Utilizzo dei dati provenienti da Boe Oceanografiche nei modelli di previsione

1. Mariangela Ravaioli (CNR-ISMAR), V. Cardin (OGS), R. Bozzano (CNR-ISSIA), S. Pensieri (CNR-ISSIA), M. Pastore (CMCC), N. Pinardi (UNIBO/INGV), P. Picco (Enea-CRAM), G. Bortoluzzi (CNR-ISMAR), A. Russo (UNIVPM), A. Grandi (INGV), P. Focaccia (CNR-ISMAR) Utilizzo dei dati provenienti da Boe Oceanografiche nei modelli di previsione

2. Introduzione • Nella modellistica idrodinamica i dati provenienti dalle boe multisensore ancorate sono di strategica importanza ai fini di migliorarne le capacità previsionali. • Le boe consentono infatti un monitoraggio dello stato chimico-fisico del mare ad alta risoluzione temporale (tipicamente orario o semiorario) per i principali parametri quali Temperatura, Salinità, Velocità e Direzione della Corrente, per periodi di tempo consistenti (e solitamente limitati dal degrado “fisiologico” della strumentazione) e in una costante posizione geografica. • Importanti e storici siti osservativi sono la Boa Mambo (Golfo di Trieste), sono la Boa Oceanografia S1 (Delta del Po), la Boa Ocenaografica E1 (Costa Rimininese) la Boa ODAS Italia 1 (Mar Ligure). • L’utilizzo di questi dati nella modellistica può essere finalizzato principalmente a due obiettivi: la validazione delle previsioni, e la correzione delle previsioni mediante processi di assimilazione dei dati osservati

3. Le Boe in situ ed in real time BOA MAMBOpresso il parco di Miramare BOA ODAS Italia 1 Golfo di Genova BOA S1Delta del Po BOA E1Rimini

4. Title Adriatico settentrionale, Delta del Po Sistema Automatico di Monitoraggio Ambientale Meteo-Marino S1 Boa meteo-oceanografica coordinata dal CNR-ISMAR-Bologna • studio climatologico della variabilità delle proprietà oceanografiche dell'Adriatico settentrionale; • studio dell’impatto del fiume Po sulla piattaforma continentale; • studio dei rapporti aria-acqua da un punto di vista fisico e fisico-chimico; • studio del ruolo dei fondali nei processi distrofici dell’Alto Adriatico; • studio dei processi di sedimentazione e risedimentazione del particellato terrigeno fine in area prodeltizia. UBICAZIONE Lat 44.441042 N Lon 12.456111 E Datum WGS84 Profondità: 22.5 m DATI ACQUISITI Dati meteorologici (temperatura, pressione, direzione e velocità del vento, umidità relativa, radiazione netta) e oceanografici (direzione e velocità della corrente, temperatura, salinità, ossigeno disciolto, pH, ORP, torbidità, fluorescenza). http://s1.bo.ismar.cnr.it

5. Adriatico Centro-Settentrionale, zona di Torre Pedrera (Rimini) Sistema Automatico di Monitoraggio Ambientale Meteo-Marino E1 Boa meteo-oceanografica coordinata dalCNR-ISMAR-Bologna • Rappresentativa delle condizioni di zona costiera dell’Adriatico Centro settentrionale • Monitoraggio in continuo di condizioni marine e meteorologiche • Acquisizione di parametri sperimentali su cui tarare il modello oceanografico di previsione di concentrazione O2 • Mitigazione degli effetti degli episodi ipo-anossici attraverso attività di monitoraggio DATI ACQUISITI dati meteorologici (temperatura, pressione, direzione e velocità del vento, umidità relativa, radiazione netta) e oceanografici (direzione e velocità della corrente, temperatura, salinità, ossigeno disciolto, pH, ORP, torbidità, fluorescenza). http://e1.bo.ismar.cnr.it UBICAZIONE Lat 44 08.606 N Lon 12 34.262 E Datum WGS84 Profondità: 8,8 m http://e1.bo.ismar.cnr.it

6. Monitoraggio AMBientale OperativoBoa MAMBO 145°41.95'N - 13°42.99'E 9 anni di dati meteo-marini trasmessi in tempo reale Sito di studio per applicazioni avanzate (ADCP, CO2 monitoring, etc.) Sito LTER (additional biochemical Measurements in delayed mode) http://poseidon.ogs.trieste.it/mambo/

7. Mar Tirreno,Mar LigureW1-M3A - ODAS ITALIA 1 Boa meteo-oceanografica coordinata dal CNR-ISSIA-GENOVA/ENEA-CRAM-LA SPEZIA • Santuario dei Cetacei • Alta variabilità a tutte le scale temporali • Intensi fenomeni di interazione aria-mare • Disponibilità di lunghe serie temporali DATI ACQUISITI Dati metereologici (temperatura, pressione, umidità, irradianza, e precipitazione) e oceanografici (temperatura, direzione e velocità della corrente). I dati sono trasmessi in tempo reale. Boa meteo-oceanografica ODAS ITALIA 1 (CNR-ISSIA-GE / CNR-ISMAR-SP) Ormeggio con ADCP vicino alla boa ODAS ITALIA 1 (ENEA-SP / CNR-ISMAR-SP) L’osservatorio fa parte di una rete di osservatori oceanici europei nell’ambito del progetto Europeo EuroSITES che rappresenta la componente Europea del network globale OceanSITES e mira ad integrare gli osservatori oceanici esistenti al fine di rafforzarne la capacità di monitorare lo stato del mare e del suo fondale. www.odas.ge.issia.cnr.it

8. Le principali applicazioni nei modelli di previsione La validazione delle previsioni: il dato non viene utilizzato per correggere la previsione e risulta pertanto indipendente, ed utilizzabile per calcolare uno skill score del modello La correzione delle previsioni mediante processi di assimilazione dei dati osservati: il dato di boa viene “introdotto” nel modello con tecniche di assimilazione dati; queste tecniche, che vanno dai metodi basati su algoritmi derivati dall’analisi oggettiva ai metodi variazionali, perseguono tutte il fine di aggiustare la previsione numerica utilizzando il dato osservato durante il ciclo settimanale di analisi, in modo da fornire al modulo previsionale le migliori condizioni iniziali possibili per l’integrazione temporale, e senza causare instabilità numeriche

9. Controllo di qualità in tempo realedelle previsioni con boe fisse • BOA-S1/(Adriatic Forecasting System) : parametri confrontati • Temperatura • Salinità • Correnti • Si calcolano i bias e l’errore quadratico medio

10. Temperatura alla boa S1 per l’anno 2008

11. Salinità alla boa S1 per l’anno 2008

12. Correnti alla boa S1 in Gen. 2009

13. BOA-W1M3A/Mediterranean Forecasting System: parametri confrontati Temperatura a 0, 6, 12, 20, 29 e 36 metri Nell’ambito del progetto Europeo MyOcean, le misure acquisite vengono impiegate per validare le stime di temperatura e salinità del mare ottenute dalla catena operativa di previsione del sistema MFS e del network globale OceanSITES. Si calcolano i bias e l’errore quadratico medio Ligurian Sea – Gulf of Genoa 43°50,1520’ N 009°7,0153’ E 1250 m water depth 75 Km far from the coast Lat Depth [m] Lon

14. Temperatura alla boa W1m3a a 12 metri

15. Bias e RMS per la Temperatura a 12 metri (BOA-W1M3A)

16. Temperatura alla boa W1m3a a 29 metri

17. Bias e RMS per la Temperatura a 29 metri (BOA-W1M3A)

18. BOA-E1/Modello ROMS: parametri confrontati La Boa Oceanografia E1 antistante la costa Riminese consente di validare e correggere il modello di ocenografico ROMS finalizzato alla previsione di livelli anomali di ossigeno inerenti ad eventi ipossici ed anossici Modello ROMS BOA-E1: parametri confrontati • Ossigeno

19. Ossigeno alla boa E1 per gli anni 2007-2009 Ossigeno disciolto (ml l-1) nello strato di fondo (prof = -8.8 m) Blue= model Spurious data (fouling) Red = E1 Oceanographic Buoy Ossigeno disciolto (ml l-1) nello strato di fondo dopo la rimozione dal forecast del Mean Bias calcolato sui 7 giorni precedenti Spurious data (fouling) Blue= model Red = E1 Oceanographic Buoy

20. BIAS, RMS e altre statistiche mensili dell’ossigeno disciolto alla boa E1 a 8.8 metri (strato di fondo) Previsione Originale - 1st day Previsione Corretta - 1st day (Il Bias Medio è calcolato con Iidati della boa e la corrispondente previsione dei precedenti 7 giorni è stata sottratta dalla previsione attuale) Previsione Corretta- 2nd day Previsione Corretta- 3rd day

21. Conclusioni • Attualmente vengono utilizzati i seguenti dati: - Temperatura, Salinità e Correnti dalla boa S1 - Ossigeno dalla boa E1 - Temperatura per la W1-M3A - ODAS ITALIA 1 • Relativamente alla Boa Mambo, i dati presto saranno utilizzati per validare i modelli dell’Adriatico e del Mediterraneo • Un prossimo sviluppo del modello operativo AFS è previsto proprio nel senso di utilizzare un metodo variazionale (3D-VAR) per assimilare anche i dati osservati di Temperatura e Salinità dalle boe presenti nel suo dominio.