Procedura integrata di analisi e correzione delle osservazioni radar per la stima di precipitazioni intense in ambiente alpino

L'avvento delle stime radar di precipitazione ha permesso, negli ultimi decenni, di estendere la conoscenza dei processi di pioggia a scale spaziali e temporali altrimenti inaccessibili sulla sola scorta delle misure da reti di pluviometri; l'approccio alla modellazione dei sistemi idrologici e geomorfici è modificato in profondità e la nozione di modellazione spazialmente distribuita sta sostituendo quella di modellazione concentrata a scala di bacino, la sola realmente disponibile nelle situazioni operative allorché l'afflusso meteorico è stimato sulla base di strumenti puntuali al suolo. L'utilizzazione del radar meteorologico risponde, in idrologia, alla necessità di rendere disponibile una descrizione della distribuzione spaziale della precipitazione che sia integrata su intervalli temporali di risoluzione adeguati agli scopi prefissati e disponibile sulle ampie scale spaziali necessarie per le utilizzazioni operative-un problema destinato a rimanere irrisolto sulla base delle misure ottenute dalle tradizionali reti di pluviometri. È tuttavia necessario riconoscere che le stime radar di pioggia sono affette da numerose sorgenti di incertezza. Assunzioni di tipo microfisico sono necessarie per la conversione della potenza riflessa in intensità di precipitazione e numerosi errori, dipendenti sia dallo strumento che dall'evento osservato, concorrono a deperire la qualità delle misure grezze. Nonostante i progressi scientifici e tecnologici degli ultimi decenni, la stima quantitativa di precipitazione da radar è un campo di ricerca aperto, e nuove procedure di elaborazione sono necessarie sia per scopi di ricerca che per applicazioni operative in tempo reale (Panziera et al., 2011). Lo scopo di questa ricerca è il miglioramento delle stime quantitative di precipitazione da radar meteorologico per eventi idrometeorologici intensi in ambiente alpino, e colmare, in tal modo, le incertezze relative alla valutazione e alla previsione del rischio idro-geologico e dell'innesco di colate detritiche che sono collegate alla scarsa attendibilità delle misure radar (Berne e Krajewski, 2012; Chen et al., 2013). Gli eventi più intensi dal punto di vista idrometeorologico sono spesso anche i più interessanti per la radar-idrometeorologia dal momento che il loro monitoraggio è difficilmente conseguibile tramite altri strumenti (Borga et al., 2000, 2008). Il lavoro è organizzato su tre temi: i) lo sviluppo di una procedura di ri-analisi radar per eventi intensi, ii) la ricostruzione dei campi di precipitazione e l'analisi del campionamento pluviometrico dei medesimi eventi e iii) il miglioramento della catena di elaborazione in tempo reale. Lo studio si concentra sulla regione del Trentino-Alto Adige, caratterizzata da topografia e climatologia tipicamente alpine e dove in estate sono frequenti nubifragi molto intensi che possono dar luogo a piene improvvise e colate detritiche. La procedura di elaborazione e correzione delle misure radar è orientata, in particolare, alla ri-analisi di eventi intensi. La catena di correzione è strutturata in modo da tener conto degli effetti di errori multipli e utilizza algoritmi di correzione fisicamente basati in grado di correggere gli effetti dovuti a i) attenuazione da radome bagnato (Marra et al., 2010), ii) occlusione parziale del fascio (Delrieu e Creutin, 1995), iii) attenuazione del segnale (Delrieu et al., 1997, 1999a,b, 2000; Serrar et al., 2000) e iv) eterogeneità del profilo verticale (Andrieu e Creutin, 1995a,b). Abbiamo ri-analizzato 7 eventi significativi e quantificato la qualità delle stime tramite confronti con le misure al suolo per mezzo di appositi indicatori statistici. Abbiamo, infine, stimato l'effetto della procedura di elaborazione e valutato il contributo delle singole correzioni alla performance complessiva. Per eventi convettivi intensi la correzione per attenuazione contribuisce per oltre il 50% al miglioramento della stima; nonostante ciò nessuna delle altre correzioni si rivela trascurabile. Attualmente, però, l'algoritmo di correzione per attenuazione non è automatizzabile in modo stabile, di conseguenza non è utilizzabile in tempo reale. Le colate detritiche rappresentano una delle principali sorgenti di pericolosità idrogeologica del territorio montano. Il loro accadimento è condizionato da numerosi fattori, fra cui uno dei più importanti è rappresentato, nel territorio in esame, dal verificarsi di precipitazioni brevi ed intese (Caine, 1980; Guzzetti et al., 2008). Abbiamo studiato i campi di precipitazione relativi ad eventi durante i quali sono state innescate colate detritiche e quantificato le scale di variazione dimensionale e la distribuzione in quota della precipitazione. Abbiamo, quindi, stimato la severità locale dei campi di precipitazione in corrispondenza dei bacini di innesco e abbiamo così potuto analizzare il campionamento pluviometrico di tali eventi. Abbiamo così potuto rilevare come l'uso della rete pluviometrica porti ad una sottostima sistematica della severità della precipitazione sui punti di colata, principalmente a causa di due fattori: i) la distanza media tra le stazioni è maggiore della scala dimensionale tipica degli eventi; ii) le stazioni si trovano mediamente a quote inferiori rispetto ai picchi di precipitazione arricchiti dall'orografia. Abbiamo infine applicato le conoscenze acquisite in fase di ri-analisi al miglioramento della procedura di elaborazione in tempo reale implementando l'algoritmo di correzione per radome bagnato e quantificando le performance della catena di elaborazione attualmente operativa; abbiamo, così, rilevato incertezze nella misura di eventi convettivi. Abbiamo sviluppato un algoritmo in grado di distinguere in tempo reale tra precipitazione stratiforme e convettiva e di utilizzare la procedura più appropriata. Il nuovo prodotto operativo è stato validato tramite confronto con le misure al suolo per un periodo di studio di 4 mesi ottenendo indicatori statistici migliori rispetto al prodotto operativo attuale sia per precipitazione stratiforme che convettiva. Lo sviluppo di una procedura di correzione per attenuazione automatizzabile e sfruttabile in tempo reale resta, però, un problema aperto. In presenza di fenomeni idrometeorologici intensi, infatti, la possibilità di avere a disposizione stime di precipitazione quantitativamente attendibili alla risoluzione di lavoro del radar darebbe un nuovo impulso alle tecniche di monitoraggio delle aree a rischio e alla prevenzione del rischio idro-geologico.