Extreme rainfall changes induced by future climate in Mediterranean area

Extreme rainfall events have large impacts on society and are likely to continue to do so under predicted future climate change. Indeed, extreme precipitations show intensification in many regions of the world and this is of key importance to society as a result of the large impact of flooding. Thus, for planning and management decisions of the hydraulic infrastructures, accurate estimates of precipitation magnitudes at different durations are needed. Moreover, extreme precipitation events represent an increasing threat to society under global warming and are among the most serious challenges. In fact, future climate change is likely to lead to the change of extremes events that will become…

Exploring single polarization X-band weather radar potentials for local meteorological and hydrological applications

Summary The aim of this study is to evaluate the potential use of a low-cost single polarization X-band weather radar, verified by a disdrometer and a dense rain gauge network, installed as a supporting tool for hydrological applications and for monitoring the urban area of Palermo (Italy). Moreover, this study focuses on studying the temporal variability of the Z–R relation for Mediterranean areas. The radar device is provided with an automatic operational ground-clutter filter developed by the producer. Attention has been paid to the development of blending procedures between radar measurements and other auxiliary instruments and to their suitability for both meteorological and hydrologic…

Utilizzo delle statistiche direzionali per la caratterizzazione delle precipitazioni intense in Sicilia

Le precipitazioni intense costituiscono la fase finale dei processi che interessano i flussi atmosferici e di umidità nonché l'interazione di questi ultimi con l’orografia. La caratterizzazione delle precipitazione intense risulta essenziale al fine di valutare i rischi per la società e per le infrastrutture idrauliche. Stime attendibili di tali eventi sono dunque necessarie per la quantificazione e per la gestione del rischio idrologico. Lo studio qui presentato mira alla valutazione di elementi per la caratterizzazione degli eventi intensi nel territorio siciliano, sulla base dell'analisi statistica e spaziale del dataset di precipitazioni massime annuali registrate dalla rete pluviografi…

A weather monitoring system for the study of precipitation fields, weather, and climate in an urban area

The possibility to study the precipitation dynamics with advanced and specific tools is an important task of the research activity addressing the understanding, the modeling, and the managing of rainfall events. Over the last years, the hydrology laboratory of the Department of Civil, Environmental, Aerospace Engineering, and Materials (DICAM) at the University of Palermo, has installed several instruments for the monitoring and the study of precipitation within the urban area of Palermo (Italy). The main instrument of this system is the X-band weather radar, which allows monitoring the precipitation fields with high resolution in space and time. This instrument is supported by a rain gauge…

Sviluppo di un sistema di monitoraggio per lo studio delle dinamiche meteorologiche nell'area urbana di Palermo.'

A Comparison between Heuristic, Statistical and Data-driven Methods in Landslide Susceptibility Assessment: an Application to the Briga and Giampilieri Catchments

Susceptibility assessment concerning the estimation of areas prone to landslide is one of the most useful approach in the analysis of landslide hazard. Over the last years, in an attempt to find the best approach to evaluate landslide susceptibility, many methods have been developed. Among these, the heuristic, the statistical, and the data-driven approaches are very widespread, and they all are based on the concept that the conditions which led to landslide movements in the past will control the probability of movement occurrence in the future. This study presents an assessment of landslide susceptibility in which models of the three different methodologies, such as the heuristic approach,…

Elaborazione di una mappa di suscettibilità delle aree in frana a scala di bacino

Le frane costituiscono uno tra i più pericolosi e dannosi eventi naturali. Negli ultimi decenni si sono succeduti numerosi eventi catastrofici che hanno provocato, oltre a danni ingenti, anche numerosi morti e dispersi. Per questo motivo cresce sempre di più l’esigenza di fornire ai pianificatori e gestori del territorio strumenti di supporto per la valutazione del pericolo da frana. In questo contesto, negli ultimi anni sono stati sviluppati nuovi approcci per la valutazione della propensione di un’area a produrre scivolamenti, basandosi sulla correlazione tra i fattori innescanti e le occorrenze di scivolamenti. Nel presente lavoro viene presentata una mappa di suscettibilità creata attra…

Monitoraggio di frane attivate da precipitazione a supporto di un Early Warning System: Progetto SESAMO

Analisi di storm tracking nell’area urbana di Palermo attraverso dati di pioggia ad alta risoluzione

La conoscenza della distribuzione spaziale e temporale delle piogge di breve durata, nonché la loro cinematica, sono alcuni tra i fattori più importanti che stanno alla base dell’approssimazione dei modelli di trasformazione afflussi-deflussi nei bacini urbani. L'incertezza dovuta alla variabilità spaziale della pioggia può influenzare, ad esempio, le performance dei modelli di drenaggio urbano. Un'adeguata conoscenza della variabilità spaziale e temporale delle precipitazioni può essere considerata un passo fondamentale per un'esatta interpretazione dei processi idrologici di base che avvengono nei sistemi di drenaggio urbano durante gli eventi di pioggia intensi. L'analisi di tali informa…

Mappatura del deflusso annuo superficiale in Sicilia

Nella risoluzione di numerosi problemi pratici dell’idrologia delle acque superficiali è importante poter far affidamento su informazioni relative ai deflussi che siano contemporaneamente affidabili e diffuse sul territorio.La creazione di uno strumento capace di restituire il deflusso e soprattutto la portata che attraversa una determinata sezione di un corso d’acqua è di fondamentale importanza sia per la pianificazione delle risorse idriche in una data regione sia per l’individuazione delle possibili zone soggette al rischio della desertificazione. La stima del deflusso superficiale permette inoltre la determinazione dei concentrazione degli inquinanti, concentrati o diffusi, nei corpi i…

Regional frequency analysis of extreme precipitation in Sicily

Spatial distribution of temperature trends in Sicily

Climate change resulting from the enhanced greenhouse effect is expected to have great impacts on hydrological cycle and consequently on ecosystems. The effects of climate variability have direct implications on water management, as water availability is related to changes in temperature and precipitation regimes. At the same time, this kind of alterations drives ecological impacts on flora and fauna. For these reasons, many studies have been carried out to investigate the existence of some tendency in temperature and/or precipitation series in different geographic domains. In order to verify the hypothesis of temperature increase in Sicily (Italy), temperature data from about 80 spatially …

Influenza delle condizioni meteorologiche sulla propagazione elettromagnetica ed effetti sul servizio di telefonia mobile

Analisi della affidabilità dei database pluviometrici globali a scala locale. Applicazione al territorio siciliano

Negli ultimi anni i sistemi di misurazione e di stima delle precipitazioni, sono stati arricchiti dalla possibilità di ottenere stime attraverso dati acquisiti da sensori satellitari. I prodotti di stima così ottenuti risultano comunque spesso fortemente distorti. Per tale ragione le stime sulla base di soli dati satellitari, vengono ulteriormente elaborate attraverso l'utilizzo di dataset che raccolgono dati di precipitazione provenienti da reti pluviografiche al fine di ridurre la distorsione che caratterizza i dati satellitari. È auspicabile che questi dataset siano quanto più precisi al fine di fornire dati adatti alla correzione dei dati satellitari e in particolare alla riduzione dell…

CONFRONTO TRA DIVERSE TECNICHE DI INTERPOLAZIONE DI DATI DI PRECIPITAZIONE E TEMPERATURA PER LA CREAZIONE DI DATASET DI SERIE STORICHE MENSILI COMPLETE DI VARIABILI CLIMATICHE

USING A X-BAND WEATHER RADAR FOR AN URBAN AREA EARLY WARNING SYSTEM AND THE STUDY OF PRECIPITATION DYNAMICS.

The development and availability of X-band radar instruments occurred in the last years, provides the scientific community of an important tool for the study, the characterization and the operational usage of detailed precipitation information. The hydrology laboratory of the Department of Civil, Environmental, Aerospace Engineering, and Materials (DICAM) at the University of Palermo, has installed a X-band weather radar in the urban area of Palermo (Italy) along with a set of advanced auxiliary instruments that help on exploiting the precipitation information. A raingauge network of 18 tipping bucket gauges spread over the observed area is available for the calibration of precipitation map…

Combining single polarization X-band radar and ground devices for hydrological applications

Recently, the Department of Civil, Environmental, Aerospace Engineering, and Materials (DICAM) of the University of Palermo (Italy) has installed several devices for the monitoring of precipitation for the urban area of Palermo. These devices include a single polarization X-band weather radar, a rain gauge network spread over the urban area, and a laboratory site where advanced precipitation devices (an optical disdrometer, a weight rain gauge, and a weather station) are available. Given the ensemble of measurements retrieved by sensors, a set of models for the combination of data has been developed in order to exploit their joint usage. The disdrometer information have been exploited for t…

A local post-retrieval tool for satellite precipitation estimates

As illustrated by several literature case studies spread around di erent geographic locations, satellite precipi- tation estimates, obtained by means of consolidated algorithms, often result being considerably biased. Moreover observed bias is related to geographic location since particular features such as latitude, presence of coastal areas and climatological and weather regime, a ect performances of satellite estimates. Bias adjusted products that make use of global ground-based precipitation estimates, are available as well but still these datasets may show a relevant bias level. In this study a procedure to bias-adjust satellite precipitation estimates has been devel- oped for the loca…

Spatial distribution of temperature trends in Sicily

Creazione di un database per l’applicazione di modelli empirici di analisi di dissesto idrogeologico da precipitazione nel territorio Siciliano.

La previsione di fenomeni di dissesto idrogeologico è uno strumento essenziale di supporto alle decisioni per una corretta pianificazione del territorio. Tra tali fenomeni quelli franosi possono assumere dimensioni particolarmente rilevanti. Il fattore scatenante più ricorrente nella gran parte dei casi di frane documentate e’ costituito dalle precipitazioni. La letteratura scientifica propone diverse metodologie di analisi volte a fornire strumenti di pre-allarme in vista di un evento meteorico critico o di derivazione di mappe tematiche delle aree a maggiore suscettibilità franosa. I modelli empirici per la derivazione di soglie pluviometriche critiche di innesco risultano tra i più utili…

Using the hierarchical modeling approach to derive spatial distribution of precipitation and temperature datasets. A case study for the area of Sicily (Italy).

The interest for spatial interpolating climatic variables available by means of point measurements, as precipitation and temperature, arises from different needs, ranging from their usage for hydrological models to the reconstruction of climatic atlas of spatially distributed data. In some areas the spatial distribution of these variables can be related to the extremely variable morphology of the area. While simple deterministic interpolation methods usually produce just the spatial distribution of the variable of interest, implicitly relying on the spatial autocorrelation and manually tuning a few parameters, more complex statistical models, are able to derive the uncertainty associated wi…

L’INFLUENZA DELLA MORFOLOGIA SULLA DISTRIBUZIONE DELLE PIOGGE INTENSE

Le precipitazioni intense costituiscono uno dei principali pericoli naturali perché sono all’origine di processi, come innesco di frane o piene improvvise, che possono rappresentare una grave minaccia per la vita umana. Il problema di determinare la variazione spaziale delle precipitazioni intense e in particolare, di indagare sulle relazioni che intercorrono tra queste e la morfologia del territorio, è molto importante soprattutto per gli studi connessi alla realizzazione di efficienti sistemi di allerta e di allarme. Tuttavia la variabilità delle piogge intense con la morfologia è scarsamente studiata in idrologia. In questo lavoro si intende affrontare l’argomento a scala regionale, assu…

Evaluating several satellite precipitation estimates and global ground-based dataset on Sicily (Italy)

The developing of satellite-based precipitation retrieval systems, presents great potentialities for several ap­ plications ranging from weather and meteorological applications to hydrological modelling. Evaluating perfor­ mances for these estimates is essential in order to understand their real capabilities and suitability related to each application. In this study an evaluation analysis of satellite precipitation retrieval systems has been carried out for the area of Sicily (Italy). Sicily is an island in the Mediterranean sea with a particular climatology and morphology, which is considered as an interesting test site for satellite precipitation products on the European mid-latitude area…

Reti Neurali per la Realizzazione di Mappe di Suscettibilità per il Rischio Frana

La valutazione della suscettibilità al dissesto rimane uno degli approcci più utilizzanti e più efficaci per l'analisi della pericolosità da frana. Come noto, la correlazione tra il fenomeno fisico ed i fattori predisponenti sulla base degli eventi accaduti in passato è il punto chiave di tale analisi. I metodi statistici, uniti con le tecnologie GIS, si sono rilevati in questi anni tra gli strumenti più idonei e più efficaci per la valutazione e la modellazione di tale correlazione. Tuttavia, questi metodi richiedono spesso ipotesi restrittive circa la distribuzione statistica dei dati che spesso non vengono rispettate. Per tale motivo si sono anche sviluppate metodologie alternative basat…

Gestione delle emergenze da incendi boschivi: un sistema di supporto alle decisioni in ambiente GIS

Il presente studio è finalizzato alla definizione di un insieme di modelli decisionali e di procedure per la gestione a livello pre-operativo e operativo delle risorse antincendio boschivo disponibili nel territorio regionale siciliano. Per raggiungere tali obiettivi è stata messa a punto una struttura concettuale per la definizione di un sistema di supporto alle decisioni in grado di coadiuvare i responsabili della gestione delle emergenze alle diverse scale territoriali. La sintesi dello studio è costituita dall'implementazione di un prototipo relativo ad un modulo decisionale, atto a supportare le decisioni per la dislocalzione in tempo reale di uomini e mezzi, con riferimento ad un'area…

Using Satellite precipitation data to support local climatology and weather monitoring. Application to Sicilia.

Evaluation and comparison of satellite precipitation estimates with reference to a local area in the Mediterranean Sea

Precipitation measurement is a key activity for the analysis of storm processes as well as every hydrological process. Satellite retrieval systems, rain-gauge network and radar systems are complement to each other in terms of their coverage and capability of monitoring precipitation. Satellite rainfall estimates systems produce data with global coverage that can provide information in areas for which data from other sources are unavailable. Without referring to ground measurement, satellite-based estimates can be bias. Although some gauged adjusted satellite precipitation products are developed, an effective way of integrating multi-sources of precipitation information is still a challenge.…

Regional frequency analysis of extreme rainfall in Sicily (Italy)

Analisi comparativa di modelli euristici e statistici spaziali nella derivazione della suscettibilità da colate rapide di fango e detrito.

La suscettibilità da frana può essere definita come la propensione di una determinata area all’innesco di movimenti di massa, in relazione alle caratteristiche intrinseche dei terreni di copertura e del substrato, delle caratteristiche morfologiche ed alla maggiore esposizione nei confronti degli agenti climatici. Nel corso degli anni sono stati sviluppati vari metodi per valutare la suscettibilità, basati su approcci sia di tipo deterministico che statistico. Tutti i metodi si basano su poche assunzioni fondamentali secondo cui la franosità è controllata da leggi meccaniche che possono essere determinate in modo empirico, statistico o deterministico. Scopo del presente lavoro è quello di v…

Comparative Analysis of Spatial Interpolation Methods in the Mediterranean Area: Application to Temperature in Sicily

An exhaustive comparison among different spatial interpolation algorithms was carried out in order to derive annual and monthly air temperature maps for Sicily (Italy). Deterministic, data-driven and geostatistics algorithms were used, in some cases adding the elevation information and other physiographic variables to improve the performance of interpolation techniques and the reconstruction of the air temperature field. The dataset is given by air temperature data coming from 84 stations spread around the island of Sicily. The interpolation algorithms were optimized by using a subset of the available dataset, while the remaining subset was used to validate the results in terms of the accur…

Regional frequency analysis of extreme precipitation in Sicily, Italy

Regional frequency analysis of extreme precipitation for Sicily (Italy)

The analysis of extreme precipitation has always been included among most relevant hydrological applications because of the several important activities linked to the availability of tools for the estimation of extreme rainfall quantiles. These activities include the design of hydraulic civil structures and the evaluation and management of hydraulic and hydrological risk. In this study a frequency analysis of annual maxima precipitation measurements has been carried out for the area of Sicily (Italy). A typical hierarchical regional approach has been adopted for the parameter estimation procedure based on the L-moments method. The identification of homogeneous regions within the procedure h…

Evaluation and comparison of satellite precipitation estimates with reference to a local area

Precipitation is one major variable for many applications. Satellite retrieval systems, raingauge network and radar systems are complement to each other in terms of their coverage and capability of monitoring precipitation. Satellite rainfall estimates systems produce data with global coverage that can provide information in areas for which data from other sources are unavailable.Without referring to ground measurement, satellite-based estimates can be bias. Although some gauged adjusted satellite precipitation products are developed, an effective way of integrating multi-sources of precipitation information is still a challenge. In this study we select a specific area in Sicily (Italy) hav…

USING HIGH RESOLUTION RAINGAUGE DATA FOR STORM TRACKING ANALYSIS IN THE URBAN AREA OF PALERMO, ITALY

This paper presents a comparative analysis between rain-gauge storm tracking techniques in order to achieve a better knowledge of the rainfall dynamics over an urbanized area. The temporal and spatial distribution and kinematics of short term rainfall are recognized as one of the most important reasons in error production in rainfall-runoff on urban catchments. The uncertainty due to rainfall variability can greatly affect urban drainage modeling performance and reliability thus reducing the confidence of operators in their results. Modeling representations of urban catchments and drainage systems are commonly adopted for surface flooding forecasting and management and an adequate knowledge…

Effects of Digital Elevation Model resolution on evaluation of landslide susceptibility with a logistic regression model.

The use of statistical methods together with the GIS technologies is currently one of the most efficient tools in the assessment of landslide susceptibility. The correlation between the physical phenomenon and its triggering factors depends on several factors, including the resolution at which the elevation data are represented in a Digital Elevation Model (DEM). The resolution becomes increasingly important as the use of DEM data is extended for spatial prediction of terrain attributes such as slope, aspect, plan and profile curvature, etc., which are considered as triggering factors of the landslides. Many methods exist in scientific literature to capture and model the correlation between…