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Misura e Rappresentazione delle
Grandezze Idrologiche
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Riccardo RigonMonday, March 19, 12
“ L'uomo 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, 152a
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Riccardo Rigon
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* 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.
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
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
La misura
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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 l'unita' di misura per essa prescelta (Loreti,
2006)”.
Misura ciò che è misurabile, e rendi misurabile ciò che non lo è.Galileo Galilei
La misura
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“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 dall'altra l'unita' di misura (oppure multipli o sottomultipli di
essa); e ci dicano se esse sono uguali o, altrimenti, quale delle due e'
maggiore.”
Misure dirette
La misura si dice diretta quando si confronta direttamente la grandezza
misurata con l'unita' di misura (campione) o suoi multipli o sottomultipli;
per esempio la misura di una lunghezza mediante un regolo graduato e'
una misura diretta.
E' una misura diretta anche quella effettuata mediante l'uso 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.
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La misura
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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 un'automobile 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.
Misure indirette
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La misura
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Le misure idrologiche
•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
..........
(Esempi)
La misura
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Obbiettivi:
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•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.
Misura e rappresentazione
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Alcuni Casi Tipici
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Alcuni Casi Tipici
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Fattori che controllano le grandezze idrologiche
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
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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).
Fattori che controllano le grandezze idrologiche
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
Le dinamiche sono complesse
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La dinamica dei cicli idrologici è non lineare. Sono non lineari sia
l'idrodinamica che la termodinamica dei processi che coinvolgono anche
numerose transizioni di fase. Un'altra 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 d'acqua in gocce di pioggia
avviene quando l'umidità dell'atmosfera eccede la saturazione; le frane si
innescano quando la forza d'attrito all'interno dei materiali è superata dalla
spinta dell'acqua all'interno dei meati del suolo; l'inizio dei canali della rete
idrografica per effetto dell'acqua che scorre sul suolo quando si supera un
certo valore forza per unità di superficie.
I dati idrologici hanno andamenti complessi
Le dinamiche sono complesse
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
Le dinamiche sono complesse
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La dinamica include processi che sono linearmente instabili: per
esempio l'instabilità baroclinica che guida i processi meteorologici alle
latitudini medie.
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
Le dinamiche sono complesse
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I dati idrologici hanno andamenti complessi
I processi sono dissipativi
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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
l'energia è dissipata per attrito. Fenomeni ondulatori di vario tipo (per
esempio onde di gravità) trasportano l'energia contenuta nell'aria e
nell'acqua.
I dati idrologici hanno andamenti complessi
I processi sono dissipativi
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E dominati da eterogenetà
I dati idrologici hanno andamenti complessi
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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.
I dati idrologici hanno andamenti complessi
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La serie temporale delle precipitazioni
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Alcuni Casi Tipici
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La radiazione solare incidente
Alcuni Casi Tipici
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Le portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento
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Mette in evidenza un aspetto diverso di un dato. Per esempio la sua
distribuzione
Ogni forma di rappresentazione
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Portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento: la ciclicità
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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
Alcuni Casi Tipici
Cicli
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Bilancio idrologico annuale dei bacini del Lago della Serraia. L’aggregazione dei dati
è effettuata sulla base delle esigenze prognostiche.
Alcuni Casi Tipici
L’aggregazione dei dati
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I dati hanno uno sviluppo spaziale: anch’esso con la sua complessità: qui contenuto d’acqua del suolo nel bacino di Little Washita (Oklahoma)
Alcuni Casi Tipici
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1D - 2D -3Dcontenuto d’acqua del suolo nel bacino di Little Washita (Oklahoma)
Alcuni Casi Tipici
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La distribuzione della permeabilità idraulica in un acquifero
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Alcuni Casi Tipici
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La distribuzione spaziale delle precipitazioni
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Alcuni Casi Tipici
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Lo spazio, qui è fornito sul reticolo idrografico.
Quindi il dato può essere organizzato
topologicamente
Alcuni Casi Tipici
Variabili idrologiche misurate nei nodi del reticolo idrografico
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Sequenza caratteristica di una misura idrologica
Grandezza idrologicaes. precipitazione
Rilevamento
Registrazione
Intensità del fenomeno, segnale osservabile
Su carta o su supporto informatico
Alcuni Casi Tipici
Stefano Orlandini
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Sequenza caratteristica di una misura idrologica
Trasmissione
Conversione
Controllo
Ad un centro di acquisizione
Dai formati dello strumento alle grandezze
Eliminazione degli errori, interpolazione dei dati
mancanti, etc
Alcuni Casi Tipici
Stefano Orlandini
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Sequenza caratteristica di una misura idrologica
Archiviazione
Recupero
Utente finale
Su vari supporti, oggi su database
Dal database
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Stefano Orlandini
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Epilogo
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
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Grazie per l’attenzione
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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
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Bibliografia
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Risorse Web
Bibliografia
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