SOFTWARE PLUVIO Informazioni tecniche Informazioni tecniche .......................................................................................................................... 1 IMPOSTAZIONE PROGRAMMATICA............................................................................................ 1 1 - MENÙ di operazioni....................................................................................................................... 4 2 - ARCHIVIO DATI .......................................................................................................................... 7 STAMPA DEI DATI ......................................................................................................................... 13 Verifica delle anomalie rilevabili nei dati .......................................................................................... 13 IMPORTAZIONE ED ESPORTAZIONE DATI .............................................................................. 13 3 - Analisi climatica ........................................................................................................................... 15 Test dei tagli o delle coupures Test di tendenza ................................................................................ 16 4 - Analisi di serie termopluviometriche............................................................................................ 20 5 - Distribuzioni PLUVIometriche spaziali ....................................................................................... 21 6 - Compatibilità statistica fra stazioni .............................................................................................. 23 7 - Stima dei valori mancanti ............................................................................................................. 24 IMPOSTAZIONE PROGRAMMATICA Le serie meteorologiche storiche italiane, rilevate da numerosi Osservatòri Meteorologici variamente distribuiti sul territorio nazionale, rappresentano una determinante ed insostituibile banca dati per lo studio del cambiamento climatico globale (global change). Queste osservazioni meteorologiche assumono però il carattere documentario, al fine di una corretta impostazione della loro analisi climatica, con l'avvento e l'introduzione di una rilevazione dei dati standardizzata e con la messa in esercizio di una rete di Osservatòri coordinata nelle norme di acquisizione dei dati da un'autorità centrale. L'analisi climatica di queste serie meteorologiche richiede quindi la messa in opera di una specifica procedura, che, tenendo conto delle caratteristiche osservazionali, metta in evidenza, con le caratteristiche dell'elemento meteorologico, la sua dinamica evolutiva. Il programma PLUVICEL, appositamente studiato per assolvere tale indirizzo programmatico, è rivolto specificatamente all'elaborazione delle serie termopluviometriche con il software CELSIUS, dedicato alle serie termometriche, e con il software PLUVIO, dedicato alle serie pluviometriche. L'analisi climatica pertanto svolta dal software PLUVIO riguarda quindi specificatamente, anche se come impostazione di principio può essere estesa alle osservazione degli altri elementi meteorologici, le serie pluviometriche, che, risultando storicamente nel loro insieme composte da intervalli di lunghezza temporale diversificata, è indispensabile analizzare previo una verifica storica sull'uso della strumentazione osservazionale per conoscere se il periodo temporale della rilevazione dei dati osservazionali della serie da prendere in esame può essere considerato acquisito in modo standardizzato. L'introduzione di una strumentazione per la rilevazione delle piogge prende avvio in Italia con la messa a punto e l'adozione del primo pluviometro realizzato dal monaco bresciano Benedetto Castelli nel 1639. Le rilevazioni pluviometriche con questo tipo di strumentazione, basata su un captatore a dimensione cilindrica, possono quindi ritenersi praticamente standardizzate, in quanto, anche se le dimensionalità del captatore sono cambiate nel tempo, conoscendone le misure, i valori letturali possono essere ridotti comunque alla scala delle registrazioni standard attuali che prevedono, per il pluviometro, un captatore cilindrico del diametro di 357 cm, a cui corrisponde un'area di 1.000,9821 cm 2 pari ad 1/10 di m2, in modo così che ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 1 di 24 ad 1 mm di altezza di pioggia nel captatore corrisponde un afflusso meteorico di 1 litro d'acqua per m2. L'istituzione in Italia di una rete di Osservatòri meteorologici coordinata centralmente avvenne nel 1879 con l'istituzione a Roma, sancita dal R.D. 26.11.1876 n.3534, nella sede del Collegio Romano, dell'Ufficio Centrale di Meteorologia. Pertanto, mentre dalla fine della seconda metà del secolo XIX le registrazioni pluviometriche negli Osservatòri risultano così standardizzate, le serie precedenti a tale data debbono essere valutate nelle modalità di acquisizione dei dati sia per le dimensionalità del captatore, sia per l'orario di acquisizione ed assegnazione dei dati rilevati. Ciò non di meno, anche con l'introduzione della rete nazionale di Osservatòri, le modalità di lettura ed acquisizione dei dati pluviometrici hanno subito col tempo alcune variazioni. Infatti, mentre sino al 30.11.1932 le letture delle quantità giornaliere venivano eseguite alle ore sinottiche 9, 15 e 21, dal 1.12.1932 l'orario letturale è stato modificato nelle ore 8, 14 e 19, e, con l'introduzione, nella seconda metà del secolo XX, delle centraline automatiche, è stata introdotta la lettura della quantità caduta nelle 24 di uno stesso giorno. Poiché le letture al mattino della quantità di pioggia caduta vengono assegnate alle 24 ore precedenti il giorno di lettura, ne risulta che, nell'ambito dei precitati cambiamenti di orario letturale, questi periodi di 24 ore non risultano coincidenti tra loro, ma sfalcati. Le caratteristiche dei dati pluviometrici osservazionali delle serie storiche italiane, sia per la realizzazione del loro archivio informatico, sia per l'applicazione della loro analisi climatica, richiedono pertanto preliminarmente la ricostruzione della storia del funzionamento della stazione meteorologica, nonché delle modalità di acquisizione letturale dei dati, per una verifica della loro rappresentatività meteorologica Tali caratteristiche dei dati osservazionali delle serie termometriche storiche italiane, sia per la realizzazione del loro archivio informatico, sia per l'applicazione della loro analisi climatica, richiedono pertanto, preliminarmente, con la ricostruzione e con la verifica della storia del funzionamento della relativa stazione meteorologica, anche l'individuazione delle modalità di acquisizione letturale soprattutto della quantità giornaliera. Tale ricostruzione infatti è necessaria non solo per valutare nell'ambito delle serie storiche le date di cambiamento nell'orario di lettura ed assegnazione della quantità letta alle 24 ore precedenti, ma anche perché nell'archivio pluviometrico del software PLUVIO vengono, per semplicità d'archiviazione, inserite le quantità giornaliere come se fossero quantità relative a precipitazioni brevi ed intense di 24 ore, per cui l'utente, ricostruendo la storia osservazionale della stazione per individuare gli eventuali diversi periodi orari di lettura rispetto all'archiviazione, ne deve poi tenere in debito conto nell'elaborazioone dei dati. L'impostazione programmatica generale del software PLUVIO prevede pertanto una serie complessa di operazioni che, come ricavabile dal menù (fig. ), prevedono i seguenti principali settori operativi: 1. Menù di operazioni 2. Archivio dati 3. Analisi climatica a. Analisi statistica b. Analisi stocastico-deterministica 4. Analisi di serie termopluviometriche 5. Distribuzioni termometriche spaziali ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 2 di 24 6. Compatibilità statistica fra stazioni 7. Stima dei valori mancanti ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 3 di 24 1 - MENÙ di operazioni Il software PLUVIO prevede una serie di operazioni, indicate dal riportato menù, da svilupparsi su un apposita banca dati costruita dall’operatore e consistente in serie pluviometriche da valori giornalieri rilevati nelle stazioni meteorologiche italiane. È altresì in grado di operare anche su un’altra analoga banca dati di serie termometriche per elaborare l'insieme dei valori termopluviometrici necessari al calcolo di parametri e alla realizzazione di grafici che prevedono l’uso di entrambe le serie. Archivio dati Analisi statistica MENÙ PROGRAMMA PLUVIO Visualizza/riinizializza mesi inseriti Inserimento/correzione dati Stampa dati identificativi della stazione Stampa dati giornalieri Stampa i dati giornalieri prescelti Su file Stampa dati mensili ed annui Su carta Stampa totali annui Ricalcola mensili e aggiorna annuali Aggiorna archivio annuali Calcola massimi annuali Azzera tutte le correzioni Visualizza anomalie interne alla stazione Controlli archivio Visualizza anomalie spaziali giornalieri Memorizza mancanti giornalieri Duplica archivio stazione Rappresentatività Diagramma cumulativo o curva meteorologica dei dati cumulata 1 - Test dei massimi e delle fasi 2 - Test dei tagli o delle coupures 3 - Test di tendenza 4 - Test di stabilità della mediana Test non parametrici di 5 - Test del segno dello scarto in indipendenza rapporto al valore centrale 6 - Test delle suites o delle sequenze 7 - Test di stabilità della media 8 - Test di correlazione seriale 9 - Test delle fasi 1 - Test di stabilità della media 2 - Test di omogeneità delle varianze Test parametrici di 3 - Test di stabilità della dispersione indipendenza 4 - Test dell'esistenza di correlazione interna ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 4 di 24 5 - Test di non correlazione Stampa grandezze statistiche Correlogramma Regime pluviometrico Tipologia e frequenze delle piogge Coefficiente di Angot e media perequata Caratteri pluviometrici Istogramma descrittivi Ietogramma Sequenze giornaliere Persistenza Sequenze periodali pluviometriche Persistenze massimali Trend mensile Trend lineare Trend secolare Analisi della tendenza Test di bootstrap Test di Mann-Kendall e Pettitt Metodo Gumbel Valori estremi Tempi di ritorno (Minimo e Legge Lognormale Massimo) Legge Normale Metodo Eckmann & Ruelle (a intervalli) 1 - Esponenti di Lyapunov Metodo Wolf (continuo) 2 - Metodo del Analisi stocastico- semivariogramma deterministica 3 - Metodo dell'integrale di correlazione 4 - Singular Spectrum Analysis Isoplete pluviometriche Distribuzioni pluviometriche Curve pluviometriche spaziali Confronto NAO Test di Craddock Test di Alexanderson Test di KolmogorovSmirnov Statistica per 2 Creterio di Manncampioni Compatibilità Whitney Test non parametrici di statistica fra indifferenza Test di Kruskalstazioni Wallis Criterio di Helmert Criterio di Abbe Test di KruskalStatistica per ≥ 3 Wallis campioni Test del χ2 Metodo dei frattili Stima dei valori Metodi di interpolazione mancanti Metodo di Arlery ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 5 di 24 Rete neurale Regressione lineare di Büehler-De Buman Con dati Apprendimento con osservazionali 1 campione Con componenti ricostruite Con dati Apprendimento con osservazionali ≥ 2 campioni Con componenti ricostruite ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 6 di 24 2 - ARCHIVIO DATI L'archivio nel programma PLUVIO tiene pertanto conto delle caratteristiche di rilevazione ed acquisizione dei dati osservazionali unicamente in funzione delle necessità richieste dall'analisi climatica per la loro elaborazione. Il software PLUVIO, finalizzato all'analisi climatica delle serie pluviometriche, fa parte, col software CELSIUS, del programma PLUVICEL, in quanto tale complementarietà risulta indispensabile per dar corso a quelle elaborazioni (regime idrico, indici di aridità, curve ombrotermiche, ecc.) che richiedono la disponibilità dei dati di entrambe le serie, ma questi due moduli CELSIUS e PLUVIO possono essere forniti anche separatamente a discrezione dell'acquirente. Nell'ambito dell'archivio dati sono previste diverse operazioni che riguardano - la compilazione dell'archivio dati, - la stampa dei dati - la verifica delle anomalie rilevabili nei dati COMPILAZIONE DELL'ARCHIVIO DATI La formazione dell'archivio dati viene impostata con la realizzazione di un'apposita scheda formativa della stazione meteorologica da archiviare cliccando l'icona "Inizializza stazione" che prevede l'introduzione delle seguenti serie di informazioni necessarie non solo perché identificative dell'Osservatorio, ma soprattutto perché automaticamnte utilizzate nello sviluppo dell'analisi climatica: Nome identificativo della stazione Provincia di riferimento Quota altimetrica della stazione Coordinate geografiche della stazione Anno di inizio dei dati di archiviazione Nome del proprietario gestore della stazione Nome del compilatore dell'archiviazione dati ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 7 di 24 ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 8 di 24 L'archivio nel programma PLUVIO tiene pertanto conto delle caratteristiche di rilevazione ed acquisizione dei dati osservazionali unicamente in funzione delle necessità richieste dall'analisi climatica per la loro elaborazione, per cui è prevista un'acquisizione di dati giornalieri relativi alle quantità giornaliere, che vengono considerate dal software anche come precipitazioni brevi ed intense avvenute in 24 ore, e le precipitazioni brevi ed intense avvenute negli intervalli temporali di 10', 15', 20', 30', ed in quelli orari (h) di 1h, 3h, 6h, 9h, 12h. Nell'ambito dell'introduzione di questi dati nella scheda mensile il software PLUVIO prevede automaticamente di computare anche nell'apposita colonna il numero di giorni piovosi (quantità di pioggia giornaliera 1 mm) ed eseguire i relativi totali mensili dei giorni e delle piogge. Il software PLUVIO provvede automaticamente, nell'ambito dei dati inseriti in ciascun anno, a computare e compilare, archiviandole, le quantità giornaliere (g) massimali cadute nell'anno nell'ambito di 1g, 2g, 3g, 4g, 5g. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 9 di 24 ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 10 di 24 A fronte di tali calcoli automatici di dati il software Pluvio prevede la possibilità di effettuare, ogni qual volta l'utilizzatore lo ritenga necessario, le seguenti operazioni di aggiornamento di questi inserimenti automatici: Ricalcola dati mensili ed aggiorna annuali Aggiorna archivio annuali Calcola massimi annuali È inoltre prevista un'operazione di menù dal titolo "Visualizzazione/riinizializzazione casi inseriti"che consente, ogni qualvolta lo si ritenga opportuno, di visualizzare i dati inseriti nell'archivio stazione ed i dati mancanti. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 11 di 24 ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 12 di 24 STAMPA DEI DATI Il software PLUVIO prevede per ogni stazione inserita in archivio la stampa dei dati giornalieri, mensili, stagionali ed annui, su foglio A4 secondo un'impostazione a tabella di semplice e facile consultazione utilizzando il seguente menù di operazioni: Stampa dati identificativi della stazione Stampa dati giornalieri Stampa dati giornalieri prescelti Stampa dati mensili ed annui con scelta su carta o su file Stampa totali annui Verifica delle anomalie rilevabili nei dati Al fine di facilitare i procedimenti di accertamento sull'affidabilità e sulla correttezza dei dati inseriti in ogni stazione il software PLUVIO prevede con questa operazione del menù la segnalazione con scelta opzionale o di stampa su foglio A4 o di diretta visione a video dei seguenti accertamenti : Visualizzazione anomalie interne alla stazione Visualizza anomalie spaziali Memorizza mancanti giornalieri IMPORTAZIONE ED ESPORTAZIONE DATI L’archivio dati necessario per sviluppare l’analisi climatica svolta dal software PLUVIO può essere creato inserendo nelle stazioni i valori pluviometrici importandoli da file excel con l’apposita operazione prevista nel menù. Il software PLUVIO prevede inoltre un’operazione per esportare i dati delle stazioni d’archivio verso altri utilizzatori copiandoli in forma excel su supporto informatico per mezzo dell'operazione di menù indicata come "Duplica archivio stazione". ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 13 di 24 ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 14 di 24 3 - Analisi climatica L'analisi climatica viene svolta dal software PLUVIO seguendo una procedura che prevede una preliminare vidimazione dei dati prima di effettuarne l'elaborazione in conformità con lo sviluppo operativo indicato nel relativo menù. L'analisi climatica delle serie pluviometriche sviluppata dal software PLUVIO è stata quindi impostata in modo da verificare innanzitutto se i dati osservazionali da esaminare sono rappresentativi dal punto di vista meteorologico, accertando la presenza di eventuali eterogeneità non climatiche sulla base della mancata sovrapposizione nel diagramma cumulativo tra cumulata dei valori annui e relativa retta di regressione. In caso di mancata sovrapposizione, la ricostruzione della storia del funzionamento della stazione eseguita dall'utente consentirà di verificare a quali cause è dovuto il periodo di disomogeneità e quale risulta l'intervallo temporale più affidabile di acquisizione dei dati, al fine di applicare le necessarie correzioni per omogeneizzare l'intervallo temporale di mancata sovrapposizione con il metodo, adottato dal software PLUVIO, delle rette regolatrici delle curve integrali descritto da CRESTANI G., RAMPONI F. & VENTURELLI L. (1935) ed adottato da TONINI D.(1959). Accertata così la rappresentatività meteorologica dei dati osservazionali l'analisi climatica viene svolta dal software PLUVIO secondo le due complementari metodologie dell'analisi statistica e dell'analisi sticastico deterministica. Analisi statistica I dati osservazionali delle serie pluviometriche rappresentano un campione di un universo virtuale infinito, per cui ne va verificata la rappresentatività statistica, al fine di poter correttamente estendere, per inferenza statistica, i risultati ottenuti sul campione al loro universo di riferimento. A tal fine il software PLUVIO prevede l'applicazione alle serie pluviometriche dei test di indipendenza non parametrici e parametri per accertare la casualità, l'indipendenza e l'omogeneità, dei dati osservazionali, condizioni queste ritenute, nel loro complesso, necessarie e sufficienti per considerare la serie dei dati osservazionali dotata di rappresentatività statistica. Il menù del software PLUVIO prevede una serie di test non parametrici e parametrici utilizzati per accertare la rappresentatività statistica dei dati osservazionali con livello di significatività 0=0,05 (95%). ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 15 di 24 I test non parametri di indipendenza svolti dal software PLUVIO sono : Test dei massimi e delle fasi Test dei tagli o delle coupures Test di tendenza Test di stabilità della mediana Test del segno dello scarto in rapporto al valore centrale Test delle suites o delle sequenze Test di stabilità della media Test di correlazione seriale Test delle fasi I test parametri di indipendenza svolti dal software PLUVIO sono: Test di stabilitàdella media Test di omogeneità delle varianze Test di stabilità della dispersione Test dell'esistenza di correlazione interna Test di non correlazione Accertata, con l'applicazione dei predetti test, la rappresentatività statistica del campione, il software PLUVIO prevede la determinazione sul campione, con appositi stimatori statistici, dei caratteri pluviometrici descrittivi da estendere, per inferenza statistica, alla popolazione di riferimento ; della tendenza della variabile dipendente ; del tempo di ritorno dei massimi e dei minimi valori della variabile dipendente. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 16 di 24 I carateri pluviometrici descrittivi determinati sulla base di opportuni stimatori statistici dal software PLUVIO sono: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Grandezze statistiche (annue, mensili e stagionali) e relativi grafici ; Correlogramma; Regime pluviometrico ed indici di aridità; Tipologia e frequenza delle piogge; Coefficiente di Angot e media perequata; Istogramma; Ietogramma; 8. Persistenza pluviometrica : sequenze giornaliere, sequenze periodali e persistenze massimali; ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 17 di 24 L'analisi della tendenza prevede il calcolo ed il grafico dei trend lineari mensili e del trend secolare del test di bootstrap per la determinazione dell'accuratezza del coefficiente di correlazione lineare ; ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 18 di 24 del test di Mann-Kendall e Pettitt I tempi di ritorno dei valori estremi (massimo e minimo), calcolati con il tracciamento dei relativi grafici, vengono determinati dal software PLUVIO con i metodi di Gumbel, della legge Lognormale e della legge Normale. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 19 di 24 Analisi stocastico-deterministica La dinamica climatica nella sua evoluzione spazio-temporale viene determinata dall'interazione tra i mezzi atmosferico, idrosferico, criosferico, con i rispettivi carichi biologici, ede il mezzo litosferico rappresen tato dalla superficie terrestre anch'essa col suo carico biologico. Tale evoluzione spazio-temporale risulta quindi la conseguenza del coacevo di interazioni tra numerose variabili dinamiche, il cui complesso caratterizza la dinamica di ogni mezzo. Le forze, rappresentate dalle numerose variabili rappresentative dei vari mezzi (atmosferico, idrosferico, criosferico, litosferico e biosferico) che agiscono in questa complessa interazione producono effetti che a loro volta agiscono sulle cause che li hanno prodotti amplificandone (feedbach positivo) o smorzandone l'effetto (feedbach negativo), per cui questo sistema fisico, dove la somma vettoriale degli effetti non equivale alla somma delle cause, risulta di tipo non lineare. Un sistema fisico non lineare, dove le cause non si sommano più linearmente per generare una somma di effetti, ma retroagiscono su se stesse con diverse scale evolutive temporali, non può essere risolto con un sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali, perché la sua dinamica non risulta integrabile. L'analisi di un sistema non lineare come quello atmosferico viene pertanto svolta con la rappresentazione geometrica della traiettoria che un punto del sistema, eccitato da un parametro esterno, descrive in uno spazio matematico astratto, detto spazio delle fasi, le cui cordinate sono definite dai gradi di libertà appartenenti al moto del sistema (variabili interagenti nel sistema), per cui se le variabili sono k lo spazio delle fasi sarà uno spazio matematico astratto di ordine k. La serie pluviometrica da sottoporre all'analisi climatica rappresentando quindi il segnale di questo sistema fisico non lineare se viene eccitata in un suo punto da un parametro esterno questo percorre una traiettoria mettendo in evidenza la sua dinamica. Se tale dinamica si configura con traiettorie dirette da qualsivoglia punto preso nel sistema verso uno stesso punto, allora il sistema possiede un attrattore e la dimensione frattale D dell'attrattore definisce le caratteristiche dinamiche del sistema. Il software PLUVIO per la valutazione della presenza di attrattore utilizza la determinazione degli esponenti di Lyapounov con l'applicazione alla serie pluviometrica dei due metodi di Eckmann & Ruelle e di Wolf, mentre come parametro di controllo per eccitare la serie pluviometrica utilizza il metodo dell'integrale di correlazione e del semivariogramma, individuando in tal modo la dimensione frattale D dell'attrattore, così da dedurne se il sistema presenta caos deterministico o caos aleatorio. La presenza di periodicità nella serie pluviometrica viene invece valutata dal software PLUVIO con l'applicazione della Singular Spectrum Analysis con la relativa applicazione ai valori sia mensili, sia annui. 4 - Analisi di serie termopluviometriche Questa operazione può essere esguita solo col possesso del programma completo PLUVICEL (CELSIUS e PLUVIO), in quanto l'elaborazione riguarda, nell'ambito di una stessa stazione meteorologica, la contemporanea utilizzazione dei dati delle serie termometrica e pluviomatrica per la determinazione del regime idrico, per la stesura del diagramma ombrotermico e per la costruzione del climogramma. Il regime idrico ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 20 di 24 5 - Distribuzioni PLUVIometriche spaziali Questa operazione prevista nel software PLUVIO consente di mettere su uno stesso grafico, da stampare in formato A4 o da analizzare a video, l'andamento termometrico medio annuo di varie stazioni appartenenti ad un'area preventivamente ed opportunamente prescelta dall'operatore. È inoltre possibile verificare l’andamento della piovosità di una stazione con quello della NAO i cui valori sono già inseriti nel software Pluvio con la possibilità di aggiornarli per l’andamento futuro. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 21 di 24 ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 22 di 24 6 - Compatibilità statistica fra stazioni L'accertamento di compatibilità tra due serie pluviometriche indipendenti di stazioni diverse, ma che presentano uguale dimensione temporale, viene eseguita dal software PLUVIO con i test di indifferenza di Craddock, col criterio di Helmert e col criterio di Abbe, mentre per serie indipendenti di diversa dimensione temporale ne accerta la compatibilità con i test di indifferenza di Kolmogorov-Smirnov, con il criterio di Mann-Whitney e col test di Kruskal-Wallis. Per l'accertamento di compatibilità con i test statistici di indifferenza tra più di due serie pluviometriche indipendenti appartenenti a diverse stazioni il software PLUVIO utlizza il test di Kruskal-Wallis ed il test del 2 che consentono di confrontare tra loro campioni di dimensioni uguali o diverse. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 23 di 24 7 - Stima dei valori mancanti La stima dei valori mancanti può essere svolta dal software PLUVIO, dopo l'accertamento con i test di indifferenza che le due serie a confronto risultano tra loro compatibili, con metodologia statistica o con rete neurale. La metodologia statistica per la determinazione dei valori mancanti è sviluppabile con il software PLUVIO con l'uso dei metodi della regressione lineare, dei frattili e di Arléry, mentre l'applicazione della rete neurale multistrato (MLP) con programma Back Propagation sviluppa il processo di connessione logico-matematica tra i dati sperimentali in entrata ed in uscita con un sistema di elaborazione costituito da uno strato di entrata e da uno strato di uscita nascosto con numero di neuroni doppio rispetto a quello di entrata. Nella fase di istruzione della rete vengono assegnati i pesi in modo casuale modificandoli nella fase di apprendimento in modo da ottenere così una generalizzazione ottimale. ________________________________________________________________________________________________________________________ Materiale prodotto e redatto dallo Studio Cortemiglia Via Massa Saluzzo, 11 – 15057 Tortona (al) Web: http://www.studiocortemiglia.it - E-mail: [email protected] Pagina 24 di 24