De-integrazione delle serie temporali di intensit di precipitazione : da 10 minuti a 1 minuto.

Rain attenuation has always been one of the main degradation factors for terrestrial, satellite or deep space radio-communication systems working at frequency greater than 10 GHz. Synthetic storm technique’s input data, that is the rain attenuation prediction method for satellite links taken into account in this work, are the temporal rain-rate series of 1 minute of the site, as well as the satellite link’s characteristics. Other integration intervals during which most meteorological agencies integrate rainfall for providing data to planning many human activities, are not useful for this scope. Unluckily, these temporal rain-rate series of 1 minute are slightly available and usable only for a limited number of sites, in which they have been collected with the only purpose to use them for the design of terrestrial or satellite radio-communication systems. So, in this work we provide a technique for de-integrating temporal rain-rate series from 10 minutes to 1 minute with the scope to obtain temporal rain-rate series of 1 minute starting from temporal rain-rate series of 10 minutes, which are easily reachable compared to those of 1 minutes, e.g. from meteorological agencies. We have analyzed Spino d’Adda, a site held as an experimental laboratory for it’s large and reliable rain-rate data bank and, after that, we have applied the results obtained here to other sites, European and not, among which: Atene, Fucino, Gera Lario, Madrid, Tampa, Vancouver, White Sands, Lugano, Betzayda, Gerusalemme, Haifa, Kfar Blum and Tel Aviv. In particular, we have analyzed rain-rate data from 1 minute to 10 minutes and, after that, we have exploited the condition such that the central portion of the histograms conditioned to the rain-rate intervals created, in semilogarithmic scale, could be represented by a lognormal model and, therefore, through creation of correlated log-normal random variables, we have generated a large data bank of temporal rain-rate series from 10 minutes to 1 minute. Temporal rain-rate series generated in this way, then, have been filtered through a 10-order Butterworth low-pass filter to reduce unexpected rain-rate peaks deriving from the generation method itself. Finally, to the temporal rain-rate series de-integrated in this way has been applied the synthetic storm technique (SST) to predict the attenuation due to rain for a generic satellite link. This technique turned out to be very reliable and truthful for all the analyzed sites and, it decreed Spino d’Adda as an optimal site for the derivation of the parameters needed to the de-integration operation itself.

L’attenuazione dovuta alla pioggia è, da sempre, uno dei principali fattori di degradazione per i sistemi di comunicazione terrestri, satellitari e dallo spazio profondo che operano a frequenze maggiori di 10 GHz. I dati di ingresso per la tecnica del temporale sintetico (SST), ovvero il metodo di predizione dell’attenuazione dovuta alla pioggia per collegamenti satellitari preso in considerazione in questo lavoro, sono le serie temporali di intensità di precipitazione di 1 minuto della località in esame, nonché le caratteristiche del collegamento satellitare stesso. Altri intervalli di integrazione, come quelli usati dalla maggioranza delle agenzie meteorologiche per pianificare attività di qualsiasi genere, non risultano essere utili per tale scopo. Sfortunatamente, tali serie temporali di intensità di precipitazione di 1 minuto risultano essere scarsamente reperibili e disponibili solamente per un numero limitato di località, nelle quali sono stati raccolti con l’unico intento di usarli per la progettazione di sistemi di comunicazione terrestri o satellitari. In questo lavoro si propone, quindi, una tecnica per de-integrare serie temporali di intensità di precipitazione da 10 minuti a 1 minuto con lo scopo di poter ottenere serie temporali di intensità di precipitazione di 1 minuto a partire da serie temporali di intensità di precipitazione di 10 minuti, facilmente reperibili, ad esempio, da agenzie meteorologiche. Si è partiti dai dati del laboratorio sperimentale di Spino d’Adda, località per la quale si ha a disposizione una grande ed affidabile banca dati di intensità di precipitazione, e poi si è applicato quanto ricavato ad altre località, Europee e non, tra cui: Atene, Fucino, Gera Lario, Madrid, Tampa, Vancouver, White Sands, Lugano, Betzayda, Gerusalemme, Haifa, Kfar Blum e Tel Aviv. In particolare, si è effettuata un’analisi dei dati di intensità di precipitazione da 1 minuto a 10 minuti e, successivamente, si è sfruttata la condizione tale per cui la parte centrale degli istogrammi condizionati agli intervalli di intensità di precipitazione in scala semilogaritmica creati, fosse rappresentabile mediante un modello log-normale e, dunque, attraverso la creazione di variabili aleatorie log-normali correlate, si è generata una banca dati simulata di serie temporali di intensità di precipitazione da 10 minuti a 1 minuto. Le serie temporali di intensità così generate, sono poi state filtrate mediante un filtro passa-basso di Butterworth del 10 ordine (con frequenza di taglio ottimale) in grado di ridurre picchi imprevisti di intensità di precipitazione derivanti dal metodo di generazione stesso. Infine, alle serie temporali di intensità di precipitazione così de-integrate è stata applicata la tecnica del temporale sintetico (SST), in grado di predire l’attenuazione dovuta alla pioggia per un generico collegamento satellitare. La tecnica presentata è risultata essere molto affidabile e veritiera per tutte le località analizzate e, ha decretato Spino d’Adda come una località ottimale per il ricavo dei parametri necessari alla de-integrazione stessa.