All’interno di EUMETSAT (Organizzazione europea intergovernativa per la fornitura di dati, immagini e prodotti satellitari legati al meteo e al clima), H-SAF fornisce operativamente stime basate su sensori satellitari a infrarossi e a microonde a bordo di satelliti polari e geostazionari. La convalida dell’intero portafoglio di prodotti pluviometrici viene effettuata periodicamente utilizzando, come riferimento a terra, i campi di pioggia radar o i pluviometri. In particolare, in un nuovo studio è stata affrontata la convalida dei prodotti di precipitazione H-SAF in aree extraeuropee. Ciò è stato possibile dalla disponibilità dei dati raccolti dal radar polarimetrico mobile in banda X durante il progetto CHUVA svoltosi in due regioni del Brasile (Vale do Paraíba e Manaus), tra il 2011 e il 2014.
Lo studio ha due principali obiettivi: applicare le tecniche di processamento ai dati radar delle campagne CHUVA e utilizzare quest’ultimi per validare la qualità dei prodotti HSAF. Generalmente, la stima quantitativa delle precipitazioni (QPE), utilizzando il radar meteorologico terrestre, è influenzata da diverse fonti di incertezza: calibrazione del radar, ostruzione parziale del fascio, ostacoli del terreno, contaminazione del segnale da oggetti non meteorologici, attenuazione da pioggia. In particolare, le osservazioni radar meteo in banda X sono soggette ad una attenuazione per pioggia significativamente più alta rispetto alle osservazioni radar delle bande S o C utilizzate operativamente dai servizi meteorologici.
Un modo per affrontare l’attenuazione è l’uso della polarimetria radar. I radar polarimetrici offrono nuove variabili che consentono una maggiore comprensione delle precipitazioni e nuovi modi per gestire queste fonti di errore. Nello studio è presentata una catena di elaborazione del dato radar che da un lato mira a compensare o, almeno, minimizzare o eliminare tali incertezze e dall’altro a fornire un indicatore di qualità. In ciascuno stadio della catena sono introdotti indici di qualità parziali riuniti poi in un indice qualitativo complessivo e associato al dato, allo scopo di valutare l’incertezza relativa alle fonti di errore (Figura 1).
Figura 1. Diagramma a blocchi della catena di elaborazione polarimetrica
Differenti algoritmi sono stati impiegati nella stima della precipitazione: dai più tradizionali a combinazioni di variabili polarimetriche che utilizzano la qualità del dato come fattore peso. I risultati del QPE sono stati confrontati con le misurazioni pluviometriche e costituiscono non solo una valutazione della metodologia di elaborazione, ma confermano la superiorità degli algoritmi polarimetrici, come ripetutamente riportato in letteratura. L’algoritmo che tiene conto della qualità del dato ha fornito le migliori prestazioni ed è stato scelto per la stima della precipitazione.
Il passo successivo è stato quello di utilizzare le stime radar per verificare la qualità dei prodotti di precipitazione a microonde passivi operativi di EUMETSAT H-SAF. Questi prodotti sono generati facendo uso di due algoritmi di stima delle precipitazioni: uno basato sull’utilizzo di un database sulla fisica del comportamento bayesiano delle dinamiche della nube, costituito da migliaia di profili meteorologici microfisici derivati da simulazioni di modelli che risolvono la nube di diversi eventi di precipitazione, e l’altro basato su una rete neurale di radiometri passivi a microonde. A causa della diversità tra i prodotti radar e satellitari in termini di tecniche di rilevamento e di risoluzione spaziale e temporale, è stato necessario ottimizzare la risoluzione radar a quella nominale satellitare e far inoltre combaciare temporalmente le rilevazioni (Figura 2). Infine una valutazione statistica è stata applicata ad ogni coppia di pixel radar-satellite.
Figura 2. (a) Tasso di pioggia da radar scalato alla rete satellitare e (b) mappa del tasso di pioggia da radiometro a microonde nella Vale do Paraíba il 1° dicembre 2011.
In conclusione, sono stati analizzati dati in differenti regimi di precipitazione. I risultati delle osservazioni mediante gli algoritmi basati su satellite, che in generale tendono a osservare un’area di precipitazione più ampia rispetto al radar a terra, hanno mostrato la sovrastima delle precipitazioni intense nella regione di Manaus. Tale comportamento è correlato al fatto che le condizioni ambientali e meteorologiche della regione amazzonica non sono ben rappresentate negli algoritmi. Diversamente, per la regione Vale do Paraíba, i modelli di precipitazione sono stati ben rilevati e le stime risultate conformi al riferimento, come indicato dai bassi valori degli indici di errore.
Per quanto riguarda i piani futuri, viste le limitazioni nello schema di screening delle precipitazioni nella regione amazzonica, saranno effettuate nuove verifiche con un campione più denso e completo nonché un nuovo schema in grado di gestire il contenuto di vapore acqueo in questa regione.
Autore dell’articolo: Stefano Barbieri.
Referenze
Martins Costa do Amaral, L.; Barbieri, S.; Vila, D.; Puca, S.; Vulpiani, G.; Panegrossi, G.; Biscaro, T.; Sanò, P.; Petracca, M.; Marra, A.C.; Gosset, M.; Dietrich, S. Assessment of Ground-Reference Data and Validation of the H-SAF Precipitation Products in Brazil. Remote Sens. 2018, 10, 1743.