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6   misura&rappresentazione
 

6 misura&rappresentazione

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Perchè misurare. Cosa risulta dalle misure idrologiche. Serie temporali.

Perchè misurare. Cosa risulta dalle misure idrologiche. Serie temporali.

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    6   misura&rappresentazione 6 misura&rappresentazione Presentation Transcript

    • Misura e Rappresentazione delle Grandezze IdrologicheLeonardo da Vinci - L’uomo Vitruviano, ca 1487photo by Luc Viatour, www.lucnix.be Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • “ Luomo è la misura di tutte le cose, di quelle che sono in quanto sono e di quelle che non sono in quanto non sono* ” Protagora, fr.1, in Platone, Teeteto, 152aMonday, March 19, 12
    • La misura La misura Io stimo di più il trovar un vero, benché di cosa leggera, che l disputar lungamente delle massime questioni senza conseguir verità nissuna. Galileo Galilei Scritti letterari * La misura invece cerca di stabilire delle procedure con le quali assegnare un grado di oggettività, sia pure empirica, a quanto visto, legato alla ripetibilità di quanto fatto ed ottenuto. Per quanto “naturale” ci sembri oggi il concetto di misura, esso è invece il frutto di una evoluzione culturale durata secoli, e la misurazione come la intendiamo oggi è un fatto relativamente recente 3Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • La misura Misura ciò che è misurabile, e rendi misurabile ciò che non lo è. Galileo Galilei Diamo qui per scontato che ciascuno degli uditori abbia chiaro il concetto di misura (altrimenti, p.e. Agnoli, 2004, 2006, http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_measurement ) Con la consapevolezza che praticamente ogni parola delle frasi seguenti andrebbe spiegata: “Ad ogni grandezza fisica si deve, almeno in linea di principio, poter assegnare un valore numerico in modo univoco ed oggettivo, cioe riproducibile nelle stesse condizioni da qualsiasi osservatore; valore pari al rapporto fra la grandezza stessa e lunita di misura per essa prescelta (Loreti, 2006)”. 4Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • La misura Misure dirette “Per eseguire tale associazione dobbiamo disporre di strumenti e metodi che ci permettano di mettere in relazione da una parte la grandezza da misurare, e dallaltra lunita di misura (oppure multipli o sottomultipli di essa); e ci dicano se esse sono uguali o, altrimenti, quale delle due e maggiore.” La misura si dice diretta quando si confronta direttamente la grandezza misurata con lunita di misura (campione) o suoi multipli o sottomultipli; per esempio la misura di una lunghezza mediante un regolo graduato e una misura diretta.(Loreti, 2006) E una misura diretta anche quella effettuata mediante luso di strumenti pretarati (ad esempio la misura della temperatura mediante un termometro), che si fonda sulla proprieta dello strumento di reagire nella stessa maniera quando viene sottoposto alla medesima sollecitazione. 5 Riccardo Rigon Monday, March 19, 12
    • La misura Misure indirette Misure indirette sono invece quelle in cui non si misura la grandezza che interessa, ma altre che risultino ad essa legate da una qualche relazione funzionale; cosi la velocita di unautomobile puo essere misurata direttamente (tachimetro) o indirettamente, misurando spazi percorsi e tempi impiegati dai quali si risale poi alla velocita (media) con una operazione matematica.(Loreti, 2006) 6 Riccardo Rigon Monday, March 19, 12
    • La misura Le misure idrologiche (Esempi) •Altezza di precipitazione (pioggia, neve ..) • Durata della precipitazione • Altezza idrometrica • Infiltrazione • Deflussi (superficiali, nei suoli, nelle acque sotterranee) • Evapotraspirazione • Velocità del vento • Temperature • Conducibilità idraulica • Tessitura del suolo • Contenuto d’acqua (e ghiaccio) del suolo • Pressione dell’acqua • Pressione di vapore .......... 7Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Misura e rappresentazione Obbiettivi: •In queste pagine si discute della variabilità spazio temporale della misura delle grandezze idrologiche attraverso esempi. •Se ne deduce che debbono essere usati degli strumenti statistici per descriverle. 8Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Frickenhausen, sul fiume Meno Altezza Idrometrica 9Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Frickenhausen, sul fiume Meno Altezza Idrometrica 10Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Fattori che controllano le grandezze idrologiche 11Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Fattori che controllano le grandezze idrologiche I cicli idrologici sono controllati da fattori innumerevoli: sono dipendenti da innumerevoli gradi di libertà. Solo una piccola porzione di questi fattori può essere presa in considerazione, mentre la parte rimanente deve essere modellata come condizione al contorno o rumore di fondo” (tale rumore viene modellato o eliminato con strumenti statistici). Spesso infatti l’idrologo registra eventi e non è in grado di effettuare esperimenti controllati (il laboratorio è il mondo). 11Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Le dinamiche sono complesse 12Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Le dinamiche sono complesse La dinamica dei cicli idrologici è non lineare. Sono non lineari sia lidrodinamica che la termodinamica dei processi che coinvolgono anche numerose transizioni di fase. Unaltra caratteristica non lineare è che molti processi sono attivati in dipendenza dal superamento di un valore di soglia di una quantità regolatrice. Per esempio: la condensazione del vapore dacqua in gocce di pioggia avviene quando lumidità dellatmosfera eccede la saturazione; le frane si innescano quando la forza dattrito allinterno dei materiali è superata dalla spinta dellacqua allinterno dei meati del suolo; linizio dei canali della rete idrografica per effetto dellacqua che scorre sul suolo quando si supera un certo valore forza per unità di superficie. 12Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Le dinamiche sono complesse 13Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi Le dinamiche sono complesse La dinamica include processi che sono linearmente instabili: per esempio linstabilità baroclinica che guida i processi meteorologici alle latitudini medie. 13Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi I processi sono dissipativi 14Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi I processi sono dissipativi Le dinamiche climatiche ed idrologiche sono dissipative ovvero implicano il trasferimento di energia meccanica e la sua trasformazione in energia termica. I processi idrodinamici turbolenti trasportano energia dalle scale spaziali più grandi a quelle più piccole nelle quali lenergia è dissipata per attrito. Fenomeni ondulatori di vario tipo (per esempio onde di gravità) trasportano lenergia contenuta nellaria e nellacqua. 14Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi E dominati da eterogenetà 15Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • I dati idrologici hanno andamenti complessi E dominati da eterogenetà I processi idrologici sono eterogenei. Ciò significa che i processi stessi sono regolati da parametri che variano irregolarmente da punto a punto. La conoscenza di tali parametri è pertanto possibile solo con una certa incertezza. 15Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici La serie temporale delle precipitazioni 16Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi TipiciLa radiazione solare incidente 17Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Le portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento Zolezzi et al, 2009 18Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Ogni forma di rappresentazione Mette in evidenza un aspetto diverso di un dato. Per esempio la sua distribuzione 19Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento: la ciclicità Zolezzi et al, 2009 20Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Cicli L’analisi nello spazio non è l’unica possibilità. L’analisi (in questo caso con wavelets) mette in evidenza le ciclicità di un fenomeno, e ne da una interpretazione quantitativa Zolezzi et al, 2009 21Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Cicli nelle precipitazioni Burroughs, W., J., , 2003, Tabony R.C., 1979Monday, March 19, 12 Riccardo Rigon 22
    • Cicli nella temperatura Burroughs, W., J., , 2003, Tabony R.C., 1979Monday, March 19, 12 Riccardo Rigon 23
    • Alcuni Casi Tipici L’aggregazione dei dati Bilancio idrologico annuale dei bacini del Lago della Serraia. L’aggregazione dei dati è effettuata sulla base delle esigenze prognostiche. 24Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici 1D - 2D -3D I dati hanno uno sviluppo spaziale: anch’esso con la sua complessità: qui contenuto d’acqua del suolo nel bacino di Little Washita (Oklahoma) 25Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici 1D - 2D -3D contenuto d’acqua del suolo nel bacino di Little Washita (Oklahoma) 26Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici La distribuzione della permeabilità idraulica in un acquifero Roth, K. (2007). Soil Physics Lecture Notes (p. 1-340). 27Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • La temperatura e contenuto d’acqua del suolo in presenza di ghiaccioMonday, March 19, 12 Riccardo Rigon Roth, K. (2007). Soil Physics Lecture Notes (p. 1-340). Alcuni Casi Tipici 28
    • Alcuni Casi Tipici La distribuzione spaziale delle precipitazioni 29Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • La distribuzione spaziale della neve Grünewald et al., 2010Monday, March 19, 12 Riccardo Rigon Alcuni Casi Tipici 30
    • Alcuni Casi Tipici Variabili idrologiche misurate nei nodi del reticolo idrografico Lo spazio, qui è fornito sul reticolo idrografico. Quindi il dato può essere organizzato topologicamente 31Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Sequenza caratteristica di una misura idrologica Grandezza idrologica es. precipitazione Intensità del fenomeno, Rilevamento segnale osservabile Su carta o su supporto Registrazione informatico 32Stefano OrlandiniMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Sequenza caratteristica di una misura idrologica Ad un centro di Trasmissione acquisizione Dai formati dello strumento Conversione alle grandezze Eliminazione degli errori, Controllo interpolazione dei dati mancanti, etc 33Stefano OrlandiniMonday, March 19, 12
    • Alcuni Casi Tipici Sequenza caratteristica di una misura idrologica Su vari supporti, oggi su Archiviazione database Recupero Dal database Utente finale 34Stefano OrlandiniMonday, March 19, 12
    • Gli strumenti non sempre funzionano Zambrano-Bigiarini, M. (2010)Monday, March 19, 12 Riccardo Rigon Alcuni Casi Tipici 35
    • Epilogo La misura delle variabili idrologiche è complessa e da risposte complesse. •Ogni rappresentazione di tali risposte mette in evidenza degli elementi particolare del processo. •La rappresentazione dipende anche da che cosa si vule conoscere e si ritiene importante •I dati costano e devono venire archiviati in modo da essere fruiti facilmente •I dati sono essi stessi modelli della realtà e non possono essere creduti con assoluta certezza 36Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Grazie per l’attenzione G.Ulrici - Uomo dope aver lavorato alle slides , 2000 ? 37Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Bibliografia Bibliografia e Approfondimenti Agnoli, P., Il senso della misura, la codifica della realtà tra filosofia, scienza ed esistenza umana, Armando Editore, 2004 Agnoli, P., Breve introduzione storica alle prime unità di misura, http://www.roma1.infn.it/~dagos/SSIS/ PaoloAgnoli_appuntimisure.pdf , 2006, last retrieved 2011/03/18 AA.VV, Le misure nella scienza, nella tecnica, nella società, Manuale di metrologia, a cura di S. Sartori, Paravia, Torino,1979 AA. VV, Le misure di grandezze fisiche, a cura di E. Arri e S. Sartori, Paravia, Torino,1984 Burroughs, W., J, Weather Cycles, Cambridge U. P., 2003 Grünewald, T., Schirmer, M., Mott, R., & Lehning, M. (2010). Spatial and temporal variability of snow depth and ablation rates in a small mountain catchment. The Cryosphere, 4(2), 215-225. doi:10.5194/ tc-4-215-2010 Loreti, M., Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica: Introduzione alla Fisica Sperimentale, 2006, http://wwwcdf.pd.infn.it/labo/INDEX.html, last retrieved 2011/03/18 Roth, K. (2007). Soil Physics Lecture Notes (p. 1-340), 2007, http://www.iup.uni-heidelberg.de/institut/ forschung/groups/ts/soil_physics/students/lecture_notes05/sp.pdf, last retrieved 2011/03/18 38Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Bibliografia Shuttleworth, W. James (January/February 2008). "Evapotranspiration Measurement Methods". Southwest Hydrology (Tucson, AZ) 7 (1): 22–23. Retrieved 2009-07-22. Western, Andrew W. (2005). "Principles of Hydrological Measurements". In Anderson, Malcolm G.. Encyclopedia of Hydrological Sciences. 1. West Sussex, England: John Wiley & Sons Inc.. pp. 75–94 Tabony, R. C. (1979), A spectral filter analysis of long period records in England and Wales, Meterol. Mag. 108, 97-119 Zambrano-Bigiarini, M. (2010). On the effects of hydrological uncertainty in assessing the impacts of climate change on water resources, 1-293. 39Riccardo RigonMonday, March 19, 12
    • Bibliografia Risorse Web http://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_hydrology, last retrieved 2011/03/18 http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_measurement, last retrieved 2011/03/18 http://www.paoloagnoli.it/immagini/Tesi%20Filosofia%20P.%20Agnoli.pdf, last retrieved 2011/03/18 http://www.metrum.org/measures/index.htm, last retrieved 2011/03/18 40Riccardo RigonMonday, March 19, 12