GFOSSDAY 2012 Nowcasting di fenomeni temporaleschi con GIS Open Source 06-05-2012, 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
Il sistema radar meteorologico piemontese Immagine della rete a terra e dei 3 radar ARX Bric Settepani 2/30
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
Cosa vede un radar? Monitoraggio in tempo reale delle precipitazioni Alta risoluzione spaziale e temporale Caratterizzazione 3D delle nubi 4/30
I prodotti del radar Campionamento volumetrico dell'atmosfera Stima delle precipitazioni ad elevata risoluzione spaziale e temporale (scansione ogni 5', celle 800x800mt) 5/30
Cosa succede... Liguria 26 Ottobre 2011 Toscana 11 Novembre 2012 Previsione a breve termine? 6/30
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
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) [%] = 0.319+ 0.133 H VIL (Vertical Integrated Liquid) [kg m-2] Temperatura di brillanza (MSG-MeteoSat) 8/30
Nowcasting Spostamento della cella temporalesca: direzione? velocità? intensità?? 10 novembre 2012 9/30
Tracking by correlation (TREC) Rinehart, R. E., and E. T. Garvey, 1978: Three-dimensional storm motion detection by conventional weather radar. Nature, 273, 287 289 10/30
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
Dai files XML... <Storm> <Titolo>Storm cells identification table</titolo> <Cell id="2012111013550222"> <data>201211101410</data> <utmx>387899.4</utmx> <utmy>4960958.5</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="2012111014100231">... 12/30
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
14/30 2012/11 2012/10 2012/11 2012/10 2012/9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/1 2011/12 2011/11 2011/10 2011/9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/2 2011/1 2010/12 2010/11 2010/10 2010/9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Temporali acquisiti 2010-2012 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 80k
15/30 2012/11 2012/10 2012/9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/1 2011/12 2011/11 2011/10 2011/9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/2 2011/1 2010/12 2010/11 2010/10 2010/9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Percorsi acquisiti 2010-2012 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 30k
16/30 2012/11 2012/10 2012/9 2012/8 2012/7 2012/6 2012/5 2012/4 2012/3 2012/2 2012/1 2011/12 2011/11 2011/10 2011/9 2011/8 2011/7 2011/6 2011/5 2011/4 2011/3 2011/1 2010/12 2010/11 2010/10 2010/9 2010/8 2010/7 2010/6 2010/5 2010/4 2010/3 2010/2 2010/1 Fulmini acquisiti 2010-2012 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 300k
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
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 24/08/2012 18/30
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
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 24/08/2012 20/30
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
Bacini alpini: grid Vs polygons Assegnazione ogni 5' cella radar bacino 250mila celle! 22/30
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
Segnalazione superamenti probabilità di occorrenza media probabilità di occorrenza alta 24/30
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
Interrogazione campo di pioggia 26/30
Interrogazione sulla cella temporalesca 27/30
Interrogazione sui bacini 28/30
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
GRAZIE 30/30