Raffele Salerno

Utilizzo dei dati meteo-climatici come
indispensabile base informativa per lo
sviluppo di modelli gestionali delle risorse
idriche sotterranee
Dr. Raffaele Salerno
Direzione Centro Epson Meteo
Convegno
La gestione sostenibile delle risorse idriche sotterranee: approcci metodologici e strumenti operativi
17 novembre 2016
Sala Assembleare c/o Amiacque, via Rimini, 34/36 – Milano
Incontro con il Sindaco di Milano
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Programma
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Centro Epson Meteo: chi siamo
Il ciclo idrologico
Le acque e le acque sotterranee
I pluviometri e la misura della precipitazione
Misure da radar e satelliti
Integrazione dei dati
Applicazione sul territorio
Conclusione
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Il Centro Epson Meteo: chi siamo
Nata nel 1995, è la struttura italiana privata più accreditata nel settore
della meteorologia e climatologia.
Opera con un sistema previsionale basato su tecniche di multi-model
ensemble, nel proprio Centro di Calcolo. Dispone di una piattaforma
applicativa specializzata per la integrazione, l’elaborazione, l’archiviazione
e la rappresentazione di dati meteo climatici e marini.
Impiega un team di meteorologi certificati, formati secondo le direttive
WMO. Dispone di una Sala Operativa in grado di operare con continuità
h24.
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Il Centro Epson Meteo: chi siamo
Settori applicativi world-wide: Agricoltura, Turismo, Assicurazioni,
Energia, Media (TV, Internet), Trasporti stradali, ferroviari e marittimi
(sistemi per navi e centrali operative delle Compagnie marittime,
applicazioni per offshore e onshore), Aviazione Civile (Divisione dedicata
GAWS® - Global Aviation Weather Services, certificata ENAC/EASA per
l’attività ANSP-Met), progetti di ricerca e sviluppo, e ogni altro settore di
applicazione della meteorologia, della climatologia e della circolazione
marina legato alle attività industriali e civili.
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Il ciclo idrologico
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Il ciclo idrologico: le trasformazioni
Il sole, che attiva il ciclo dell'acqua, riscalda l'acqua del
mare. Parte di essa evapora nell'aria. L'evaporazione
avviene anche dalle acque dolci dei laghi e dei fiumi. Sul
continente, l'evapotraspirazione, che è l'acqua traspirata
dagli esseri viventi (soprattutto dai vegetali) apporta
vapore all'aria. Una piccola quantità d'acqua
nell'atmosfera proviene dalla sublimazione, che è il
passaggio allo stato di vapore direttamente dallo stato
solido. Le correnti d'aria ascensionali sollevano il vapore
in alto nell'atmosfera dove la temperatura più bassa ne
provoca la condensazione in goccioline microscopiche
che formano le nuvole.I venti trasportano le nubi per il
mondo, e le particelle delle nubi collidono, si accrescono,
e cadono dal cielo come precipitazione. Qualche
precipitazione cade come neve e può accumularsi come
calotte glaciali o ghiacciai. La neve, nei climi più caldi, si
scioglie con l'arrivo della primavera, e l'acqua di fusione
fluisce per ruscellamento dalla fusione delle nevi.
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Il ciclo idrologico: le trasformazioni
Mentre una gran parte delle precipitazioni cade nei mari,
una parte cade sulle terre emerse dove, a causa della
gravità, fluisce come ruscellamento superficiale. Parte
del ruscellamento superficiale raggiunge i fiumi e si
muove come flusso incanalato verso il mare, mentre
parte di esso si accumula come acqua dolce nei laghi e
nei fiumi. Non tutto il ruscellamento score in corpi idrici
superficiali. Molto se ne infiltra nel terreno (infiltrazione).
Parte dell'acqua si infiltra in profondità nel terreno ed
alimenta gli acquiferi (rocce saturate con acqua mobile
che affiora in sorgenti o estraibile con pozzi o gallerie)
che immagazzinano enormi quantità di acqua dolce
sotterranea per lunghi periodi di tempo. Parte dell'acqua
sotterranea sta vicino alla superficie terrestre e può
filtrare di nuovo entro corpi idrici superficiali (e nel mare),
mentre parte trova vie d'uscita nella superficie della terra
ed emerge come sorgenti d'acqua dolce. Nel tempo,
tuttavia, quest'acqua continua a muoversi, e parte rientra
nel mare dove il ciclo ricomincia
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Il ciclo idrologico: composizione
•Immagazzinamento dell'acqua nei mari
•Evaporazione
•Evapotraspirazione
•Sublimazione
•Acqua nell'atmosfera
•Condensazione
•Precipitazione
•Immagazzinamento nel ghiaccio e nella neve
•Ruscellamento da fusione delle nevi verso i corsi d'acqua
•Ruscellamento superficiale
•Flusso incanalato
•Immagazzinamento d'acqua dolce
•Infiltrazione
•Immagazzinamento d'acqua sotterranea
•Portata d'acqua sotterranea
•Sorgenti
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La precipitazione
La precipitazione è l'acqua rilasciata dalle nuvole sotto forma di pioggia,
pioggia gelata, neve, o grandine. E’ il modo principale in cui l'acqua presente
nell’atmosfera ritorna sulla Terra. La maggior parte delle precipitazioni sono
piogge.
Come si formano le gocce di pioggia? Le nuvole che passano in cielo
contengono vapore acqueo o goccioline troppo piccole per cadere come
precipitazione, ma grandi abbastanza per formare delle nuvole visibili.
L'acqua evapora e condensa continuamente nel cielo. La maggior parte
dell'acqua condensata nelle nuvole non cade per via delle correnti
ascensionali che sostengono le nubi. Perché la precipitazione si verifichi,
bisogna che prima si condensino le goccioline d'acqua e poi che queste si
uniscano per formare gocce più grandi e pesanti a sufficienza per cadere
come precipitazione. Ci vogliono milioni di goccioline di una nuvola per
formare una goccia di pioggia.
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L’acqua dolce
Una parte del ciclo idrologico essenziale per tutte le forme di vita sulla Terra è
l'acqua dolce superficiale. Le acque superficiali includono fiumi, laghi,
serbatoi artificiali, e zone umide di acqua dolce.
La quantità di acqua nei fiumi e nei laghi cambia continuamente a causa delle
immissioni e delle emissioni. Le immissioni provengono dalle precipitazioni,
dal ruscellamento, dal flusso sotterraneo, e dai tributari. Le emissioni dai laghi
e dai fiumi comprendono l'evaporazione e il contributo diretto verso l'acqua
sotterranea. L'acqua sotterranea esiste a causa del movimento dell'acqua
superficiale verso gli acquiferi sotterranei.
L'acqua dolce è relativamente scarsa sulla Terra. Solo il tre per cento circa di
tutta l'acqua sulla Terra è dolce, ed i laghi e gli stagni rappresentano solo lo
0,29% dell'acqua dolce terrestre. Il venti per cento di tutta l'acqua dolce
superficiale si trova in un solo lago, il lago Baikal in Asia. Un altro venti per
cento è conservato nel Grandi Laghi (Huron, Michigan, Superiore) degli Stati
Uniti. I fiumi contengono solo lo 0,006% dell'acqua dolce superficiale
mondiale.
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Le acque sotterranee
Dappertutto nel mondo, parte dell'acqua che precipita come pioggia o neve
s'infiltra nel sottosuolo. L'entità di questa parte dipende da numerosi fattori. Parte
dell'acqua che s'infiltra rimane negli strati superficiali del suolo (deflusso
ipodermico), da dove può filtrare verso un canale del sistema di drenaggio. Parte
s'infiltra più profondamente (deflusso sotterraneo), ricaricando di acqua
sotterranea gli acquiferi. L'acqua può percorrere lunghe distanze o rimanere in un
acquifero per lungo tempo prima di ritornare in superficie o filtrare verso un'altra
massa d'acqua, come un fiume o il mare.
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Le acque sotterranee
Quando la precipitazione s'infiltra nel suolo, forma
una zona satura ed una zona non satura,
sovrapposte, normalmente con la zona satura in
basso. Nella zona non satura c'è dell'acqua
presente nei pori della roccia e del suolo, ma non
li riempie completamente. La parte più alta della
zona non satura è la zona del suolo, che presenta
delle cavità intorno alle radici delle piante e delle
fessure del terreno, lungo le quali si può
facilmente infiltrare l'acqua piovana. L'acqua nella
zona del suolo è utilizzata dalla vegetazione e da
questa viene in parte trasformata in traspirazione.
Nella zona satura, l'acqua occupa completamente
gli spazi (pori e fratture) nella roccia e nel suolo.
Da questa zona, che in pratica è un acquifero,
l'acqua può essere estratta con i pozzi.
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Le acque sotterranee
Parte delle precipitazioni che cadono sul
terreno vi s'infiltrano e diventano acqua
sotterranea. Una volta nel terreno, parte di
quest'acqua si muove in prossimità della
superficie ed emerge presto come deflusso
superficiale verso i corsi d'acqua, ma, a causa
della gravità, la maggior parte di essa
continua a scendere in profondità nel
sottosuolo. Direzione e velocità dell'acqua
sotterranea dipendono dalle varie
caratteristiche dell'acquifero e dei livelli che lo
delimitano (strati di roccia poco permeabile in
cui l'acqua penetra con difficoltà).
La mobilità dell'acqua sotterranea dipende dalla permeabilità e dalla porosità
dell'acquifero. In una roccia di elevata permeabilità, l'acqua può percorrere decine o
centinaia di metri in qualche giorno. Se l'acqua raggiunge un acquifero profondo, può
impiegare migliaia di anni per ritornare in superficie, o restare "confinata" a grandi
profondità
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Misura della precipitazione
La precipitazione viene tradizionalmente misurata con il pluviometro e numerosi
pluviometri distribuiti sul territorio, connessi ad una centrale di raccolta dati,
danno origine ad una rete di misura. A partire dalla fine degli anni 80 è cominciata
la diffusione dei radar meteorologici caratterizzati da microonde tra 1 e 10 cm ed
in grado di interagire con le gocce di pioggia. Un radar meteorologico è perciò
uno strumento di telerilevamento attivo in grado di stimare la precipitazione in atto
su vaste aree (pioggia, neve, grandine), con portate che variano dai 30 km ai 250
km a seconda della potenza e della lunghezza d’onda utilizzate (banda K,X,C,S).
In Italia e in numerosi paesi europei vengono utilizzati per lo più radar in banda C
(5–6 cm) con portate di misura fino a circa 200 km, una risoluzione spaziale di
misura tipica di 1 km ed in grado di fornire mappe istantanee di precipitazione ad
intervalli di 5‐15 minuti. La stima della precipitazione è fatta in maniera indiretta
attraverso la misura del segnale di ritorno, o riflettività, derivante dall’interazione
dell’impulso elettromagnetico emesso con le gocce di pioggia. Dalla misura della
riflettività radar è possibile ottenere attraverso relazioni empiriche, una stima
approssimata della precipitazione
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Misura della precipitazione
La possibilità applicativa del radar è ancora più realistica quando si dispone di una
rete di radar che permette la cosiddetta “mosaicatura” delle Immagini. Questa
potenzialità è sicuramente superiore, come copertura spazio‐temporale, a
qualsiasi rete pluviometrica in tempo reale. Per contro in zone orograficamente
complesse gli impulsi emessi dal radar possono non raggiungere tutti gli strati di
una nube precipitante e l’attendibilità della stima della precipitazione fatta con
radar diminuisce. Inoltre ci sono altri casi nei quali la precipitazione viene
sottostimata
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Misura della precipitazione
Le misure di nubi e precipitazioni con strumentazione al suolo non forniscono
in generale la copertura adeguata per molte applicazioni, in quanto sono rade
in regioni montagnose o remote e sono quasi del tutto assenti sugli oceani. Le
osservazioni da satellite diventano pertanto di fondamentale importanza per
ottenere misure continue e globali. Misure delle caratteristiche microfisiche
delle nubi e delle precipitazioni da esse prodotte a partire da osservazioni
satellitari sono possibili mediante radiometria nel visibile e nell’infrarosso, più
direttamente mediante radiometria in microonde e con grande accuratezza
tramite misure radar. Con il satellite geostazionario della serie Meteosat e con
il lancio di nuovi satelliti operativi in orbita bassa avanzati, si è cominciato a
disporre di osservazioni di qualità nettamente superiore a quella precedente.
Vanno però ancora sviluppati algoritmi per lo sfruttamento ottimale di queste
nuove potenzialità. Inoltre, è necessario ottimizzare questi algoritmi per le
regioni di interesse. Infine, è necessario procedere alla calibrazione e
validazione dei prodotti ottenibili con la combinazione delle varie misure
satellitari
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Applicazione sul territorio
- Determinazione delle precipitazioni (e di eventuali
altri parametri) sull’area di interesse;
- Costruzione di un reticolo di dati sul territorio
- Costruzione della serie storica su tutti i punti del
reticolo sulla base di TUTTI i dati disponibili
- Rilascio dei dati e aggiornamento periodico
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Applicazione
Integrazione tra dato radar satellitare e dati al suolo
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Distribuzione Pluviometri
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Rete idrografica
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Applicazione
Integrazione tra dato radar satellitare e dati al suolo
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Conclusioni
• I dati meteo-climatici sono fondamentali per
descrivere il ciclo idrologico
– Precipitazioni, temperature….
• Solo l’integrazione tra dati di remote sensing e
dati al suolo consente di ottenere valori molto
accurati da utilizzare per i modelli gestionali
delle risorse idriche
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Divisione Servizi a Valore Aggiunto
Via A. Falck 16, Sesto S. Giovanni (MI)
Meteo Operations Italia
Via Frova 34
Cinisello Balsamo (MI)
Tel. 02.6602181
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