao nzale per un ssema prevsonale; Nowasng Ssem Near-Real Tme ; 17

18 msure spermenal msure e modell ssem prevsonal ssem Near Real-Tme NRT rosruzone del fuuro rosruzone del passao + presene + Valuazone della qualà dell ara 18

19 Ssem auoma Near Real-Tme NRT assmlazone msura spermenale omplemenarà rosruzone modellsa Assmlazone da l proesso araverso l quale ue le nformazon dsponl vengono usae al fne d oenere la mglore sma possle dello sao dell amosfera. Le nformazon dsponl onssono essenzalmene nelle osservazon e nelle legg fshe he governano l evoluzone del ssema. Quese ulme sono d fao dsponl araverso modell numer Valuazone della qualà dell ara sul erroro 19

20 Carenza degl nvenar delle emsson Rosruzone poo deaglaa Esgenza d aoppare osruvamene le nformazon he provengono da una ree d monoraggo e da un modello numero Ssem n grado d deermnare sull nero erroro la onenrazone degl nqunan e n grado d fornre al nformazon n empo quas reale Ssem auoma Near Real-Tme NRT 0

21 I ssem Near Real-Tme sono ssem he hanno l oevo d segure e rosrure l fenomeno n empo quas reale rosruendo la dsruzone spazale della onenrazone degl nqunan enendo ono delle osservazon spermenal n ogn sane d empo. Perano l negrazone delle msure on modell numer ulzzaa per ssem Near Real- Tme NRT segue un approo profondamene dfferene da quello ulzzao per ssem prevsonal Quando l ssema modellso funzona ome ssema prevsonale non è pù possle avere l onforo delle osservazon durane la smulazone perano l modello assore le nformazon he desrvono lo sao nzale del ssema assmlao al empo 0 e prosegue on la smulazone fno a smare la onenrazone pù proale nell mmedao fuuro generalmene fno a 7 ore. 1

22 Quano è l rardo emporale mnmo on u è possle fornre le nformazon prodoe Delay Tme dal ssema NRT? empo d aquszone de da spermenal dal enro regonale Ssema Near-Real Tme NO 3/10/011 valor orar emporzzazone d ue le proedure del ssema d alolo enrale ora auale : ora Near Real Tme :

23 ree d monoraggo d Arpalazo CHIMICA 3

24 Confron applazon NO Prenese novemre 009 urva rossa osservazon; urva rosa NRT; urva lu prevson NO Bufaloa novemre 009 4

25 Confron applazon PM10 Prenese novemre 009 urva rossa osservazon; urva rosa NRT; urva lu prevson PM10 Bufaloa novemre 009 5

26 Confron applazon NO Frana novemre 009 urva rossa osservazon; urva rosa NRT; urva lu prevson PM10 Frana novemre 009 6

27 assmlazone raggo d nfluenza/errore assoao alla msura salse un volume d spazo norno al puno d msura sa n orzzonale he lungo la verale all nerno del quale s deve desrvere ome la msura dea nfluenzare l alolo della onenrazone rosrua dal modello rappresenavà la pologa del puno d msura ad esempo raffo ndusrale o d fondo; la araersa della zona ad esempo urana rurale suurana. Non esse un rero sandard d assegnazone del raggo d nfluenza ad ogn puno d msura ma la sela va faa per ogn aso spefo n funzone qund della osddea rappresenavà del puno d msura sesso. 7

28 R polo R grande 8

29 Modello Eulerano Prevson Meeorologhe Snohe NCEP Inpu Meeorologo RAMS Gap SurfPRO Da Geograf Inpu Emssvo DATI EMISSIVI EMMA FARM Camp d onenrazone Prevson Inqunameno a sala nazonale QualeAra 9

30 Confron applazon PM10 prevsonale senza assmlazone PM10 Near Real Tme on assmlazone 30

31 Confron applazon NO prevsonale senza assmlazone NO Near Real Tme on assmlazone 31

32 PM10 meda annua 010 PM10 meda annua on assmlazone 3

33 010 33

34 Carenza degl nvenar delle emsson Rosruzone modellsa poo deaglaa Daa assmlaon soosma delle onenrazon rosrue Campo d anals sma delle onenrazon pù realsa 34

35 Graze per l aenzone 35