Model to estimate the intensity of precipitation from tropospheric attenuation affecting Ka-band earth-space links

In recent years, increasing attention is being paid to the exploitation of satellite downlink signals for the assessment of rainfall. The results reported so far in the literature indicate that rain rate can actually be estimated with good spatio-temporal resolutions, similar to those of rain gauges and weather radars. The current models used to estimate rainfall via satellite links, however, are still far from being accurate, reliable and, above all, lack ease of implementation: as a result, it becomes necessary to search for improved and simpler solutions (mainly from a computational point of view), possibly demanding the knowledge of only a few readily available local parameters. The proposal discussed in this work aims to accommodate the aforementioned requirements by offering a novel procedure to estimate the rainfall rate from satellite signals: in particular, the suggested inversion algorithm yields real-time rain rate estimates by making opportunistic use of the instantaneous downlink signal attenuation collected in the site and by exploiting the corresponding local values of the 0 °C isotherm height, which can be extracted on Global basis from Numerical Weather Prediction products.

Negli ultimi anni si è registrato un crescente interesse verso metodologie che permettano di valutare alcune caratteristiche relative alle precipitazioni piovose, sfruttando segnali satellitari ricevuti da stazioni terrestri. I risultati ottenuti dalle ricerche più recenti hanno confermato le potenzialità di queste tecniche nello stimare l'intensità di pioggia, ottenendo una risoluzione spaziotemporale che si colloca a metà strada tra quella offerta da pluviometri e radar meteorologici. I modelli attualmente adottati, tuttavia, sono ancora lungi dall'aver raggiunto livelli di precisione ed affidabilità soddisfacenti e, soprattutto, non sono facilmente implementabili: per questi motivi, diventa necessario sviluppare soluzioni più semplici ed efficienti (in particolar modo, da un punto di vista computazionale), che richiedano soltanto la conoscenza di pochi parametri fisici, possibilmente misurabili senza grosse difficoltà. Il metodo presentato in questo lavoro di tesi cerca di soddisfare i requisiti appena descritti offrendo una procedura innovativa per la stima dell'intensità di pioggia: in concreto, viene proposto un algoritmo di inversione originale, in grado di valutare in tempo reale l'intensità di una determinata precipitazione piovosa, sfruttando le misure di attenuazione atmosferica (relative ad un segnale satellitare ricevuto da una stazione terrestre) ed i corrispondenti valori locali dello zero termico. L'inclusione di quest'ultima grandezza ha inoltre permesso di formulare un nuovo modello per l'altezza equivalente di pioggia, parametro che permette di includere due caratteristiche fondamentali legate alle precipitazioni atmosferiche: la loro variabilità stagionale nel corso dell'anno e le diverse strutture spaziali che le contraddistinguono.