Il termine nowcasting è usato per enfatizzare il carattere estremamente breve della natura di questa previsione il cui intervallo temporale varia, generalmente, da 0 a 3 ore. Gli approcci di nowcasting, in generale, si pongono come obiettivo quello di descrivere, ad istanti futuri, sia l’intensità che la morfologia assunta dei sistemi di precipitazione data la conoscenza di informazioni passate circa lo stato dell’atmosfera.
Il fine ultimo è quello di produrre previsioni di fenomeni convettivi ad alto impatto come alluvioni e grandine con un anticipo sufficiente e con una specificità spaziale in grado, attraverso azioni opportune, di mitigare le possibili perdite.
Il prodotto NowCast, può essere implementato in qualsiasi radar meteo e fornisce un'indicazione sull'evoluzione temporale della riflettività (o della precipitazione) negli istanti futuri, particolarmente utile per seguire, attraverso il radar, il percorso previsto da celle temporalesche convettive.
Nel caso di grandine il NowCast può essere accoppiato col modulo HailWATCH per prevedere le zone ad imminente rischio grandine.
La metodologia adottata si basa sull'algoritmo SPARE (Spectral Pyramidal Advection Radar Estimator) che, a partire da una sequenza temporale di mappe radar disponibili, propaga l'ultima in ordine di tempo nel futuro sino ad un'ora.
Il principio è basato sulla correlazione incrociata tra porzioni di due mappe radar consecutive che sono distanziate temporalmente di 10 minuti (Δt=10 minuti) per calcolare il vettore di spostamento risultante [1].
Tecnica SPARE per il nowcasting della riflettività radar
Nella figura sottostante viene riportato un esempio di applicazione ai dati di riflettività di un radar in banda C che si trova al confine tra Lazio e Abruzzo. Il VMI (Vertical Maximum Indicator) rappresenta il massimo valore di riflettività sulla verticale di ogni punto geografico.
VMI effettivo VMI previsto
[1] Montopoli M., F.S. Marzano, Picciotti E. and Vulpiani G. "Spatially-Adaptive Advection Radar Technique for Precipitation Mosaic Nowcasting", IEEE journal of selected topics in applied earth observations and remote sensing, vol. 5, no. 3, pp. 874 884 June 2012.
HailWATCH
La grandine è una forma di precipitazione allo stato solido, composta principalmente da cristalli di ghiaccio di dimensione e forma variabili. I radar a singola polarizzazione non sono in grado di individuare le differenti tipologie di idrometeore, tuttavia, l’emergere di alti valori di riflettività in corrispondenza di determinate quote può essere rappresentativo dei processi fisici alla base della genesi dei chicchi di grandine.
In letteratura sono state proposte molteplici metodologie finalizzate all’individuazione della grandine tramite radar in singola polarizzazione [2], tra queste, in questo modulo viene utilizzato il metodo del VIL Density.
Il VIL [kg m-2] si calcola prima convertendo i dati di riflettività corretta dai moduli precedenti (Zc), in contenuto d’acqua liquida equivalente (M), attraverso una relazione del tipo M = Zc(h)b (con a e b opportuni coefficienti) e successivamente integrando il contenuto di acqua liquida in corrispondenza di ogni colonna verticale all'interno del volume radar.
Quindi il VIL Density [g m-3], indicato con VLD, è dato dal rapporto tra VIL e la quota massima in cui si riscontra una misura radar significativa, indicata con ETP [m]:
VLD = 1000 · (VIL/ETP) = 1000 · (a/ETP) 0∫ETP Zc(h)b dh
In pratica il VLD rende il VIL indipendente dall’altezza del temporale ed aumenta al crescere della dimensione delle idrometeore quindi è maggiormente rappresentativo delle celle temporalesche che contengono nuclei grandinigeni.
La relazione empirica che lega la probabilità di grandine (POH in %) ed il VIL density può essere espressa come:
POH = 100 · [c1(VLD)3 + c2(VLD)2 + c3(VLD) + c4]
dove ci i=1,2,3,4 sono opportuni coefficienti del polinomio di terzo grado.
Nella figura seguente viene riportato un esempio di applicazione ai dati di un radar in banda X che si trova nei pressi di Pescara.
VIL density Probabilità di grandine
[2] Holleman, I. "Hail detection using single-polaritazion radar", Scientific Report, KNMI WR 2001-01, 2001.