STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM G. Briganti, A. Cappelletti, M. DIsidoro, M. Mircea Bologna 23-24/marzo/2011.

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1 STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM G. Briganti, A. Cappelletti, M. DIsidoro, M. Mircea Bologna 23-24/marzo/2011

2 VALIDAZIONE DI FARM OBIETTIVO: SVILUPPO DI UN SOFTWARE PER IL CONFRONTO MODELLO- OSSERVAZIONI Valutazione statistica: misura delle prestazioni del modello mediante il calcolo di indici di prestazione per tutte le specie inquinanti considerate dalla normativa (DIRETTIVA 2008/50/CE): O 3, NO 2, NO X, CO, SO 2, PM10, PM2.5; normativa: calcolo delle statistiche previste dalla 2008/50/CE. Criteri di esistenza del dato

3 VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE

4 VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE

5 VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE PM2.5

6 AOT40F (protezione boschi: somma delle eccedenze sopra la soglia di 40 ppb delle concentrazioni orarie, relativamente allintervallo orario 06-18, estesa al periodo Aprile- Settembre) AOT40C (protezione coltivazioni: come AOT40F ma estesa al periodo Aprile-Giugno) AOT40Fdir (come AOT40F ma intervallo orario 08-20, secondo la direttiva 2008/50/CE - allegato VII) AOT40Vdir (protezione vegetazione: somma delle eccedenze sopra la soglia di 40 ppb delle concentrazioni orarie, relativamente allintervallo orario 08-20, estesa al periodo Maggio-Luglio - direttiva 2008/50/CE ) SOMO35 (protezione salute umana: somma delle eccedenze sopra la soglia di 35 ppb dei massimi giornalieri delle medie mobili di 8 ore, estesa allintero anno) SOMO00 (somma dei massimi giornalieri delle medie mobili di 8 ore su 1 anno) Superamenti: soglia di 120 µg/m 3 (da non superare più di 25 volte per anno civile) CRITERIO: condizione necessaria è lesistenza del 90% dei dati – rinormalizzazione SOMO/AOT al numero massimo di giorni/ore per lanno considerato. VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE OZONO

7 VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE FORTRAN DI ELABORAZIONEFORTRAN LETTURA FILE INIZIALIZZAZIONE Directory dei dati farm e meteo Dominio Nome file coordinate (lista stazioni)file coordinate Dir DB misure LETTURA FILE MISURE LETTURA FILE FARM & METEO (routine netCDF) Processo LENTO: implementata parallelizzazione con paradigma OpenMP, ma deve essere testata Campi meteo : U, V, T, TCC, PREC Salvataggio 1 file per stazione misura Interpolazione bilineare Legge i dati medi orari Controlla esistenza medie giornaliere: se non sono disponibili le calcola CALCOLO INDICI STATISTICI Allineamento misure-simulazioni Indici statistici prescritti da normativa Indici statistici di prestazione (1h/24h) Percentili (25, 75) Eccedenze orarie/giornaliere OUTPUT Tabelle indici statistici da normativa Indici statistici di prestazione orari/giornalieri Ciclo medio giornaliero

8 INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE R (Pearsons Correlation Coefficient) MBE (Mean Bias Error) MNBE (Mean Normalised Bias Error) VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

9 INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE MAGE (Mean Absolute Gross Error) MANGE (Mean Absolute Normalised Gross Error) FAC2 (Factor of two) FRAZIONE DI DATI SIMULATI COMPRESA ENTRO UN FATTORE 2 (TRA LA META ED IL DOPPIO) RISPETTO ALLE OSSERVAZIONI VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

10 INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE FB (Fractional Bias) NMSE (Normal Mean Square Error) VG (Geometric Variance) VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

11 INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE PPEA (Paired Peak Estimation Accuracy) SPPEA (Spatially Paired Peak Estimation Accuracy) UPA (Unpaired Peak Estimation Accuracy) VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE UPA calcolato solo su stazioni rurali In caso di più massimi osservati coincidenti, vengono calcolati i PPEA /SPPEA corrispondenti e ne viene calcolato il minimo.

12 INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE ASPEA (Average Station Peak Estimation Accuracy) IOA (Index of Agreement) VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE N.B. Maggiori fluttuazioni nelle concentrazioni, a parità di scarto medio modello/osservazioni, migliorano IOA.

13 DIRECTORY DI LAVORO SU GRID /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/post_farm …/obs_data …/scores VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

14 DIRECTORY DI LAVORO SU GRID …/obs_data BRACE-EMEP.1999 BRACE.2005 AirBase.2005 hour.AirBase.2005 day.AirBase.2005 NOx O3 … VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

15 DIRECTORY DI LAVORO SU GRID …/scores out soft farm_extrAirBase.2005 … NI0 CI0 … AirBase.2005 … 2005_4x4 2005_20x20 VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE

16 Correzione di bug. Definizione di convenzioni condivise: nomi dei file, struttura dello spazio di lavoro, formato output, ecc. Armonizzazione delle procedure illustrate con quelle relative alla meteorologia: aggiunta di routine ad hoc. Ciò è possibile grazie ai vantaggi di questo tipo di software: flessibilità: programma principale che chiama delle routine; lettura diretta da archivio (peraltro richiesta da UPA). Messa a punto di una sola procedura automatica per concentrazioni e meteo. Realizzazione di una procedura preliminare di validazione e controllo dei dati osservati: individuazione spike, dati anomali, errori sistematici, rumore, ecc. Sviluppo di uninterfaccia grafica. VALIDAZIONE DI FARM PROSPETTIVE

17 File.INI 2005! anno 5 23! farm: ora iniziali e finali 1 0 365 23! giorno inizio, ora inizio, giorno fine, ora fine NI0! dominio /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/farm/out/ ! root dir concentrazioni conc! prefisso file concentrazioni (tipo conc_NI0_YYYYJJJ.nc) /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/meteo/! root dir meteo meteo! prefisso file meteo (tipo meteo_NI0_YYYYJJJ.nc) surfpro_saprc90! prefisso file contenente la copertura nuvolosa (surfpro_saprc90_NI0_YYYYJJJ.nc) surf! prefisso file contenente la pioggia (surf_saprc90_NI0_YYYYJJJ.nc) 310. 4840. 4. 4. 146 96 16! grid SW corner (X coord., Y coord.), x step, y step (km), nx, ny, nz../../obs_data/AirBase.2005/hour.AirBase.2005/! directory contenente i dati orari delle stazioni../../obs_data/AirBase.2005/day.AirBase.2005/! directory contenente i dati giornalieri delle stazioni../../obs_data/AirBase.2005/AirBase.2005.coo! Nome del file di coordinate../../scores/out/AirBase.2005/2005_4x4/! output dir AirBase.2005_scores_O3_NI0_2005.txt! nome file output statistiche O3! inquinante _____________________________________________________________________________________________________________ File coordinate UTMXUTMYNOMETIPOZONAQUOTALONLATCODICE 86861.95 5003955.01 DRUENTO Background rural 337.00 7.56 45.18 IT1121A 512568.70 5004069.79 PAVIA Background urban 77.00 9.16 45.19 IT0912A 447335.32 4340258.16 PORTOSCUSO Industrial suburban -9999.00 8.39 39.21 IT1396A 827947.10 5109459.37 UDINE Traffic urban 100.00 13.24 46.06IT0760A … _____________________________________________________________________________________________________________ File output