Description of the new JGrass modules for spatial interpolation of meteo data. Italian language.

1. INTERPOLAZIONE DATI METEO UniTN - CUDAM Riccardo Rigon Stefano Endrizzi HydroloGIS Silvia Franceschi Andrea Antonello

8. fornisce la portata in “ogni punto” del bacino COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

10. fornisce la portata in “ogni punto” del bacino

11. tratta anche le componenti artificiali del bilancio idrico COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

14. lo standard OpenMI è stato creato per facilitare la connessione di modelli ambientali COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

16. lo standard OpenMI è stato creato per facilitare la connessione di modelli ambientali

17. i modelli sviluppati possono essere integrati e sostituiti con altri modelli che seguono lo stesso standard (Sobek, HEC-Ras) COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

19. lo standard OpenMI è stato creato per facilitare la connessione di modelli ambientali

20. i modelli sviluppati possono essere integrati e sostituiti con altri modelli che seguono lo stesso standard (Sobek, HEC-Ras)

21. sono sviluppati per componenti “indipendenti” COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

23. lo standard OpenMI è stato creato per facilitare la connessione di modelli ambientali

24. i modelli sviluppati possono essere integrati e sostituiti con altri modelli che seguono lo stesso standard (Sobek, HEC-Ras)

25. sono sviluppati per componenti “indipendenti”

26. si ottengono risultati ad ogni istante temporale COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

29. h.kriging per l'interpolazione delle piogge COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

36. h.energybalance COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

39. h.saintgeo COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

44. connessione al DB

45. input/output

46. connessione tra modelli COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI

47. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI INTERPOLAZIONE DATI METEO h.jami h.kriging

48. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI CALCOLO INDICE ENERGETICO h.aspect h.slope h.nabla h.pit h.netnumbering

49. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 CALCOLO INDICE ENERGETICO INTERPOLAZIONE DATI METEO

50. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 INTERPOLAZIONE DATI METEO CALCOLO INDICE ENERGETICO BILANCIO DI ENERGIA

51. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI BILANCIO DI ENERGIA PRECIPITAZIONE NEVOSA NEVE AL SUOLO (SWE) PIOGGIA NETTA SCIOGLIMENTO CONGELAMENTO

52. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 LIVELLO 1 INTERPOLAZIONE DATI METEO CALCOLO INDICE ENERGETICO BILANCIO DI ENERGIA BILANCIO DI MASSA DEFLUSSO

53. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 LIVELLO 1 LIVELLO 2 INTERPOLAZIONE DATI METEO CALCOLO INDICE ENERGETICO BILANCIO DI ENERGIA BILANCIO DI MASSA DEFLUSSO PROPAGAZIONE

54. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 LIVELLO 1 LIVELLO 2 MODELLI ACCESSORI INTERPOLAZIONE DATI METEO CALCOLO INDICE ENERGETICO BILANCIO DI ENERGIA BILANCIO DI MASSA DEFLUSSO PROPAGAZIONE

55. COMPONENTI DEL SISTEMA DI MODELLI LIVELLO 0 LIVELLO 2 MODELLI ACCESSORI INTERPOLAZIONE DATI METEO CALCOLO INDICE ENERGETICO BILANCIO DI ENERGIA BILANCIO DI MASSA DEFLUSSO PROPAGAZIONE

57. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI

59. links sono i tratti di rete compresi tra un nodo e l'altro ovvero i tratti di rete di competenza di ogni hillslope STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI

61. links sono i tratti di rete compresi tra un nodo e l'altro ovvero i tratti di rete di competenza di ogni hillslope

62. gli hillslopes hanno area massima di 3 km 2 , in media hanno dimensioni di 1-2 km 2 e sono stati calcolati con gli strumenti integrati in JGrass STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI

63. Al solo fine del bilancio di energia ogni hillslope viene anche suddiviso in fasce altimetriche e bande energetiche. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI FASCIA 1

64. Al solo fine del bilancio di energia ogni hillslope viene anche suddiviso in fasce altimetriche e bande energetiche. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI FASCIA 2

65. Al solo fine del bilancio di energia ogni hillslope viene anche suddiviso in fasce altimetriche e bande energetiche. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI FASCIA 5

66. Ogni fascia altimetrica viene divisa in un certo numero di intervalli nei quali l'indice energetico può essere considerato costante. Questi intervalli sono detti bande energetiche . Per ogni banda energetica viene calcolato un valore dell'indice energetico mensile. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI

67. Ogni fascia altimetrica viene divisa in un certo numero di intervalli nei quali l'indice energetico può essere considerato costante. Questi intervalli sono detti bande energetiche . Per ogni banda energetica viene calcolato un valore dell'indice energetico mensile. Le bande energetiche sono un concetto astratto basato su calcoli geometrici e di radiazione, non sono di immediata visualizzazione. STRUTTURA DEI DATI: RETE-BACINI

68. La suddivisione in fasce altimetriche e bande energetiche permette di valutare l' indice energetico relativo e quindi procedere con il calcolo del bilancio di energia. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

69. La suddivisione in fasce altimetriche e bande energetiche permette di valutare l' indice energetico relativo e quindi procedere con il calcolo del bilancio di energia. Questa suddivisione è già presente nel DB per il bacino chiuso a Bolzano, con una suddivisione in 5 fasce altimetriche e 5 bande energetiche, è possibile rifare i calcoli sul resto del bacino anche variando il numero di fasce altimetriche e bande energetiche con il comando h.eicalculator . INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

70. L' indice energetico è il rapporto tra l'energia radiante incidente ad onde corte (energia solare) in condizioni di cielo sereno ed energia radiante incidente in condizioni di cielo sereno, nel medesimo punto, ignorando la topografia. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

71. L' indice energetico è il rapporto tra l'energia radiante incidente ad onde corte (energia solare) in condizioni di cielo sereno ed energia radiante incidente in condizioni di cielo sereno, nel medesimo punto, ignorando la topografia. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator Il termine al denominatore considera una topografia pianeggiante e quindi trascura gli effetti sulla radiazione di pendenza, esposizione e delle ombre.

72. Per ogni fascia altimetrica in cui è suddiviso il bacino le condizioni al contorno delle equazioni del bilancio di massa e di energia sono le stesse ad eccezione del calcolo della radiazione netta. Le condizioni al contorno per il flusso radiativo sono le stesse su porzioni di fasce altimetriche caratterizzate dallo stesso input radiativo INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

73. Per ogni fascia altimetrica in cui è suddiviso il bacino le condizioni al contorno delle equazioni del bilancio di massa e di energia sono le stesse ad eccezione del calcolo della radiazione netta. Le condizioni al contorno per il flusso radiativo sono le stesse su porzioni di fasce altimetriche caratterizzate dallo stesso input radiativo la singola banda energetica può essere considerata cella elementare di calcolo INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

74. La radiazione solare incidente su terreno piano : INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

75. La radiazione solare incidente su terreno piano : INDICE ENERGETICO: h.eicalculator Dove: solarConst = correzione della distanza terra – sole è funzione del giorno dell'anno e della latitudine alpha = angolo di altezza solare

76. La radiazione solare incidente con morfologia naturale : INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

77. La radiazione solare incidente con morfologia naturale : INDICE ENERGETICO: h.eicalculator Dove: slope = pendenza locale del pixel aspect = orientamento del pixel Se il pixel è in ombra o di notte la radiazione solare incidente è posta uguale a zero.

79. 5 bande energetiche In pratica ogni versante viene suddiviso in 25 parti ritenute omogenee dal punto di vista meteorologico. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

80. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator INPUT

82. controllare l'unità di misura delle mappe: slope e aspect sono richiesti in radianti

83. la mappa della curvatura è quella che si ottiene con il comando h.nabla

84. la mappa degli ID dei bacini deve contenere il campo NETNUM: conviene rasterizzare lo shape dei bacini inserendo come valore il contenuto dell'attributo NETNUM

85. INDICE ENERGETICO: v.to.rast

86. INDICE ENERGETICO: v.to.rast È necessario salvare il layer dei bacini come shapefile se lo si prende dal DB. Selezionare il piano nella Vista Piani e poi dal tasto destro del mouse -> Esporta.

87. INDICE ENERGETICO: v.to.rast

88. INDICE ENERGETICO: v.to.rast Il risultato è a tutti gli effetti una mappa raster di JGrass.

89. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator OUTPUT

91. i files di output possono essere caricati direttamente sul DB nelle apposite tabelle

93. energy: contiene per ogni fascia e banda il valore di indice energetico

94. area: contiene l'area di per fascia/banda

95. Lo stesso comando si può eseguire anche da Console e lo script relativo è questo dove si possono personalizzare i nomi della mappe in input e il percorso di salvataggio dei risultati. INDICE ENERGETICO: h.eicalculator

98. h.jami: per l'interpolazione degli altri dati meteo che dipendono principalmente dalla quota della stazione. L'interpolazione viene fatta in questo caso facendo una media pesata delle misure delle stazioni che hanno quota immediatamente superiore ed inferiore alla quota del baricentro della fascia altimetrica. INTERPOLAZIONE DATI METEO

99. Il metodo di interpolazione geostatistica kriging si basa sulla correlazione che intercorre tra misure della stessa quantità in punti diversi. Il semivariogramma è una metodologia geostatistica impiegata pe valutare l'autocorrelazione spaziale dei dati osservati in punti georiferiti. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

100. Il metodo di interpolazione geostatistica kriging si basa sulla correlazione che intercorre tra misure della stessa quantità in punti diversi. Il semivariogramma è una metodologia geostatistica impiegata pe valutare l'autocorrelazione spaziale dei dati osservati in punti georiferiti. L'algoritmo in JGrass prevede l'inserimento del variogramma su cui basare l'interpolazione. Risulta quindi necessario creare preventivamente il variogramma sperimentale ed interpolarlo con un opportuno modello che sarà poi l'input del kriging. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

101. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging stazioni di misura intervallo temporale piogge misurate punti dove interpolare (bacini)

102. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging stazioni di misura intervallo temporale piogge misurate calcolo variogramma sperimentale h.variogram punti dove interpolare (bacini)

103. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging stazioni di misura intervallo temporale piogge misurate calcolo variogramma sperimentale h.variogram scelta modello di variogramma punti dove interpolare (bacini)

104. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging stazioni di misura intervallo temporale piogge misurate calcolo variogramma sperimentale h.variogram scelta modello di variogramma interpolazione h.kriging punti dove interpolare (bacini)

107. è indispensabile definire un periodo di tempo ed un intervallo temporale INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

109. è indispensabile definire un periodo di tempo ed un intervallo temporale

110. devono essere scaricati i dati di pioggia dal DB attraverso il DATAMASTER INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

112. deve essere selezionato un istante di pioggia ritenuto significativo per la creazione del variogramma

113. la procedura dovrebbe essere ripetuta molte volte e considerato il variogramma più probabile o il medio INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

114. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

115. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

116. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging FILE CON LE PIOGGE MISURATE DA UTILIZZARE PER IL CALCOLO

117. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

118. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging SHAPEFILE CON LE STAZIONI DI MISURA DELLA PIOGGIA

119. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging FILE CONTENENTE IL SEMIVARIOGRAMMA SPERIMENTALE

120. Allo stesso modo da Console... INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

121. Il modulo h.variogram produce un file di output contenente il semivariogramma sperimentale dei dati. Sono anche aggiunti due indici, l'indice di Moran e l'indice di Gaery. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

122. È ora necessario interpolare il semivariogramma sperimentale con un modello definito. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

123. Dove: h : l'ampiezza dell'intervallo di distanza a : range c : sill INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

124. Le grandezze che caratterizzano il semivariogramma sono: nugget, sill e range. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

125. I diversi modelli di variogramma se graficati hanno questi andamenti: INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging NUGGET SFERICO GAUSSIANO ESPONENZIALE

126. È ora necessario interpolare il semivariogramma sperimentale con un modello definito. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging Modello Gaussiano nugget = 0.05 sill = 0.6 range = 50000

127. Dato il semivariogramma “rappresentativo” è possibile eseguire il kriging su tutti gli istanti temporali di riferimento. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

128. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

129. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging DEFINIZIONE DEL PERIODO DI SIMULAZIONE

130. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging CAMPI DEGLI SHAPEFILE CONTENENTI GLI ID

131. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging NUMERO MASSIMO E MINIMO DI PUNTI PER L'INTERPOLAZIONE

132. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging MODELLO DEL VARIOGRAMMA: 1. sferico 2. esponenziale 3. gaussiano 4. sillian

133. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging MODELLO DEL VARIOGRAMMA: 1. sferico 2. esponenziale 3. gaussiano 4. sillian

134. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging RAGGIO DI RICERCA DELLE STAZIONI

135. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging DATI SPAZIALI E MISURE IN INPUT

136. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging DATI INTERPOLATI IN OUTPUT

137. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging L'output del comando h.kriging è un file contenente per ogni istante temporale il valore di pioggia interpolata nei diversi punti. Ogni punto di interpolazione è contraddistinto dall'ID specificato come dato di input al modello.

138. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging L'output del comando h.kriging è un file contenente per ogni istante temporale il valore di pioggia interpolata nei diversi punti. Ogni punto di interpolazione è contraddistinto dall'ID specificato come dato di input al modello. I dati in questo modo non sono visualizzabili spazialmente, per visualizzarli è necessario associare il dato ai punti di interpolazione. Questa procedura viene fatta con il comando v.addattribute.

139. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging Questo comando aggiunge un campo allo shapefile in input contenente le posizioni, con il valore letto nel file dei dati, relativo allo stesso ID.

140. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging Questo comando aggiunge un campo allo shapefile in input contenente le posizioni, con il valore letto nel file dei dati, relativo allo stesso ID. Il formato dei dati è del tipo: id1 valore 1 id2 valore1 id3 valore1.... idn valore1 id1 valore2 id2 valore2 id3 valore2.... idn valore2 .... id1 valoren id2 valoren id3 valoren.... idn valoren

141. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging Questo comando aggiunge un campo allo shapefile in input contenente le posizioni, con il valore letto nel file dei dati, relativo allo stesso ID. Il formato dei dati è del tipo: id1 valore 1 id2 valore1 id3 valore1.... idn valore1 id1 valore2 id2 valore2 id3 valore2.... idn valore2 .... id1 valoren id2 valoren id3 valoren.... idn valoren Il comando può essere eseguito su un intervallo di tempo e crea uno shapefile per ogni istante temporale.

142. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

143. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging INTERVALLO TEMPORALE DI ESECUZIONE DEL COMANDO

144. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging CAMPO DI ASSOCIAZIONE TRA DATI SPAZIALI E VALORI DA ASSEGNARE

145. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging DATI DI INPUT

146. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging CARTELLA CON GLI SHAPEFILE CREATI

147. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

148. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

149. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

150. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging

151. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.kriging Se si utilizza la Console...

152. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami Just An Other Meteo Interpolator, questo interpolatore non è un interpolatore geostatistico, ma lavora considerando sia la componente spaziale che altimetrica dei dati.

153. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami Just An Other Meteo Interpolator, questo interpolatore non è un interpolatore geostatistico, ma lavora considerando sia la componente spaziale che altimetrica dei dati. Si può utilizzare per l'interpolazione di tutte le variabili meteorologiche che hanno una forte variabilità con la quota come temperatura, pressione, umidità relativa e velocità del vento. Fa riferimento ad una suddivisione del bacino in fasce altimetriche.

155. pressione

156. umidità relativa

157. velocità del vento

158. escursione termica giornaliera

159. escursione termica mensile

160. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami È stata sviluppata una metodologia per assegnare in modo dinamico le stazioni di pertinenza ad ogni bacino.

161. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami È stata sviluppata una metodologia per assegnare in modo dinamico le stazioni di pertinenza ad ogni bacino. Per ogni istante temporale vengono assegnate ad ogni versante le stazioni con dati validi che si trovano all'interno del bacino o in un buffer di dimensioni variabili da 10 ad un massimo di 80 km dal bacino.

162. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami È stata sviluppata una metodologia per assegnare in modo dinamico le stazioni di pertinenza ad ogni bacino. Per ogni istante temporale vengono assegnate ad ogni versante le stazioni con dati validi che si trovano all'interno del bacino o in un buffer di dimensioni variabili da 10 ad un massimo di 80 km dal bacino. L'assegnazione delle stazioni ai bacini viene fatta in modo che ci siano al massimo un numero di n stazioni valide per il bacino per ogni fascia altimetrica . n è un valore fissato dall'utente.

163. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami In questo modo è possibile rappresentare la variabilità delle grandezze meteo all'interno del bacino anche se di piccole dimensioni.

164. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami In questo modo è possibile rappresentare la variabilità delle grandezze meteo all'interno del bacino anche se di piccole dimensioni. La metodologia per l'assegnazione dinamica delle stazioni ai bacini permette di avere sempre una buona quantità di dati a disposizione per il calcolo, sono comunque previsti i casi in cui sono disponibili i dati solo per una o due stazioni, indipendentemente dalla quota.

165. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami L'output del h.jami analogamente al kriging è un file di testo con i dati per ogni bacino per ogni fascia altimetrica. Questi dati possono essere associati ai bacini per una rappresentazione spaziale utilizzando la stessa metodologia del kriging.

166. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami

167. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami DEFINIZIONE DEL PERIODO DI SIMULAZIONE

168. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami TIPO DI DATO DA INTERPOLARE

169. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami PARAMETRI PER L'ASSEGNAZIONE DINAMICA STAZIONI-BACINI

170. INTERPOLAZIONE PIOGGE: h.jami CAMPI DEGLI SHAPEFILE DA CONSIDERARE PER I BACINI USARE IL NETNUM!!

171. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami FILE DI INPUT: GEOMETRIE E DATI DA INTERPOLARE

172. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami FILE DI OUTPUT CON I DATI INTERPOLATI PER BACINO PER FASCIA ALTIMETRICA

173. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami Se si utilizza la Console...

174. INTERPOLAZIONE METEO: h.jami FILE DI OUTPUT CON I DATI INTERPOLATI PER BACINO PER FASCIA ALTIMETRICA

176. pioggia nel baricentro dei bacini

177. dati riguardanti l'indice energetico

178. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance DEFINIZIONE DEL PERIODO DI SIMULAZIONE

179. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance CAMPO DI CONNESSIONE TRA DATI E GEOMETRIE

180. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance SHAPEFILE DEI BACINI SU CUI FARE L'ANALISI

181. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance DATI METEO IN INTERPOLATI

182. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance FILE DI OUTPUT DEL MODELLO

183. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance Il risultato di h.energybalance non è un risultato grafico ma un file di testo dove ci sono tutte le grandezze riferite agli ID analogamente a quanto avviene per i programmi di interpolazione. Nel risultato generale che è quello che viene poi passato al modello di generazione del deflusso sono salvate diverse variabili mediate sui bacini.

185. radiazione netta

186. radiazione netta ad onda corta

187. temperatura

188. umidità relativa

189. velocità del vento

190. pressione

191. SWE

192. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance Questi attributi possono essere assegnati agli shapefile e graficati analogamente a quanto visto per i dati meteo. È possibile comunque visualizzare dei grafici dell'andamento delle quantità più significative in un bacino selezionato se si esegue da Console e si richiede l'output grafico.

193. BILANCIO DI ENERGIA: h.energybalance Se si utilizza la Console... VISUALIZZAZIONE DEI GRAFICI