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PROGETTO FINALIZZATO CAMBIAMENTI CLIMATICI E AGRICOLTURA "CLIMAGRI"

SOTTOPROGETTO 3 :  Siccità, desertificazione e gestione delle risorse idriche.

TEMATICA 3.4:

Stima statistica descrittiva di alcuni casi sperimentali di incremento artificiale delle precipitazioni.

Responsabile della ricerca : Prof.ssa Francesca Gallo - Dipartimento di Statistica, Probabilità e statistiche Applicate Università "La Sapienza" (Roma)

FINALITA' DELLA RICERCA

Lo studio inizierà con l'acquisizione dei dati, relativi al periodo di sperimentazione 1991-1994 del Progetto Pioggia, sia rilevati dalle stazioni a terra che dai radiosondaggi e dalle postazioni radar. Il progetto provvederà a valutare e stimare l'efficacia operativa delle azioni di inseminazione artificiale delle nubi al fine di incrementare le precipitazioni piovose. Le metodologie che si intende applicare sono, principalmente, quelle connesse con l'analisi dei dati dipendenti; qui si citano solamente il variogramma, la funzione di covarianza, le misure di autocorrelazione e le metodologie per l'analisi statistica delle serie spazio-temporali. Inoltre vengono analizzate e studiate le capacità di ogni funzione di cogliere la dipendenza delle varie ipotesi formulate. I dati al suolo vengono analizzati, in prima istanza, separatamente da quelli radar e da quelli dei radiosondaggi. Ciò è necessario in quanto le tipologie di questi dati sperimentali sono così diverse tra loro tanto da rendere opportuno uno studio con metodologie adeguate alle loro caratteristiche. Verrà anche affrontato il problema della individuazione dei cosiddetti "outliers". Un aspetto innovativo da non trascurare riguarda lo studio delle relazioni esistenti tra i dati rilevati al suolo con quelli che scaturiscono dalle rilevazioni radar e dai radiosondaggi. Questo approccio dovrà superare problemi metodologici connessi con la diversa natura e tipologia dei dati meteorologici definibili classici con quelli derivanti dalle immagini radar. Per chiarire una correlazione dati "suolo - dati radar" non può essere stimata con il classico coefficiente di Bravais, ma con un indice convenientemente modificato. Per poter valutare il significato di questo nuovo indice, per stimare gli intervalli di confidenza è necessario studiarne la robustezza. Un altro aspetto riguarda le variabili direzionali che richiedono un approccio metodologico del tutto particolare. Anche in questo caso per studiare le relazioni che intercorrono tra variabili di natura così diversa dovranno essere definiti opportuni indici e dovrà essere studiata la loro robustezza. Pertanto, questa ricerca prende le mosse dai dati sperimentali raccolti in occasione del "Progetto Pioggia", tuttavia presenta aspetti innovativi sia dal punto di vista metodologico per l'analisi dei dati, che da quello che concerne lo studio di dati (rilevazioni radar e radiosondaggi) che non sono stati presi in considerazione nei precedenti studi.

DESCRIZIONE DELLA RICERCA ARTICOLATA NEI TRE ANNI

1° Anno - Acquisizione dei dati delle serie spaziali e temporali del Progetto Pioggia e delle serie temporali dei dati meteorologici a partire dal 1951. Acquisizione dei dati relativi ai radiosondaggi ed alle postazioni radar. Selezione degli insiemi di dati da analizzare. Definizione della base di dati. Studi metodologici sulla robustezza degli indicatori dati suolo, dati radar, dati direzionali. Ricerca degli outliers.

2°Anno - Completamento delle attività del primo anno. Stima delle misure di variabilità proprie dei dati spaziali, direzionali e spazio-temporali, sia per quelli al suolo che per quelli radar e radiosondaggi. Analisi della dipendenza delle osservazioni per mezzo dei variogrammi, delle funzioni di covarianza, delle misure di autocorrelazione

3° Anno - Completamento delle attività del precedente anno. Definizione dei limiti di fiducia delle stime degli indicatori presi in considerazione per focalizzare il possibile incremento delle precipitazioni in conseguenza dell'inseminazione artificiale delle nubi. Stima di una funzione stocastica atta a valutare preventivamente l'incremento della pioggia in caso di inseminazione artificiale. Stesura della relazione finale con fornitura dei risultati alla specifica linea di ricerca (4.1) che cura la diffusione dei risultati nell'ambito del sottoprogetto 4.

Le ipotesi più usuali di stazionarietà verranno riesaminate alla luce delle più avanzate teorie dei grafi e si valuterà la possibilità di rimodellizzare attraverso processi stocastici. Si intende, inoltre, continuare sulla via di valutare le conseguenze di errori di specificazione del modello sulla bontà delle stime. Le proposte metodologiche verranno verificate su insiemi di dati concernenti la distribuzione spazio-temporale delle precipitazioni. Un altro aspetto innovativo da non trascurare riguarda lo studio delle relazioni esistenti tra i dati rilevati al suolo con quelli che scaturiscono dalle rilevazioni radar e dai radiosondaggi. Questo approccio dovrà superare problemi metodologici connessi con la diversa natura e tipologia dei dati meteorologici definibili classici con quelli derivanti dalle immagini radar. Un altro aspetto che sarà preso in considerazione riguarda i processi di simulazione per la stima delle funzioni di potenza degli indici statistici, sia classici e sia modificati con i criteri di cui ai quadri precedenti, per determinarne le distribuzioni di probabilità generando in successione blocchi di 2000 processi simulativi, utilizzando varie tecniche bootstrap per definire la convergenza e i limiti di fiducia delle stime. Inoltre, le variabili direzionali, sia come intensità che come velocità, saranno analizzate con le metodologie proprie che caratterizzano questa classe di variabili. Oltre a ciò verrà anche affrontato il problema della individuazione dei cosiddetti "outliers".

I molteplici risultati che scaturiranno dalla ricerca consentiranno al ricercatore di avere una migliore ed approfondita conoscenza dei risultati indotti dalla inseminazione artificiale delle nubi. Ciò permetterà un notevole miglioramento nella messa a punto dei disegni sperimentali da realizzare in futuro per eseguire gli interventi di inseminazione artificiale delle nubi. Questa maggiore affidabilità del processo di efficacia dell'intervento ha come conseguenza il miglioramento del rapporto costi benefici. Pertanto i risultati rappresenteranno un notevole strumento di supporto per le decisioni che gli organi di governo saranno chiamati a prendere al fine di ottimizzare le azioni nel quadro degli argomenti studiati dal sottoprogetto "siccità, desertificazione e gestione delle risorse idriche nell'area del Mediterraneo".

La natura e la molteplicità dei dati sperimentali rilevati durante l'esecuzione del "Progetto Pioggia" consente studi ed analisi non effettuate in precedenti ricerche. Infatti, poter disporre di serie spazio-temporali di variabili rilevate al suolo e contemporaneamente di radiosondaggi ed immagini radar permette di eseguire analisi e valutazioni che presentano interessanti innovazioni investigative, metodologiche conferendo ai risultati significati assai più profondi ed interessanti in grado di fare luce su aspetti ancora non del tutto chiari. Pertanto dopo aver creato le necessarie base dati, si procederà alle prime analisi per singola variabile temporale e per singola variabile spazio-temporale. Tali analisi saranno eseguite utilizzando gli appropriati strumenti metodologici per tener conto della natura e tipologia dei dati sperimentali. Le variabili direzionali, le immagini radar, i dati al suolo saranno studiati con metodologie diverse. Inoltre le valutazioni prenderanno in considerazione, tra l'altro, la ricerca ed la individuazione degli outliers. Successivamente sarà affrontato il problema delle relazioni tra variabili che presenta difficoltà particolari quando si tratta di affrontare simultaneamente l'analisi di variabili "diverse" per tipologia. Per esempio, variabili direzionali e dati radar. Ciò richiede la definizione di appropriati indicatori. Per questi ultimi sarà necessario studiare la loro robustezza al fine di poter stimare il grado di fiducia che può essere loro accordato. Sarà necessario studiare la loro distribuzione per poter poi eseguire la stima degli intervalli di confidenza. Questa fase sarà eseguita ricorrendo ai processi di simulazione per la stima delle funzioni di potenza degli indici statistici e per determinarne le distribuzioni di probabilità generando in successione blocchi di 2000 processi simulativi, utilizzando varie tecniche bootstrap per definire la convergenza e i limiti di fiducia delle stime. Ciò fatto sarà possibile eseguire analisi multivariate considerando simultaneamente più variabili. Inoltre, poiché i dati oggetto di questa ricerca sono dipendenti, lo studio prenderà in considerazione metodologie quali il variogramma, la funzione di covarianza, le misure di autocorrelazione e le metodologie per l'analisi statistica delle serie spazio-temporali. Inoltre vengono analizzate e studiate le capacità di ogni funzione di cogliere la dipendenza delle varie ipotesi formulate. In seguito verranno prese in considerazione le più usuali ipotesi di stazionarietà che verranno riesaminate alla luce delle più avanzate teorie dei grafi e quindi si valuterà la possibilità di rimodellizzare attraverso processi stocastici. Si intende, inoltre, continuare sulla via di valutare le conseguenze di errori di specificazione del modello sulla bontà delle stime. Le proposte metodologiche verranno verificate su insiemi di dati concernenti la distribuzione spazio-temporale delle precipitazioni. Non è da dimenticare che i molteplici risultati che scaturiranno dalla ricerca consentiranno al ricercatore di avere una migliore conoscenza dei risultati indotti dalla inseminazione artificiale delle nubi. Ciò permetterà un notevole miglioramento nella messa a punto dei disegni sperimentali da realizzare in futuro. Questa maggiore affidabilità del processo di efficacia dell'intervento ha come conseguenza il miglioramento del rapporto costi benefici. Pertanto, i risultati attesi rappresenteranno un notevole strumento di supporto per le decisioni che gli organi di governo saranno chiamati a prendere al fine di ottimizzare le azioni nel quadro degli argomenti studiati dal sottoprogetto "siccità, desertificazione e gestione delle risorse idriche nell'area del Mediterraneo".

Dopo l'acquisizione dei dati relativi al periodo di sperimentazione 1991-1994 del Progetto Pioggia, sia rilevati dalle stazioni a terra che dai radiosondaggi e dalle postazioni radar, il progetto provvederà a valutare e stimare l'efficacia operativa delle azioni di inseminazione artificiale delle nubi al fine di incrementare le precipitazioni piovose. Le metodologie che si intende applicare sono, principalmente, quelle connesse con l'analisi dei dati dipendenti; qui si citano solamente il variogramma, la funzione di covarianza, le misure di autocorrelazione e le metodologie per l'analisi statistica delle serie spazio-temporali. Inoltre vengono analizzate e studiate le capacità di ogni funzione di cogliere la dipendenza delle varie ipotesi formulate. Verrà anche affrontato il problema della individuazione dei cosiddetti "outliers". Un aspetto innovativo da non trascurare riguarda lo studio delle relazioni esistenti tra i dati rilevati al suolo con quelli che scaturiscono dalle rilevazioni radar e dai radiosondaggi. Questo approccio dovrà superare problemi metodologici connessi con la diversa natura e tipologia dei dati meteorologici definibili classici con quelli derivanti dalle immagini radar. Per poter valutare il significato di questo nuovo indice, per stimare gli intervalli di confidenza è necessario studiarne la robustezza. Un altro aspetto riguarda le variabili direzionali che richiedono un approccio metodologico del tutto particolare. Anche in questo caso per studiare le relazioni che intercorrono tra variabili di natura così diversa dovranno essere definiti opportuni indici e dovrà essere studiata la loro robustezza. Sarà necessario studiare la loro distribuzione per poter poi eseguire la stima degli intervalli di confidenza. Questa fase sarà eseguita ricorrendo ai processi di simulazione per la stima delle funzioni di potenza degli indici statistici e per determinarne le distribuzioni di probabilità generando in successione blocchi di 2000 processi simulativi, utilizzando varie tecniche bootstrap per definire la convergenza e i limiti di fiducia delle stime. Un aspetto innovativo che sarà preso in considerazione riguarda le ipotesi più usuali di stazionarietà che verranno riesaminate alla luce delle più avanzate teorie dei grafi e si valuterà la possibilità di rimodellizzare attraverso processi stocastici. Si intende, inoltre, continuare sulla via di valutare le conseguenze di errori di specificazione del modello sulla bontà delle stime. Le proposte metodologiche verranno verificate su insiemi di dati concernenti la distribuzione spazio-temporale delle precipitazioni. Non è da dimenticare che i molteplici risultati che scaturiranno dalla ricerca consentiranno al ricercatore di avere una migliore conoscenza dei risultati indotti dalla inseminazione artificiale delle nubi. Ciò permetterà un notevole miglioramento nella messa a punto dei disegni sperimentali da realizzare in futuro. Questa maggiore affidabilità del processo di efficacia dell'intervento ha come conseguenza il miglioramento del rapporto costi benefici.  

DOCUMENTI

* Relazione I° Anno

* Scheda informativa sull'attività al 30/04/2003

* Relazione II° Anno

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