Le precipitazioni Prof. Micòl Mastrocicco Tel: Cell: LM-75: 2016/2017 SCIENZE E TECNOLOGIE PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO

Si distinguono precipitazioni liquide, solide ed occulte: Precipitazione liquida: la pioggia avviene per aggregazione dell’aerosol in gocce d’acqua di diametro compreso tra 0.5 mm (105 volte maggiore della goccia di aerosol) e 2.5 mm (anche la nebbia ha un ruolo importante). Precipitazioni solide: nella neve le gocce di acqua solidificano in cristalli di ghiaccio, mentre nella grandine le gocce d’acqua solidificano in ghiaccio amorfo Precipitazioni occulte (condensa di vapore al suolo o su oggetti): la rugiada condensa in fase liquida (T°C > 0) mentre la brina condensa in fase solida (T°C < 0) Le precipitazioni atmosferiche

Il bilancio idrologico P = precipitazione, δQ = differenza tra deflusso superficiale entrante ed uscente dal sistema, δG = differenza tra deflusso sotterraneo entrante ed uscente dal sistema, E = evaporazione, T = traspirazione, δS = volume immagazzinato nel sistema

Le misurazioni delle precipitazioni (e di altri parametri atmosferici quali temperatura, umidità, vento, irraggiamento, …) avvengono con stazioni meteo ospitate in una capannina meteo da collocare tenendo in conto elementi morfologici del territorio o presenza di ostacoli che possano disturbare il dato (es: orografia). Le stazioni di misura sono di diversi tipi: – Pluviometro : con solo misuratore di pioggia (in Italia il «gauge» ha un diametro standard di 35.7 cm e va collocato a 170 cm da terra) – Pluviografo : simile al precedente ma registra i dati nel tempo e quindi permette non solo di stimare la quantità cumulativa di pioggia caduta ma anche di calcolarne l ’intensità (altezza di precipitazione in mm/tempo) – Nivometri e pluvionivometri: sono dotati di una resistenza che trasforma le precipitazioni solide in liquide (in prima approssimazione, il dato sulla precipitazione solida si può anche ottenere da misure dello spessore del manto nevoso; 10 cm di neve = 1 cm di pioggia) – Stazioni termo-pluviometriche : misuratore di pioggia e temperatura atmosferica – Stazioni complete : misuratori per tutte le variabili meteorologiche – Stazioni speciali : per misure speciali (radiazione cosmica, sperimentazioni radar, ecc.) AFFLUSSI

Misura puntale delle P

Fattori che influenzano la distribuzione delle precipitazioni e ne condizionano la misura Pressione, temperatura, umidità, venti, lat&long, altitudine, rilievo, acque superficiali, vegetazione L’intercettazione della pioggia da parte delle piante varia in funzione della durata e dell’intensità dell’evento piovoso, della specie e dell’età della pianta e del regime climatico.

Radar meteorologico: consiste in un’antenna parabolica che ruota su se stessa e invia un’onda elettromagnetica. Se nella sua propagazione, l’onda incontra la pioggia, l’onda stessa viene riflessa. Il tipo di riflessione e l’eco raccolto indicano con esattezza il luogo della precipitazione e la sua entità in mm/ora. La capacità di riflessione del radar arriva fino a 240 km, per un’altezza di 6000 m. Satelliti geostazionari : stimano la pioggia caduta (su maglie quadrate di circa 7 km di lato) dalle differenze di albedo e di radiazione termica infrarossa misurate in due immagini consecutive Misura areale delle P

Le precipitazioni atmosferiche

Gli annali idrologici In Italia (una delle prime nazioni a dotarsi di una rete di monitoraggio climatico) le prime misure sistematiche di pioggia furono intraprese a Padova nel 1725; la raccolta e la diffusione dei dati idrometeorologici era curata dal Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale ( ) che pubblicava gli Annali Idrologici, composti da due parti: PARTE I: termometria con massime e minime giornaliere; valori estremi delle temperature mensili; pluviometria con totali giornalieri mensili e annuali; precipitazioni massime di 1, 3, 6, 12 e 24 ore consecutive; precipitazioni di notevole intensità e breve durata; altezza del manto nevoso; meteorologia con pressione atmosferica; umidità relativa; nebulosità; vento al suolo PARTE II: corsi d’acqua con afflussi meteorici su alcuni bacini idrografici; osservazioni idrometriche giornaliere; portate e bilanci idrologici; osservazioni freatimetriche; trasporto torbido; indagini, studi idrologici ed eventi eccezionali (alluvioni o siccità)

Per mancanza di fondi e per il passaggio di molte competenze alle regioni, il servizio è stato smembrato e oggi i dati sono spesso reperibili presso le ARPA di ciascuna regione Oppure dall’aereonautica militare O anche su siti privati (es: EPSON) o su siti pubblici di protezione civile (specie in aree montane) o sempre su siti pubblici concernenti l’agronomia … successivamente … Per un TOT di 40 siti!

Per fare un buon bilancio idrologico: I dati idrometeorologici devono essere ben distribuiti sia nello spazio che nel tempo L’intervallo di tempo generalmente usato nei bilanci idrologici è l’anno medio riferito ad un periodo normalmente di 20, 30 o 50 anni. Le reti di osservazione idrometrica, utilizzate per la gestione delle risorse idriche, devono avere una densità minima accettabile in relazione alla superficie dei bacini monitorati, che è di – km 2 per le aree di pianura e di 300 – km 2 per le aree caratterizzate da una orografia complessa. Per la zona mediterranea si può generalizzare come segue: - per aree pianeggianti 1 stazione ogni km 2 - per aree montane 1 stazione ogni km 2 - per isole montane 1 stazione ogni 25 km 2 - per zone aride 1 stazione ogni 1000 km 2

Andamento delle precipitazioni in un punto L’intensità media di pioggia diminuisce all’aumentare della durata dell’evento (  ) La  di ciascun evento di pioggia nell’intervallo di tempo prescelto (gg, mm, aa) dà la Curva cumulativa (o profilo di pioggia)

Stima delle precipitazioni in un area  Come spesso accade, il problema consiste nel passare da dati puntuali (stazioni 1-7 in figura) a stime areali (bacino giallo in figura)  Esistono vari metodi, più o meno attendibili e/o complicati:

Metodo delle Isoiete Il volume delle precipitazioni si calcola moltiplicando l’area del bacino tra due isoiete per la media della piovosità, indicata dalle due curve. Il calcolo va effettuato all’interno del bacino idrografico definito.

Poligoni di Thiessen (o topoieti) Per calcolare la piovosità media di un bacino, unire le stazioni idrologiche con una rete triangolare. Tracciare la perpendicolare in corrispondenza della metà di ogni lato della maglia ottenendo così dei poligoni. La pioggia caduta sull’intero bacino è data dalla somma di quella dei vari poligoni, ognuna considerata pari a quella della stazione contenuta nel poligono. ES: il volume di acqua caduta nell’area in verde è dato dal prodotto della superficie del poligono e dell’altezza di pioggia misurata in S. S

ESERCIZI Media aritmetica Media pesata Isoiete Poligoni di Thiessen

Media Aritmetica 1)450 mm/anno 2)400 mm/anno 3)500 mm/anno 4)500 mm/anno 5)600 mm/anno 6)700 mm/anno 7)750 mm/anno N = stazioni interne al bacino = 3 (3, 4, 6) Ciascuna stazione ha peso 1/3 P A = 1/3* /3* /3*700 = mm/anno Per avere P tot in 1 anno: P A *Area bacino 566 mm/a*116.5 km 2 = m/a* m 2 = m 3 /a

Metodo delle isoiete ABCDE I II III IV V Il volume delle precipitazioni si calcola moltiplicando l’area tra due isoiete per la media della piovosità, indicata dalle due curve. Il calcolo va effettuato all’interno del bacino idrologico definito. Area tra 800 e 700: 10.5 Km 2 Area tra 700 e 600: 39 Km 2 Area tra 600 e 500: 23 Km 2 Area tra 500 e 400: 44 Km 2 Peso area 800/700: 10.5/116.5=0.09 ……………………. Precipitazioni area 800/700: 0.09*750 mm/a = 67.6 mm/a ………………………… Sommando si ottiene mm/a Cioè m 3 /a

Poligoni di Thiessen (o topoieti) ABCDE I II III IV V Per calcolare la piovosità media di un bacino, unire le stazioni idrologiche con una rete triangolare. Tracciare la perpendicolare in corrispondenza della metà di ogni lato della maglia ottenendo così dei poligoni. L’acqua caduta sull’intero bacino è data dalla somma di quella dei vari poligoni, ognuna considerata pari a quella della stazione contenuta nel poligono. Area poligono 1: 11.8 Km 2 Area poligono 2: 12 Km 2 Area poligono 3: 37.7 Km 2 ……………………………… Peso area poligono 1: 11.8/116.5=0.10 ……………………. Precipitazioni area poligono 1: 0.10*450 mm/a = 45 mm/a ………………………… Sommando si ottiene mm/a Cioè m 3 /a

Pesatura in funzione della distanza Si crea una griglia regolare; a ciascuna cella si assegna un valore da moltiplicare per il peso dell’area del bacino che ricade nella cella in oggetto ABCDE I II III IV V B,I: 1 Km 2 C,I: 4.5 Km 2 D,I: 6 Km 2 A, II: 3.5 Km 2 B,II: 9.5 Km 2 C,II: 10 Km 2 D,II: 10 Km 2 A,III: 3 Km 2 B,III: 10 Km 2 C,III: 10 Km 2 D,III: 10 Km 2 B,IV: 9 Km 2 C,IV: 10 Km 2 D,IV: 8 Km 2 B, V: 4 Km 2 C, V: 6 Km 2 D,V: 2 Km 2 Area totale del Bacino: Km 2 Peso B,I: 1/116.5=0.008 ……. Peso D, II: 10/116.5=0.08

Distanza dalla cella incognita P7=21 km P3=7 km P1=17 km Inverso della distanza P7=1/21= P3=1/7= P1=1/17= La somma dell’inverso della distanza = Peso delle stazioni P7=0.0476/ =0.191 P3= / =0.573 P1=0.0588/ =0.236 Valore della cella incognita P7=0.191*750= P3=0.573 *500 =286.5 P1=0.236*450=106.2 La somma di ogni contributo è la precipitazione nella cella incognita = mm/anno Stima delle precipitazioni per la cella B,III

Calcolo precipitazione su intero bacino ABCDE I II III IV V Peso area B,I * mm/anno in *750 = 6 mm/a Area B, III * mm/anno “stimati” 0.08* = mm/a Sommando tutti i termini si ottiene la pioggia media sull’intero bacino mm/a Moltiplicando per l’area del bacino si ha la pioggia totale annua caduta sull’intero bacino m 3 /a

Comparazione tra metodi METODOmm/am 3 /a MEDIA ARITMETICA ISOIETE POLIGONI MEDIA PESATA Altre interpolazioni si possono fare in ambiente GIS utilizzando per esempio il metodo Kriging