6 misura&rappresentazione

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

Monday, March 19, 12

http://it.wikipedia.org/wiki/Platone

http://it.wikipedia.org/wiki/Platone

http://it.wikipedia.org/wiki/Teeteto

http://it.wikipedia.org/wiki/Teeteto

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


Riccardo Rigon

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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


http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_measurement


Riccardo Rigon

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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


Riccardo Rigon

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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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6)

La misura


Riccardo Rigon

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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


Riccardo Rigon

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


Riccardo Rigon

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Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

Fattori che controllano le grandezze idrologiche

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I dati idrologici hanno andamenti complessi


Riccardo Rigon

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

11



Riccardo Rigon

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Le dinamiche sono complesse


Riccardo Rigon

12

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.




Riccardo Rigon

13




Riccardo Rigon

La dinamica include processi che sono linearmente instabili: per

esempio l'instabilità baroclinica che guida i processi meteorologici alle

latitudini medie.

13




Riccardo Rigon

14


I processi sono dissipativi


Riccardo Rigon

14

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 processi sono dissipativi


Riccardo Rigon

15

E dominati da eterogenetà



Riccardo Rigon

15

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.



Riccardo Rigon

La serie temporale delle precipitazioni

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Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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La radiazione solare incidente

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Le portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento

Zole

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00

9Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Mette in evidenza un aspetto diverso di un dato. Per esempio la sua

distribuzione

Ogni forma di rappresentazione

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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9

Portate 1923-2006 a Ponte San Lorenzo, Trento: la ciclicità

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Zole

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9

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


Riccardo Rigon

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Riccardo Rigon

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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


Riccardo Rigon

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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

1D - 2D -3D


Riccardo Rigon

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1D - 2D -3Dcontenuto d’acqua del suolo nel bacino di Little Washita (Oklahoma)

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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La distribuzione della permeabilità idraulica in un acquifero

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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La distribuzione spaziale delle precipitazioni

Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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Alcuni Casi Tipici


Riccardo Rigon

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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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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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Archiviazione

Recupero

Utente finale

Su vari supporti, oggi su database

Dal database

Alcuni Casi Tipici

Stefano Orlandini


Riccardo Rigon

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Alcuni Casi TipiciG

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Riccardo Rigon

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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

La misura


Riccardo Rigon

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Grazie per l’attenzione


Riccardo Rigon

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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

AA.VV, Le misure nella scienza, nella tecnica, nella società, Manuale di metrologia, a cura di S. Sartori, Paravia, Torino,1979

Agnoli, P., Il senso della misura, la codifica della realtà tra filosofia, scienza ed esistenza umana, Armando Editore, 2004

AA. VV, Le misure di grandezze fisiche, a cura di E. Arri e S. Sartori, Paravia, Torino,1984

Loreti, M., Teoria degli Errori e Fondamenti di Statistica: Introduzione alla Fisica Sperimentale, 2006, http://wwwcdf.pd.infn.it/labo/INDEX.html, last retrieved 2011/03/18

Bibliografia e Approfondimenti

Roth, K. (2007). Soil Physics Lecture Notes (p. 1-340), 2007, http://www.iup.uni-heidelberg.de/institut/forschung/groups/ts/soil_physics/students/lecture_notes05/sp.pdf, last retrieved 2011/03/18

Grünewald, T., Schirmer, M., Mott, R., & Lehning, M. (2010). Spatial and temporal variability of snow depth and ablation rates in a small mountain catchment. The Cryosphere, 4(2), 215-225. doi:10.5194/tc-4-215-2010

Bibliografia

Burroughs, W., J, Weather Cycles, Cambridge U. P., 2003


http://www.roma1.infn.it/~dagos/SSIS/PaoloAgnoli_appuntimisure.pdf




http://wwwcdf.pd.infn.it/labo/INDEX.html

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http://www.iup.uni-heidelberg.de/institut/forschung/groups/ts/soil_physics/students/lecture_notes05/sp.pdf




Riccardo Rigon

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Shuttleworth, W. James (January/February 2008). "Evapotranspiration Measurement Methods". Southwest Hydrology (Tucson, AZ) 7 (1): 22–23. Retrieved 2009-07-22.

Tabony, R. C. (1979), A spectral filter analysis of long period records in England and Wales, Meterol. Mag. 108, 97-119

Bibliografia

Zambrano-Bigiarini, M. (2010). On the effects of hydrological uncertainty in assessing the impacts of climate change on water resources, 1-293.

Western, Andrew W. (2005). "Principles of Hydrological Measurements". In Anderson, Malcolm G.. Encyclopedia of Hydrological Sciences. 1. West Sussex, England: John Wiley & Sons Inc.. pp. 75–94


http://www.swhydro.arizona.edu/archive/V7_N1/feature3.pdf

http://www.swhydro.arizona.edu/archive/V7_N1/feature3.pdf

Riccardo Rigon

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http://en.wikipedia.org/wiki/Outline_of_hydrology, last retrieved 2011/03/18

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http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_measurement, last retrieved 2011/03/18

http://www.metrum.org/measures/index.htm, last retrieved 2011/03/18

Risorse Web

Bibliografia


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http://www.paoloagnoli.it/immagini/Tesi%20Filosofia%20P.%20Agnoli.pdf

http://www.paoloagnoli.it/immagini/Tesi%20Filosofia%20P.%20Agnoli.pdf



http://www.metrum.org/measures/index.htm

http://www.metrum.org/measures/index.htm

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