Analisi dei metodi di interpolazione del campo di vento in un'area topograficamente complessa

Many applications in meteorological and hydrological field require, among the various input parameters, the knowledge of the wind speed and direction, which define the so-called “wind field”. One of them concerns the determination of evapotranspiration, namely the physical-chemical phenomenon given by the sum of two different contributes: the water evaporation and transpiration by the crop. Whereas the required data have to be continuous in space and time, the information that in fact one has is often little and spatially inhomogeneous. This aspect is even more pronounced in those areas where there are major mountain ranges, and this is mainly due to the inaccessibility to these places. To obtain values of wind speed and direction which are continuous in space and time, therefore, it is necessary to use appropriate interpolation techniques that are able to exploit in the best way the punctual observations carried out by meteorological stations. These methods are distinguished from each other for different estimation procedures and especially for the different hypothesis on which they are based: the nature of the hypothesis, in particular, inevitably affects the degree of approximation of the predicted wind field. Moreover, the choice of an interpolator rather than another also has to take account of the topographic features of the analyzed area because in a region characterized by a very variable morphology the wind speed and direction tend to change quickly because of the topographic effect. The thesis proposed here aims first to analyze the effectiveness of three interpolation algorithms (Thiessen, Inverse Distance Squared and MicroMet) in the estimation of the wind field, considering a topographically complex area such as the one represented by the Alto Po basin (and its sub-domains). Subsequently, the propagation of the wind field interpolation error was evaluated within the estimates for evapotranspiration.

Molte applicazioni in campo meteorologico e idrologico richiedono, tra i vari parametri di ingresso, la conoscenza della velocità e della direzione del vento, le quali definiscono il cosiddetto “campo di vento”; una di queste riguarda la determinazione dell’evapotraspirazione, ossia di quel fenomeno fisico-chimico dato dalla somma di due contributi: l’evaporazione dell’acqua e la traspirazione della vegetazione. Se da una parte, però, i dati richiesti debbono essere continui nello spazio e nel tempo, dall’altra le informazioni di cui si dispone sono, invece, molto spesso poche e spazialmente disomogenee; tale aspetto è ancor di più accentuato nelle aree laddove sono presenti importanti rilievi montuosi e ciò è dovuto principalmente all’inaccessibilità, talvolta, di questi luoghi. Per disporre di valori di velocità e di direzione del vento continui nello spazio e nel tempo, quindi, è necessario ricorrere all’utilizzo di opportune tecniche di interpolazione che siano in grado di sfruttare nel migliore dei modi le osservazioni puntuali effettuate mediante apposite stazioni di misura; questi metodi si distinguono l’uno dall’altro per i differenti procedimenti di stima e, soprattutto, per le diverse ipotesi sulle quali si basano: la natura di queste ultime, in particolare, incide inevitabilmente sul grado di approssimazione del campo di vento predetto. La scelta di un interpolatore piuttosto che di un altro, inoltre, deve tenere conto anche delle peculiarità topografiche dell’area che si vuole analizzare, poiché in una regione caratterizzata da una morfologia molto variabile la velocità e la direzione del vento tendono a mutare repentinamente a causa dell’effetto topografico. Il lavoro di tesi qui proposto ha come obiettivo quello di analizzare dapprima l’efficacia di tre algoritmi di interpolazione presenti in letteratura (Thiessen, Inverse Distance Squared, MicroMet) nella stima del campo di vento, considerando un’area topograficamente complessa come quella rappresentata dal bacino dell’Alto Po (e altri sottodomini). Inoltre, in un secondo momento è stata valutata la propagazione dell’errore di interpolazione del campo di vento nella stima dell’evapotraspirazione.