Strumenti Informatici per la Pianificazione Eco-Compatibile ompatibile delle Aziende Agrarie Ministero delle Politiche Agricole, Alimentari e Forestali I componenti Clima: generazione e stima di variabili climatiche Gianni Bellocchi JRC-IHCP, Ispra, Italy Marcello Donatelli, Laura Carlini CRA-ISCI Dati climatici per la modellazione di sistemi biologici La disponibilità di dati climatici (pioggia, temperatura aerea, radiazione solare, umidità aerea relativa, velocità del vento) a scala giornaliera (o a più alta risoluzione) è un requisito fondamentale per la simulazione di sistemi biologici (inclusi i sistemi colturali) In molti siti la reperibilità di una massa sufficiente di dati climatici è problematica perché: Le serie registrate sono limitate a pochi anni Il funzionamento dei sensori è discontinuo Alcune variabili climatiche non sono registrate Per ovviare alla mancanza di dati climatici si pone la necessità di modellare il clima nel sito di interesse a partire dai dati disponibili 1
Modellazione del clima: generazione vs. stima Generazione climatica: produzione di dati climatici sitospecifici utilizzando proprietà statistiche del clima locale e.g. media e deviazione standard da serie storiche della precipitatione per generare serie potenzialmente illimitate della stessa variabile mediante un modello statistico Stima di variabili climatiche: produzione di dati climatici utilizzando altri dati climatici e.g. stima della radiazione solare da dati di temperatura aerea; Generazione della piovosità giornaliera Es., distribuzione semplificata di Weibull 2
Generazione della piovosità giornaliera Es., distribuzione normale asimmetrica Stima della temperatura aerea oraria Campbell Ephrath Stöckle Goudriaan Porter 3
Stima della velocità oraria del vento Es., equazioni di Ephrath, Hoffmann e Tatarko Software per la modellazione del clima Approcci specifici per la stima e la generazione di dati climatici sono stati implementati in software detti generatori climatici o in altri strumenti informatici WGEN (generazione climatica) ClimGen (generazione climatica) Climak (generazione climatica) Cligen (generazione climatica) USCLIMATE (generazione climatica) LARS-GV (generazione climatica) WGENR (generazione della radiazione solare) RadEst (stima di radiazione solare ed evapotraspirazione) 4
Componenti per il clima Componenti software per la stima e la generazione di variabili climatiche sito-specifiche sono stati sviluppati secondo criteri che ne permettono l estensione, la riutilizzazione e l intercambiabilità entro ambienti di modellazione diversi AirT: temperature aeree e di rugiada (media, max e min) giorno, ora ET: evapotraspirazione di riferimento giorno, ora GSRad: radiazione solare globale e fotosinteticamente attiva (totale, diretta, diffusa) giorno, ora Rain: precipitazione (intensità e durate) giorno, ora, 30 minuti, 10 minuti Wind: velocità del vento (media, max e min) giorno, ora AirT 5
GSRad ET 6
Rain Wind 7
Componente CLIMA I componenti di base, scritti in C# (.NET), sono aggregati nel componente integrato CLIMA L interfaccia grafica di CLIMA rende possibile l esecuzione dei singoli componenti (input, parametri e output) Considerazioni finali I componenti clima e la loro documentazione rappresentano una modalità utile a condividere la conoscenza nel dominio della modellazione climatica I componenti favoriscono l accesso alla modellazione climatica a utenti e sviluppatori di modelli biofisici L implementazione di molteplici approcci alternativi consente la loro valutazione comparativa L architettura dei componenti permette la loro estensione nel senso di incorporare nuovi approcci senza necessità di ricompilare 8
Pubblicazioni Donatelli M., Carlini L., Bellocchi G., 2004. GSRad: un componente software per la stima della radiazione solare. Riv. Ital. Agrometeorol. (Ital. J. Agrometeorol.), 1, 24-30. Donatelli M., Carlini L., Bellocchi G., Fila G., 2004. Clima: software component for weather generation and estimation. 8th European Society for Agronomy Congress, 11-15 July, Copenhagen, Denmark, 239-240. Donatelli M., Bellocchi G., Carlini L., Colauzzi M., 2005. CLIMA: a component-based weather generator. MODSIM 2005, 12-15 December, Melbourne, Australia. Donatelli M., Carlini L., Bellocchi G., 2005. Software components for agrometeorology: air temperature and wind speed generation. ASA-CSSA-SSSA International Annual Meetings, 6-10 November, Salt Lake City, UT, USA. Carlini L., Bellocchi G., Donatelli M., 2006. A software component for generating precipitation data at different time resolutions. Agron. J., 98, 1312-1317. Donatelli M., Carlini L., Bellocchi G., 2006. A software component for estimating solar radiation. Environ. Modell. Softw., 21, 411-416. Donatelli M., Carlini L., Bellocchi G., 2006. Sharing knowledge via software components: models on reference evapotranspiration. Eur. J. Agron., 24, 186-192. 9