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2° convegno nazionale di oceanografia operativa ROMA 27 e 28 maggio 2010 Il sistema modellistico integrato idro- meteo-marino del Centro di Competenza.

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1 2° convegno nazionale di oceanografia operativa ROMA 27 e 28 maggio 2010 Il sistema modellistico integrato idro- meteo-marino del Centro di Competenza Nazionale ARPA-SIMC Carlo Cacciamani, Marco Deserti, Tiziana Paccagnella, Silvano Pecora e Andrea Valentini Agenzia Regionale Prevenzione e Ambiente dellEmilia-Romagna- Servizio Idro-Meto-Clima WEB:

2 Fattori di rischio costiero: Erosione ed allagamento costieri rilascio accidentale di inquinanti

3 Fonte: NOAA, Acque alte e mareggiate intense Acqua alta (surge): un improvviso movimento dellacqua che viene generato rapidamente ed altrettanto rapidamente scompare, dovuto a venti transienti associati alle perturbazioni ed a venti stazionari. Lacqua viene spinta nella direzione del vento e, quando raggiunge la costa, il livello del mare aumenta rapidamente. Se il trasporto dellacqua avviene in senso contrario si ha una marea negativa. In acque poco profonde laltezza dellacqua viene modificata in modo significativo dalla marea. Le coste basse sono più vulnerabili Se un evento è associato a onde alte in direzione della costa il rischio di alluvioni costiere aumenta. In condizioni di magra del Po la presenza di acque alte influenza la risalita di acque salate; In condizioni di piena viene influenzato lo scarico a mare dellonda di piena. Le acque alte possono superare il metro e persistere per alcuni giorni con oscillazioni (Venezia) di periodo circa 22 h. Acqua alta (surge): un improvviso movimento dellacqua che viene generato rapidamente ed altrettanto rapidamente scompare, dovuto a venti transienti associati alle perturbazioni ed a venti stazionari. Lacqua viene spinta nella direzione del vento e, quando raggiunge la costa, il livello del mare aumenta rapidamente. Se il trasporto dellacqua avviene in senso contrario si ha una marea negativa. In acque poco profonde laltezza dellacqua viene modificata in modo significativo dalla marea. Le coste basse sono più vulnerabili Se un evento è associato a onde alte in direzione della costa il rischio di alluvioni costiere aumenta. In condizioni di magra del Po la presenza di acque alte influenza la risalita di acque salate; In condizioni di piena viene influenzato lo scarico a mare dellonda di piena. Le acque alte possono superare il metro e persistere per alcuni giorni con oscillazioni (Venezia) di periodo circa 22 h.

4 Subsidenza Antropica: Ravenna – : > 100 cm – : 85 cm Cesenatico – : 120 cm Rimini – : cm Media: –30 – 50 mm/anno Subsidenza naturale (mm/anno) Delta Po: 3.5 – 5 Ravenna: 2.5 – 3.5 Cesenatico: 1.5 – 2.5 Rimini: 0.5 – 1.5 Cattolica: < 0.5 Maree e acque alte Sud Adriatico: – 20 – 30 cm Nord Adriatico: –> 1 m effetti di propagazione associati alla forte variazione di batimetria (> 1000 m da sud a nord)

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6 IL CF-RER (ARPA-SIM) li emana, li adotta e diffonde Dipartimento nazionale della protezione civile APCR AIPO, STB e ai Consorzi di bonifica. Sulla base degli avvisi meteo adottati dal CF dirama allerte di protezione civile a UTG, Province, Comuni e alle altre strutture operative del sistema regionale di protezione civile Avviso Meteo

7 Avviso Meteo del 14/5/2010

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9 Avviso Meteo del 8/3/2010

10 Mareggiata marzo 2010 Massima altezza dellonda prevista >3m Massima altezza efficace misurata =3.91 m Livello del mare massimo previsto 0.9 m Osservato (mareografo RA) 0.92 m

11 Sea-state forecast by SWAN-EMR Comparison with Nausicaa wave buoy Wave height forecast at 03UTC of March 2010, 10.

12 Sea level forecast by AdriaROMS Comparison with RMN-Porto-Corsini tide gauge Example of sea level forecast during a strong storm surge driven by Bora winds.

13 Emergenza lambro-Po Attività svolte dal Centro Funzionale monitoraggio e previsione dellevoluzione del fenomeno –Costante collegamento e assistenza meteomarina ad APC –Costante collegamento e collaborazione con DT e Sez provinciali per la previsione della propagazione lungo il Po –Emissione di bollettini di previsione meteorologica –Emissione di bollettini di previsione di propagazione in mare Supporto tecnico fornito da: area Sala Operativa, area Idrologia, area Meteorologia ambientale marina e oceanografica

14 Bollettini di previsione meteorologica Emessi 5 bollettini di previsione meteorologica a 5 giorni con la specializzazione della previsione di: vento lungo lasta del Po; stato del mare alla foce del Po Venerdì, 26 febbraio Sabato, 27 febbraio Domenica, 28 febbraio Lunedì, 01 marzo Martedì, 2 marzo

15 Quadro meteorologico Inizio periodo osservazione: 17 febbraio –Precipitazioni intense feb –I° massimo Lambro a Mi feb Rilascio idrocarburi: 23 febbraio –Precipitazioni il 26 feb –II° massimo Lambro a Mi il 26 feb –Venti al suolo prevalenti da W 25 feb – 2 mar –Rotazione da E e N-E mar., onde e acqua alta Fine periodo osservazione 03 marzo

16 Bollettini di previsione di propagazione in mare Emessi 4 bollettini di previsione di diffusione di sversamento di idrocarburi nel delta del Po 1.Venerdì, 26 febbraio 2.Sabato, 27 febbraio 3.Domenica, 28 febbraio 4.Lunedì, 01 marzo

17 Contenuti del bollettino Data di emissione Modello utilizzato e significato della rappresentazione Incertezza Dati di ingresso per scenari Risultati Condizioni meteomarine durante gli scenari Data prossimo aggiornamento Bollettino n.3 Figura 2d: scenario 2, limmagine è riferita alla previsione di dispersione alle ore 00 ora locale del 03 marzo, con un rilascio di 700 m3 di gasolio iniziato alle ore 04:00 del 02 marzo.

18 Progettato per mare aperto il sistema ha tuttavia mostrato buone capacità di risposta Migliorare il dettaglio costiero e lintegrazione con la parte idrologica del delta (previsioni di portata sui rami deltizi)

19 Qualità delle acque di balneazione By

20 INSERIRE DA GOOGLE ART LA PANORAMICA

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23 Compiti di ARPA… La missione principale di ARPA in ambito meteo- marino e oceanografico consiste nella valutazione previsione e informazione sullo stato della zona costiera della regione. Lazione di ARPA si manifesta quindi prevalentemente sulle acque costiere attraverso le proprie strutture: –Daphne: monitoraggio biologico –SIMC: clima meteo-marino e previsione/osservazione dello stato del mare, delle acque alte e delle correnti –DT (ex.IA): ingegneria costiera a supporto della pianificazione –Sezioni provinciali: prevalentemente qualità delle acque di balneazione

24 …cosa chiediamo alloceanografia operativa ( esigenze di base) Mare aperto (oggetto principale della oceanografia operativa) – ARPA è interessata soprattutto alla disponibilità di dati al contorno (modelli e osservazioni) per loperatività dei propri sistemi di modellistica numerica operativa della costa e dellAdriatico (DOWNSTREAM di MCS-GMES ??) Per svolgere compiti di servizio a livello istituzionale –è necessario che queste informazioni siano disponibili in modo continuo nel tempo, secondo standard di servizio in grado di garantire la qualità, la completezza e la disponibilità regolare delle informazioni.

25 ARPA-SIMC e il Mare Onde Dal 1997 operativa presso ARPA-SIM la previsione dello stato del Mare Adriatico – fino alla fine del 2003 WAM (WAve Model) + LAMBO – dal 2004 al 2005 WAM + LAMI Dal 2004 operativo SWAN e WAM Mediterraneo Circolazione e acque alte 2000: studi preliminari POM-ERSEM progetto SINA-Eutrofizzazione Settembre 2004: Inizia la preoperatività di AdriaROMS Giugno 2005: inizia loperatività di AdriaROMS : aggiornamento del sistema (collaborazione ARPA/UNIMarche- DISMAR) Rete di misura Dal maggio 2007 boa ondametrica a Cesenatico dal 2008 acquisizione dati S1/E1 (collaborazione ARPA/CNR-ISMAR Per svolgere i propri compiti istituzionali, ARPA si è dotata di propri strumenti operativi, anche a scala più ampia di quella strettamente costiera.

26 Modelli marini stato del mare: SWAN- Meditare, Livello del mare: Adria- ROMS Forzante Meteorologica: COSMO-LAMI Condizioni al bordo laterale: Portata e temperatura del Po (osservazioni a pontelagoscuro) Portata climatologica altri fiumi Inizializzazione e condizioni al bordo aperto: Dati campagna DART Componenti mareali (Quoddy) modello Oceanografico del med. MFS-INGV Oil-Spill GNOME Idrologia acque interne: modPo: previsione di portata del Po Batimetrie e linea di costa Osservazioni: Rete RIRER: (meteo e stato del mare) Sistema modellistico integrato meteomarino Morfodinamica costiera X-Beach Qualità delle acque Balneazione, ecosistemi..

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28 MED-ITA-RE Operational Chain Output variables: SWH, MWD, Tm, Tp Stored in the GRIB-DB of ARPA-SIMC

29 AdriaROMS Ciclo Operativo Previsioni 00 UTC00 UTC -24 h00 UTC+ 72 h output istantanei tri-orari output medi giornalieri RESTART dal forecast precedente Previsioni LAMI a 12 ore Previsioni LAMI … Po osservato Altri fiumi clima Po costante; altri fiumi clima Previsioni giornaliere OPA al bordo aperto e marea astronomica Previsioni giornaliere disponibili alle 12 ora solare. Durata intero processo 90 minuti meteo fiumi Otranto

30 COSMO I7 [I2] 2 corse al giorno (00 e 12 UTC) fino a 72 ore di previsione Gira operativamente al CINECA Dominio di integrazione nazionale con un passo di griglia di 7Km Dati sui contorni del dominio forniti dal modello IFS dellECMWF Assimilazione dati continua (osservazioni USAM) con la tecnica del nudging Disponibile alle 4/16 UTC circa EUMETNET-SRNWP Overview of Operational Numerical Weather Prediction Systems in Europe

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33 Bora Event (Dec 2002) ECMWFLAMI 10m wind averaged over the event 0 m/s 25 m/s Results

34 Wind vs Wave 1 Jun 2007 – 28 Nov 2007 Nausicaa E1 buoy SWEMR 0-24h COSMO 0-24h

35 E1 vs IFS-ECMWF 1 June 2007 – 28 Nov 2007 E1 buoy ECMWF 0-24h ECMWF 24-48h ECMWF 48-72h

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37 SWAN MEDITERRANEO Risoluzione 1/4° di grado Forzante meteo: IFS + COSMO-I7 Emissione: ore 00 UTC Massima previsione: +72 h con scadenza oraria SWAN ITALIA Risoluzione 1/12° di grado Forzante meteo: COSMO-I7 Emissione: ore 00 UTC Massima previsione: +72 h con scadenza oraria SWAN REGIONALE Risoluzione 1/120° di grado Forzante meteo:COSMO-I7 Emissione: ore 00 UTC Massima previsione: +72 h con scadenza oraria MEDITARE

38 MEDITARE per DPCN

39 MEDITARE sviluppi in corso (ModMet) Risoluzione di 1/120 di grado su tutte le coste italiane Processi di propagazione: –rifrazione (variazioni di corrente e di profondità) –shoaling (decresce la profondità steepness onda cresce mentre velocità decresce) –blocco o riflessione (correnti opposte) –trasmissione, blocco o riflessione (ostacoli, es. opere costiere) –diffrazione (barriere, ostacoli, isole, ecc.) Processi di generazione e dissipazione: – generazione dovuta al vento – dissipazione dovuta al whitecapping (schiuma bianca sulla cresta dellonda dovuta al vento) – dissipazione per attrito sul fondo – dissipazione per rottura dellonda dovuta alle variazioni di profondità – interazioni non lineari tra onde stesse (triad/quadruplet wave-wave interaction)

40 Punti di forza VS Punti di debolezza: onde Ottima previsione altezza prevista Sottostima dei periodi Sovrastima eventi di NE Sottostima eventi di SE

41 SWH 01 Dec 07 – 30 Nov 08 Observation - mean = 0.44m Forecast- mean = 0.44m BIAS: m RMSE: 0.24m MAE: 0.156m

42 Tm 01 Dec 07 – 30 Nov 08 Observation - mean = 3.3s Forecast- mean = 2.6s BIAS: s RMSE: 1.433s MAE: 0.87s

43 Tp 01 Dec 07 – 30 Nov 08 Observation - mean = 4.5s Forecast- mean = 3.4s BIAS: s RMSE: 2.51s MAE: 1.486s

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45 Livello mare Temperatura Salinità Correnti

46 Griglia 160 x 60 risoluzione variabile ~ 3 Km al nord ~ 10 Km al sud Risoluzione originale: 15 arco-secondi (1/240°). Fonte: NATO-SACLANT Undersea Research Centre (Richard Signell) col contributo di CNR-ISMAR Bologna, CNR-ISMAR Venezia, HHI Spalato, IIM Genova, IRB Zagabria, NIB Pirano, SCL La Spezia. Coordinate non lineari terrain following (s-coordinate) 20 livelli verticali con maggiore densità nello strato superficiale Batimetria e griglia

47 COSMO-I7 vento a 10 m pressione livello del mare temperatura aria 2 m temperatura di rugiada 2 m precipitazione radiazione solare netta precipitazione totale 48 tra fiumi e sorgenti GCM Mediterraneo (MFS) Previsioni giornaliere + 4 componenti mareali astronomiche AdriaROMS

48 Punti di forza VS Punti di debolezza: circolazione correnti di mare aperto nel nord Adriatico: Buona riproduzione della direzione e dellintensità ed elevata correlazione temporale delle struttura verticale di temperatura nel Nord Adriatico: RMSE sulla verticale <0.5 °C: il Nord – Centro mare Adriatico è per lo più poco profondo (< ~ 200 m): quasi tutto boundary layer. In questo caso la soluzione è ancorata a COSMO. Il Sud Adriatico invece è più profondo (~ 1000 m), e gli strati inferiori posso essere disaccoppiati dal boundary layer. Negli strati profondi la soluzione diverge. (RMSE sulla verticale ~1 °C). Inoltre è difficile la corretta simulazione della temperatura nella (fredda) corrente costiera a causa dei forti gradienti (che causano double penalty errors): RMSE localmente molto variabile (0 ÷ 2 °C) Salinità: In generale il modello presenta un bias di ~.4 PSU. Le cause sono molte. A parte il Po, gli altri fiumi sono considerati usando MEDIE MENSILI CLIMATOLOGICHE. Questo ovviamente causa apporti dacqua non necessariamente precisi, e quindi errori specie nella corrente costiera dove la variabilità è massima. Ma Il focus principale è su livello del mare e correnti costiere

49 Considerazioni sugli errori nella correnti ADCPROMS preoperativo Confronto Oct-Dec 2002 Buona riproduzione della direzione e dellintensità ed elevata correlazione temporale

50 errore tipico = O(10 1 ) km /day Drifter simulati utilizzando 16 diversi modi di calcolare le velocità superficiali; alla fine quel che conta è il vento giusto... (ovviamente poi ci sono anche le density driven currents che non sono trascurabili per esempio in assenza di vento )

51 Livello del mare Il sistema di riferimento è lo zero mareografico del modello, cioè il livello del mare del modello a riposo lo zero mareografico, sistema di riferimento, [...] piano convenzionale – Rete altimetrica dello stato del 1897 [...]; [...] Attualmente il livello medio sullo zero mareografico a Venezia risulta di circa 23 cm [...] confronto AdriaROMS-mareografo Volano

52 AdriaROMS in sviluppo (con DISMAR) ROMS 3.2 Griglia curvilinea a passo regolare di 2 km per tutta l'estensione del bacino Adriatico In verticale la griglia è in coordinate s (terrain- following) con 20 livelli. Model Coupling Toolkit (Warner et al. 2008), per laccoppiamento con il modello d'onda SWAN Nuovi Moduli: bio-geochimica Trasporto di sedimenti (wave/current bed boundary layer) Assimilazione dei dati

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54 Installata da ARPA il 23 maggio 2007 ed è equipaggiata con una boa ondametrica Datawell Directional wave rider MkIII 70 Circa 8 km al largo di Cesenatico su fondale di 10 m in una zona interdetta alla navigazione, all'attracco ed alla pesca. Il sistema ricevente a terra è situato presso la struttura oceanografica Daphne a Cesenatico. Dati acquisiti ogni 30' ed archiviati nel Dbase meteo-marino del Servizio IdroMeteoClima. Dati storici sono accessibili attraverso il sistema DEXTER Il sistema è stato acquisito su incarico della Regione Emilia-Romagna nell'ambito del progetto Beachmed-E sottoprogetto Nausicaa e mantenuto anche grazie al finanziamento derivante dal progetto europeo MICORE (FP7-ENV Cooperation, Grant agreement no.: ). Nausicaa

55 DEXTER interfaccia web ARPA-SIMC database

56 Modelli marini stato del mare: SWAN- Meditare, Livello del mare: Adria- ROMS Forzante Meteorologica: COSMO-LAMI Condizioni al bordo laterale: Portata e temperatura del Po (osservazioni a pontelagoscuro) Portata climatologica altri fiumi Inizializzazione e condizioni al bordo aperto: Dati campagna DART Componenti mareali (Quoddy) modello Oceanografico del med. MFS-INGV Oil-Spill GNOME Idrologia acque interne: modPo: previsione di portata del Po Batimetrie e linea di costa Osservazioni: Rete RIRER: (meteo e stato del mare) Sistema modellistico integrato meteomarino Morfodinamica costiera X-Beach Qualità delle acque Balneazione, ecosistemi..

57 Modelli idrologici e idraulici HEC-HMSMIKE11-NAM TOPKAPI HEC-RASMIKE11 - HD SOBEK/PAB HMS/NAM/TOPKAPI RAS/MIKE11/SOBEK/ PAB Prima catenaSeconda catena Terza catena Catena configurabile dallutente PRECIPITAZIONI TEMPERATURE LIVELLI/PORTATE MODELLI METEOROLOGICI Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRANSFORMAZIONE DATI

58 PEDRITO – Un sistema di modellistica idrologica e idraulica a supporto della gestione delle risorse idriche per i bacini del Reno e dei fiumi romagnoli Risalita del cuneo salino – Modellistica previsionale in tempo reale dellintrusione del cuneo salino nel Delta del fiume Po

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60 Linee di sviluppo in corso Rischio costiero dovuto a mareggiate intense –Bollettino di avviso Meteo-Marino per il Dipartimento e lAgenzia di Protezione Civile –Individuazione e suddivisione in macroaree delle zone costiere a seconda della diversa vulnerabilità allerosione ed allingressione marina Gestione della costa (RER difesa del suolo e della costa) –Modellistica numerica di morfodinamica costiera sviluppata allinterno del progetto MICORE Qualità delle acque di balneazione (RER sanità e Ambiente) –Previsione dellestensione e dellevoluzione del pennacchio di inquinante in mare dovuto a fenomeni di inquinamento temporaneo a seguito di scarico a mare diretto degli impianti di depurazione delle acque reflue urbane

61 Morphological Impacts and COastal Risks induced by Extreme storm events Coordinator: Prof. Paolo Ciavola, Università di Ferrara Italian Partners: ARPA-SIMC, SGSS-RER Grant agreement: Start date: June 2008 Duration: 36 months Total Project Cost: 4.6 million euros EU Contribution: 3.5 million euros

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64 SWAN ITA SWAN-ROMS Coupling AdriaROMS X-beach FP7-ENV Cooperation MICORE – Modelling & Warning

65 Migliorare il dettaglio costiero e lintegrazione con la parte idrologica del delta (previsioni di portata sui rami deltizi)

66 Modelli idrologici e idraulici: schema Mod-Po HEC-HMSMIKE11-NAM TOPKAPI HEC-RASMIKE11 - HD SOBEK/PAB HMS/NAM/TOPKAPI RAS/MIKE11/SOBEK/ PAB Prima catenaSeconda catena Terza catena Catena configurabile dallutente PRECIPITAZIONI TEMPERATURE LIVELLI/PORTATE MODELLI METEOROLOGICI Osservati/Telemisura LM/Ensemble VALIDAZIONE, INTERPOLAZIONE E TRANSFORMAZIONE DATI

67 PEDRITO – Un sistema di modellistica idrologica e idraulica a supporto della gestione delle risorse idriche per i bacini del Reno e dei fiumi romagnoli Risalita del cuneo salino – Modellistica previsionale in tempo reale dellintrusione del cuneo salino nel Delta del fiume Po

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69 PROGETTO PREVIBALNEAZIONE SVILUPPO DI UN SISTEMA DI PREVISIONE DELLINQUINAMENTO OCCASIONALE DELLE ACQUE DI BALNEAZIONE DELLEMILIA- ROMAGNA Obiettivi Prevedere operativamente gli episodi di inquinamento di breve durata nelle acque di balneazione della costa Romagnola. Realizzare un database contenente le informazioni necessarie a definire il profilo delle acque di balneazione della regione. Direttiva 2006/7/CE, D.Lgs 116/2008. decreto attuativo del dlgs 116,

70 Correnti ROMS Onde SWAN Modello dispersione meteo COSMO Modello idraulico

71 Correnti ROMS Onde SWAN Modello dispersione meteo COSMO Modello idrologico Modello idraulico Bacino idrologico, precipitazioni areali

72 Problemi da risolvere: Onde Errore su direzione e periodo (miglioramento del forzante meteo) Batimetrie ad alta risoluzione e opere di difesa Disponibilità di dati ondametrici NRT

73 Problemi da risolvere: circolazione e livello mare Disponibilità di dati di portata e temperature dei principali fiumi in Adriatico Componenti di Marea (informazioni al bordo aperto disponibili per M2, S2, O1, K1; loro update e aggiunta di altre componenti) Miglioramento interfaccia mare - atmosfera Dati oceanografici NRT e Assimilazione dati ??? Nesting tra modelli diversi (es AREG vs ROMS) Modellazione della dinamica costiera ad altissima risoluzione (<= 100 m) –Interazione onde-correnti, trasporto solido –Effetto delle barriere –Zone di transizione (delta del Po)

74 Problemi da risolvere: livello del mare e qualità acque Previsioni accurate del livello del mare nelle zone costiere Simulazione e previsione ad altissima risoluzione di diffusione di inquinanti immessi in battigia e acque confinate da barriere (semplici modelli biologici) Trasporto di inquinanti costieri (traiettorie)

75 2° convegno nazionale di oceanografia operativa ROMA 27 e 28 maggio 2010 …?? Grazie


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