“2° convegno nazionale di oceanografia operativa” 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 dell’Emilia-Romagna-Servizio Idro-Meto-Clima WEB: http://www.arpa.emr.it/sim/ “2° convegno nazionale di oceanografia operativa” ROMA 27 e 28 maggio 2010

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

Acque alte e mareggiate intense Acqua alta (surge): un improvviso movimento dell’acqua che viene generato rapidamente ed altrettanto rapidamente scompare, dovuto a venti transienti associati alle perturbazioni ed a venti stazionari. L’acqua viene spinta nella direzione del vento e, quando raggiunge la costa, il livello del mare aumenta rapidamente. Se il trasporto dell’acqua avviene in senso contrario si ha una marea negativa. In acque poco profonde l’altezza dell’acqua 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 dell’onda di piena. Le acque alte possono superare il metro e persistere per alcuni giorni con oscillazioni (Venezia) di periodo circa 22 h. Fonte: NOAA, http://www.nhc.noaa.gov/HAW2/english/storm_surge.shtml

Subsidenza Antropica: Ravenna 1950-1970: > 100 cm 1950-1990: 85 cm Cesenatico 1950-1990: 120 cm Rimini 1950-1990: 50-60 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)

Avviso Meteo IL CF-RER (ARPA-SIM) li emana, li adotta e diffonde Dipartimento nazionale della protezione civile APCR 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 AIPO, STB e ai Consorzi di bonifica. 6

Avviso Meteo del 14/5/2010

Avviso Meteo del 8/3/2010

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

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

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. 12

Attività svolte dal Centro Funzionale Emergenza lambro-Po Attività svolte dal Centro Funzionale monitoraggio e previsione dell’evoluzione 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

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

Quadro meteorologico Inizio periodo osservazione: 17 febbraio Precipitazioni intense 17-19 feb I° massimo Lambro a Mi 19-20 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 02-03 mar., onde e acqua alta Fine periodo osservazione 03 marzo

Bollettini di previsione di propagazione in mare Emessi 4 bollettini di “previsione di diffusione di sversamento di idrocarburi nel delta del Po” Venerdì, 26 febbraio Sabato, 27 febbraio Domenica, 28 febbraio Lunedì, 01 marzo

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, l’immagine 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.

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

Qualità delle acque di balneazione By www.bastamerdainmare.it

INSERIRE DA GOOGLE ART LA PANORAMICA

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. L’azione 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

…cosa chiediamo all’oceanografia 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 l’operatività dei propri sistemi di modellistica numerica operativa della costa e dell’Adriatico (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.

ARPA-SIMC e il Mare Per svolgere i propri compiti istituzionali, ARPA si è dotata di propri strumenti operativi, anche a scala più ampia di quella strettamente costiera. 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 l’operatività di AdriaROMS 2009-2010: 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

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

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

AdriaROMS Ciclo Operativo Previsioni 00 UTC 00 UTC -24 h 00 UTC+ 72 h -24 -21 -18 -15 -12 -09 -06 -03 +03 +06 +09 +12 +15 +18 +21 +24 +27 +30 +33 +36 +39 +42 +45 +48 +51 +54 +57 +60 +63 +66 +69 +72 RESTART dal forecast precedente output istantanei tri-orari output medi giornalieri Previsioni LAMI a 12 ore Previsioni LAMI 00+00 … 00+72 Po osservato Altri fiumi clima Po costante; altri fiumi clima Previsioni giornaliere OPA al bordo aperto e marea astronomica meteo fiumi Otranto Previsioni giornaliere disponibili alle 12 ora solare. Durata intero processo 90 minuti 29

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 dell’ECMWF 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 http://srnwp.met.hu/

http://srnwp.met.hu/

http://srnwp.met.hu/

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

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

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

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MEDITARE SWAN MEDITERRANEO SWAN ITALIA SWAN REGIONALE 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 per DPCN

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 dell’onda dovuta al vento) dissipazione per attrito sul fondo dissipazione per rottura dell’onda dovuta alle variazioni di profondità interazioni non lineari tra onde stesse (triad/quadruplet wave-wave interaction)

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

SWH 01 Dec ‘07 – 30 Nov ‘08 Observation - mean = 0.44m Forecast- mean = 0.44m BIAS: -0.002m RMSE: 0.24m MAE: 0.156m

Tm 01 Dec ‘07 – 30 Nov ‘08 Observation - mean = 3.3s Forecast- mean = 2.6s BIAS: -0.727s RMSE: 1.433s MAE: 0.87s

Tp 01 Dec ‘07 – 30 Nov ‘08 Observation - mean = 4.5s Forecast- mean = 3.4s BIAS: -1.142s RMSE: 2.51s MAE: 1.486s

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www.arpa.emr.it/sim/?mare Temperatura Salinità Correnti Livello mare

risoluzione variabile Batimetria e griglia 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. Griglia 160 x 60 risoluzione variabile ~ 3 Km al nord ~ 10 Km al sud Coordinate non lineari terrain following (s-coordinate) 20 livelli verticali con maggiore densità nello strato superficiale 46

AdriaROMS COSMO-I7 GCM Mediterraneo (MFS) 48 tra fiumi e sorgenti 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 47

Punti di forza VS Punti di debolezza: circolazione correnti di mare aperto nel nord Adriatico: Buona riproduzione della direzione e dell’intensità 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 d’acqua 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

Considerazioni sugli errori nella correnti Confronto Oct-Dec 2002 ADCP ROMS preoperativo Buona riproduzione della direzione e dell’intensità ed elevata correlazione temporale 49

errore tipico = O(101) 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) errore tipico = O(101) km /day 50

Livello del mare confronto AdriaROMS-mareografo Volano 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 [...]” Il sistema di riferimento è lo zero mareografico del modello, cioè il livello del mare del modello a riposo 51

AdriaROMS in sviluppo (con DISMAR) 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 l’accoppiamento 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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Nausicaa 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-2007-1 Cooperation, Grant agreement no.: 202798 ).

DEXTER interfaccia web ARPA-SIMC database DEXTER interfaccia web

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

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

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 dell’intrusione del cuneo salino nel Delta del fiume Po

Linee di sviluppo in corso Rischio costiero dovuto a mareggiate intense Bollettino di avviso Meteo-Marino per il Dipartimento e l’Agenzia di Protezione Civile Individuazione e suddivisione in macroaree delle zone costiere a seconda della diversa vulnerabilità all’erosione ed all’ingressione marina Gestione della costa (RER difesa del suolo e della costa) Modellistica numerica di morfodinamica costiera sviluppata all’interno del progetto MICORE Qualità delle acque di balneazione (RER sanità e Ambiente) Previsione dell’estensione e dell’evoluzione 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

http://www.micore.eu/ 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: 202798 Start date: June 2008 Duration: 36 months Total Project Cost: 4.6 million euros  EU Contribution: 3.5 million euros

MICORE – Modelling & Warning SWAN-ROMS Coupling SWAN ITA X-beach FP7-ENV-2007-1 Cooperation AdriaROMS

Migliorare il dettaglio costiero e l’integrazione con la parte idrologica del delta (previsioni di portata sui rami deltizi)

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

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 dell’intrusione del cuneo salino nel Delta del fiume Po

PROGETTO “PREVIBALNEAZIONE” SVILUPPO DI UN SISTEMA DI PREVISIONE DELL’INQUINAMENTO OCCASIONALE DELLE ACQUE DI BALNEAZIONE DELL’EMILIA-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,

Correnti ROMS Onde SWAN meteo COSMO Modello idraulico Modello dispersione Modello idraulico

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

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

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)

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)

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