gfoss nowcasting-v01
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Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20121/30
06-05-2012, 18:10 UTC
Nowcasting di fenomeni Nowcasting di fenomeni temporaleschi con GIS Open Sourcetemporaleschi con GIS Open Source
GFOSSDAY 2012GFOSSDAY 2012
Renzo Bechini, Roberto Cremonini, Renzo Bechini, Roberto Cremonini, Armando Riccardo GaetaArmando Riccardo Gaeta, Rocco Pispico, Davide Tiranti, Rocco Pispico, Davide Tiranti
Arpa PiemonteArpa PiemonteSC05 – Dipartimento Sistemi PrevisionaliSC05 – Dipartimento Sistemi PrevisionaliSC22 - Dipartimento Geologia e DissestoSC22 - Dipartimento Geologia e Dissesto
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20122/30
Immagine della rete a terra e dei 3 radar
Settepani
Bric
ARX
Il sistema radar meteorologico Il sistema radar meteorologico piemontesepiemontese
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20123/30
Invia un impulso EM
Analizza il segnale retrodiffuso
Intensità del segnale ricevuto → quantità d’acqua presente nella nube
Ritardo del segnale ricevuto → distanza
Come funziona il radar meteoCome funziona il radar meteo
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20124/30
Cosa vede un radar?Cosa vede un radar?
• Monitoraggio in tempo reale delle precipitazioni
• Alta risoluzione spaziale e temporale
• Caratterizzazione 3D delle nubi
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20125/30
Campionamento volumetrico dell'atmosfera
Stima delle precipitazioni ad elevata risoluzione spaziale e temporale
(scansione ogni 5', celle 800x800mt)
I prodotti del radarI prodotti del radar
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20126/30
Liguria 26 Ottobre 2011
Toscana 11 Novembre 2012
Cosa succede...Cosa succede...
➢ Previsione a breve termine?
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20127/30
Identificazione delle celle temporalescheIdentificazione 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
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20128/30
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)
Attributi rilevati per le celleAttributi rilevati per le celle
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 20129/30
NowcastingNowcasting
Spostamento della cella temporalesca:
• direzione?
• velocità?
• intensità?
?
10 novembre 2012
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201210/30
Rinehart, R. E., and E. T. Garvey, 1978: Three-dimensional storm motion detection by conventional weather radar. Nature, 273, 287–289
Tracking by correlation (TREC)Tracking by correlation (TREC)
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201211/30
Dai punti ai percorsiDai 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)
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201212/30
<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">
...
Dai files XML ...Dai files XML ...
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201213/30
• Parsing del file XML• Creazione delle geometrie (XY)• Intersezione con il layer delle entità amministrative• Inserimento nel database
• Parsing del file XML• Creazione delle geometrie (XY)• Intersezione con il layer delle entità amministrative• Inserimento nel database
… … a PostgreSQLa PostgreSQL
➢ Grande mole di dati da gestire!
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201214/30
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Temporali acquisiti 2010-2012Temporali acquisiti 2010-2012
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Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201215/30
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16000
Percorsi acquisiti 2010-2012Percorsi acquisiti 2010-2012
30k
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201216/30
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Fulmini acquisiti 2010-2012Fulmini acquisiti 2010-2012
300k
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201217/30
Prodotti del DBProdotti 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
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201218/30
Severity IndexSeverity 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.
24/08/2012
SI [0-6] = w1*VIL + w2*MAX + w3*TOPSI [0-6] = w1*VIL + w2*MAX + w3*TOP
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201219/30
Dalla cella all'ellisseDalla cella all'ellisse
Per approssimare l'estensione spaziale del temporale si è scelto di rappresentarlo in forma ellittica:
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) $BODY$;
ax, by, theta
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201220/30
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”
NowcastingNowcasting
24/08/2012
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201221/30
mappa radar (raster grid)
bacini(vettoriale PostGIS)
Sovrapposizione delle informazioni radar meteorologiche e i bacini alpini soggetti a fenomeni di dissesto
Dissesti al suoloDissesti al suolo
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201222/30
Assegnazione ogni 5'
cella radar → bacino
Bacini alpini: grid Vs polygonsBacini alpini: grid Vs polygons
250mila celle!
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201223/30
90° percentile
Funzione R in PostgreSQL calcola ogni 5’ il valore di precipitazione oraria stimata su ogni singolo bacino segnalazione superamenti
Bacini alpini: stima della precipitazioneBacini alpini: stima della precipitazione
→ FUNCTION r_quantile(double precision[])
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201224/30
Segnalazione superamentiSegnalazione superamenti
probabilità di occorrenza media probabilità di occorrenza alta
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201225/30
✔ Consultazione dati da un unico DB → QGIS✔ Visualizzazione in tempo reale → WebGIS
(OpenLayers, MapServer)✔ Accessibilità ai dati via smartphone →
WebGIS mobile
Fruibilità del DBFruibilità del DB
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201226/30
Interrogazione campo di pioggiaInterrogazione campo di pioggia
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201227/30
Interrogazione sulla cella temporalescaInterrogazione sulla cella temporalesca
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201228/30
Interrogazione sui baciniInterrogazione sui bacini
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201229/30
Applicazioni realtime per smartphone
Passaggio a PostgreSQL 9.2 e PostGIS 2.0 che permetterà la memorizzazione e la gestione dei campi di precipitazione radar (raster):
Miglioramento dell'algoritmo di nowcasting del temporale con “metodo degli analoghi”
cumulate di pioggia per periodi definiti dall’utenteintersezione con altri dati raster quali uso del suolo o esposizione dei versanti.
Elaborazioni 3-D
Sviluppi futuriSviluppi futuri
Arpa PiemonteArmando Riccardo GAETA
Torino 14 e 17 novembre 201230/30
GRAZIEGRAZIE
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