Confronto tra dati storici di vento registrati da stazioni ... · Figura 5.17 Coefficiente di...

Confronto tra dati storici di vento

registrati da stazioni anemometriche limitrofe

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Volterra

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Pisa

P = 10-4

P = 10-3

P = 10-2

Progetto dell’Unione Europea

VENTO E PORTI

La previsione del vento

per la gestione e la sicurezza delle aree portuali

Programma di cooperazione transfrontaliero “Italia-Francia Marittimo”

Relazione: 2 Versione: A del 3 novembre 2010

Università di Genova Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio

2 Confronto tra dati storici di vento registrati da stazioni anemometriche limitrofe

Elaborazione ed analisi dei dati, predisposizione del testo, grafica ed impaginazione a cura

di:

dott. Patrizia De Gaetano

In collaborazione con:

dott. Marina Pizzo

dott. Marco Tizzi

Supervisione scientifica e coordinamento di:

Prof. Ing. Maria Pia Repetto

Prof. Ing. Giovanni Solari

Il responsabile del contratto Il Direttore del Dipartimento

(Prof. Ing. Giovanni Solari) (Prof. Ing. Paolo Blondeaux)


Indice

1 Introduzione...............................................................................................................13

2 Coefficiente di trasferimento..................................................................................16

3 Capo Mele – Albenga.............................................................................................17

3.1 Stazione di Capo Mele.....................................................................................17

3.2 Stazione di Albenga .........................................................................................21

3.3 Basi dati contemporanee................................................................................26

3.4 Frequenza congiunta dell’intensità del vento .............................................27

3.5 Frequenza congiunta della direzione del vento..........................................33

3.6 Coefficiente di trasferimento ..........................................................................38

4 Palmaria – Sarzana...................................................................................................44

4.1 Stazione di Palmaria .........................................................................................44

4.2 Stazione di Sarzana...........................................................................................49





5 Monte Rocchetta – Sarzana...................................................................................73

5.1 Stazione di Monte Rocchetta .........................................................................73





6 Volterra – Pisa ............................................................................................................95

6.1 Stazione di Volterra ...........................................................................................95

6.2 Stazione di Pisa ..................................................................................................99

6.3 Basi dati contemporanee............................................................................. 104

6.4 Frequenza congiunta dell’intensità del vento .......................................... 105

6.5 Frequenza congiunta della direzione del vento....................................... 111

6.6 Coefficiente di trasferimento ....................................................................... 115


7 Coefficiente di correlazione ................................................................................ 121

8 Conclusioni ............................................................................................................. 124

9 Bibliografia .............................................................................................................. 128


Indice delle Figure

Figura 1.1 Esatta collocazione delle stazioni anemometriche considerate, in un’elaborazione tridimensionale di Google Earth. ...................................14

Figura 3.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Capo Mele (elaborazione tridimensionale di Google Earth). ............................17

Figura 3.2 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Capo Mele (fotografia Panoramio; vista da sudovest da Capo Cervo verso Capo Mele). ....................................................................................................18

Figura 3.3 Panoramica della serie storica delle misure di velocità media..............19

Figura 3.4 Distribuzione oraria (a sinistra) e mensile (a destra) delle misure valide................................................................................................................20

Figura 3.5 Distribuzione di probabilità della provenienza del vento. .......................21

Figura 3.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Albenga (elaborazione tridimensionale di Google Earth). ......................................22

Figura 3.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Albenga (fotografia tratta dal sito http://www.rivierairport.it/; vista da est verso la valle Arroscia)...................................................................................22

Figura 3.8 Panoramica della serie storica delle misure. .............................................23



Figura 3.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Capo Mele e ad Albenga........................................................................................26

Figura 3.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Capo Mele – Albenga. ..........................................................................................................28

Figura 3.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando i dati in cui Capo Mele >5 ms-1 e Albenga >3ms-1. .......................................................29

Figura 3.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando i dati in cui Capo Mele >7 ms-1 e Albenga >5 ms-1. ......................................................29

Figura 3.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Capo Mele è > di 3 ms-1 e ad Albenga è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto)......................................................................33


Figura 3.16 Frequenza congiunta della direzione del vento di Capo Mele - Albenga considerando tutte le intensità del vento. ................................34

Figura 3.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Capo Mele > 5 ms-1 e Albenga > 3 ms-1. .............................35

Figura 3.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Capo Mele e 5 ms-1 per Albenga. ..........................................................................................................35

Figura 3.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Capo Mele e 7 ms-1 per Albenga. ..........................................................................................................36

Figura 3.20 Diagramma polare della distribuzione di probabilità. .............................37

Figura 3.21 Coefficiente di trasferimento Capo Mele – Albenga. .............................39

Figura 3.22 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Capo Mele maggiori di 5 ms-1 e ad Albenga maggiori di 3 ms-1. ..........40

Figura 3.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Capo Mele maggiori di 10 ms-1 e ad Albenga maggiori di 6 ms-1. ........40

Figura 3.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Capo Mele - Albenga calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.............................................................................................42

Figura 3.25 Valori del coefficiente di trasferimento Capo Mele - Albenga calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Capo Mele > 5 ms-1 e Albenga > 3 ms-1......................................42

Figura 3.26 Valori del coefficiente di trasferimento Capo Mele - Albenga calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Capo Mele > 10 ms-1 e Albenga > 6 ms-1....................................43

Figura 4.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica dell’Isola di Palmaria (elaborazione tridimensionale di Google Earth). .....................45

Figura 4.2 Possibile collocazione della stazione anemometrica dell’Isola di Palmaria: in alto un’elaborazione di Google Earth con segnalata la zona del faro della Marina Militare sulla sommità dell’isola; in basso una fotografia aerea di Bing Maps. L’Aeronautica Militare ha indicato l’area racchiusa dall’ellisse arancione. Qui si è ipotizzato che il palo anemometrico fosse fissato alla struttura bianca simile a un contenitore ad est del faro della Marina Militare..............................................................................................................46





Figura 4.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Sarzana (elaborazione tridimensionale di Google Earth). ......................................50

Figura 4.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Sarzana (fotografie satellitari di Google Earth).........................................................51




Figura 4.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Palmaria e a Sarzana.........................................................................................................56

Figura 4.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento per le stazioni di Palmaria e Sarzana. .......................................................................................57

Figura 4.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Palmaria >5 ms-1 e Sarzana >3ms-1. .............................................................58

Figura 4.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Palmaria >7 ms-1 e Sarzana >5 ms-1. ............................................................58

Figura 4.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando l’intensità a Palmaria è > di 3 ms-1 e a Sarzana è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto)......................................................................62

Figura 4.16 Frequenza congiunta della direzione di provenienza del vento di Palmaria e Sarzana considerando tutte le intensità del vento. .............63

Figura 4.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Palmaria > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1. ...................................64

Figura 4.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Palmaria e 5 ms-1 per Sarzana. ...........................................................................................................64

Figura 4.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Palmaria e 7 ms-1 per Sarzana. ...........................................................................................................65


Figura 4.21 Coefficiente di trasferimento Palmaria – Sarzana. ...................................68


Figura 4.22 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità del vento a Palmaria maggiori di 5 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 3 ms-1 . ..................................................................................................................69

Figura 4.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità del vento maggiori di 10 ms-1 a Palmaria e maggiori di 6 ms-1 a Sarzana. ...........................................................................................................69

Figura 4.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Palmaria - Sarzana calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.............................................................................................71

Figura 4.25 Valori del coefficiente di trasferimento Palmaria - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Palmaria > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1............................................72

Figura 4.26 Valori del coefficiente di trasferimento Palmaria - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Palmaria > 10 ms-1 e Sarzana > 6 ms-1..........................................72

Figura 5.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Monte Rocchetta (elaborazione tridimensionale di Google Earth). ..................74

Figura 5.2 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Monte Rocchetta in un’elaborazione tridimensionale di Google Earth............74




Figura 5.6 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Monte Rocchetta e a Sarzana. ................................................................................78

Figura 5.7 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Monte Rocchetta – Sarzana. ...........................................................................................................80

Figura 5.8 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Monte Rocchetta >5 ms-1 e Sarzana >3ms-1. .............................................81

Figura 5.9 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Monte Rocchetta >7 ms-1 e Sarzana >5 ms-1. ............................................81

Figura 5.10 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Monte Rocchetta è > di 3 ms-1 e a Sarzana è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto)......................................................................85


Figura 5.11 Frequenza congiunta della direzione del vento di Monte Rocchetta - Sarzana considerando tutte le intensità del vento. ...........86

Figura 5.12 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Monte Rocchetta > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1....................86

Figura 5.13 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Monte Rocchetta e 5 ms-1 per Sarzana. ............................................................................................87

Figura 5.14 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Monte Rocchetta e 7 ms-1 per Sarzana. ............................................................................................87


Figura 5.16 Coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta – Sarzana. ...................90

Figura 5.17 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Monte Rocchetta maggiori di 5 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 3 ms-1....................................................................................................................91

Figura 5.18 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Monte Rocchetta maggiori di 10 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 6 ms-1....................................................................................................................91

Figura 5.19 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Monte Rocchetta - Sarzana calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee...........................................................................93

Figura 5.20 Valori del coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Monte Rocchetta > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1. ..........................93

Figura 5.21 Valori del coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Monte Rocchetta > 10 ms-1 e Sarzana > 6 ms-1. ........................94

Figura 6.1 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Volterra in un’elaborazione tridimensionale della città di Google Earth.................95

Figura 6.2 Vista del Palazzo Pretorio in Piazza dei Priori a Volterra con la Torre del Porcellino da cui spicca il palo anemometrico (fotografia Panoramio)......................................................................................................96

Figura 6.3 Serie storica delle misure di velocità media. .............................................97




Figura 6.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Pisa (elaborazione tridimensionale di Google Earth). ....................................100

Figura 6.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Pisa vista da sudovest verso nordest (fotografia Panoramio)......................................100

Figura 6.8 Serie storica delle misure di velocità media. ...........................................101

Figura 6.9 Distribuzione oraria (a sinistra) e mensile (a destra) delle misure valide..............................................................................................................102

Figura 6.10 Distribuzione di probabilità della provenienza del vento. .....................103

Figura 6.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Volterra e a Pisa. .............................................................................................................104

Figura 6.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Volterra – Pisa. ............106

Figura 6.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Volterra >5 ms-1 e Pisa >3ms-1. ....................................................................107

Figura 6.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Volterra >7 ms-1 e Pisa >5 ms-1. ...................................................................107

Figura 6.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Volterra è > di 3 ms-1 e a Pisa è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto)..................................................................................................111

Figura 6.16 Frequenza congiunta della direzione del vento di Volterra - Pisa considerando tutte le intensità del vento. ...............................................112

Figura 6.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Volterra > 5 ms-1 e Pisa > 3 ms-1. ..........................................112

Figura 6.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Volterra e 5 ms-1 per Pisa..................................................................................................................113

Figura 6.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Volterra e 7 ms-1 per Pisa..................................................................................................................113

Figura 6.20 Diagramma polare della distribuzione di probabilità. ...........................114

Figura 6.21 Coefficiente di trasferimento Volterra – Pisa. ..........................................116

Figura 6.22 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Volterra maggiori di 5 ms-1 ed a Pisa maggiori di 3 ms-1. .......................117

Figura 6.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Volterra maggiori di 10 ms-1 ed a Pisa maggiori di 6 ms-1. .....................117


Figura 6.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Volterra - Pisa calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee...........................................................................................119

Figura 6.25 Valori del coefficiente di trasferimento Volterra - Pisa calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Volterra > 5 ms-1 e Pisa > 3 ms-1. .................................................................120

Figura 6.26 Valori del coefficiente di trasferimento Volterra - Pisa calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Volterra > 10 ms-1 e Pisa > 6 ms-1. ...............................................................120

Figura 7.1 Coefficiente di correlazione delle diverse coppie di stazioni. .............122

Figura 7.2 Coefficiente di correlazione direzionale delle diverse coppie di stazioni............................................................................................................123


Indice delle tabelle

Tabella 3.1 Numero totale e percentuale di misure mancanti, valide, nulle e non nulle. .........................................................................................................19


Tabella 3.3 Intensità media del vento e deviazione standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee......................................................27

Tabella 3.4 Coefficiente di trasferimento Capo Mele ‘ Albenga. ..............................38



Tabella 4.3 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee Palmaria - Sarzana. ..................55

Tabella 4.4 Coefficiente di trasferimento Palmaria – Sarzana. ...................................67


Tabella 5.2 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee......................................................79

Tabella 5.3 Coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta – Sarzana. ...................89


Tabella 6.2 Numero totale e percentuale di misure mancanti, valide, nulle e non nulle. .......................................................................................................101

Tabella 6.3 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee....................................................105

Tabella 6.4 Coefficiente di trasferimento Volterra – Pisa............................................115

Tabella 8.1 Riassunto delle principali caratteristiche delle stazioni anemometriche considerate e delle relative basi dati storiche e contemporanee analizzate nel presente progetto................................127


1 Introduzione

Il Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio (DICAT) dell’Università di Genova è l’attuatore scientifico del progetto “VENTO E PORTI - La previsione del vento per la gestione e la sicurezza delle aree portuali”, finanziato dall’Unione Europea nel quadro del programma di cooperazione transfrontaliero “Italia-Francia Marittimo”. In quest’ambito il DICAT si occupa dello studio e della previsione del vento nei porti a breve, a medio e a lungo termine, mediante l'utilizzo congiunto del monitoraggio, delle simulazioni e della statistica. La mappa statistica del vento nelle aree portuali è impiegata per la pianificazione di lungo termine.

La mappa statistica è ottenuta analizzando con metodi probabilistici le basi di dati trasferite nelle aree portuali a partire da basi dati storiche ottenute da registrazioni effettuate in stazioni anemometriche presenti in aree limitrofe ai porti inclusi nel progetto, debitamente analizzate e corrette [Rif. 7].

Il termine “storico” allude alla presenza di misure su archi temporali di alcuni decenni, intervallo indispensabile allo scopo di ricostruire un’affidabile statistica dei massimi annuali. Le registrazioni, costituite da misure triorarie ottenute come medie su dieci minuti antecedenti le tre ore, sono state debitamente analizzate e corrette al fine di rimuovere eventuali anomalie nei dati. Sono state così individuate le basi dati storiche che saranno successivamente trasferite con metodi opportuni nelle aree portuali.

In questo studio vengono confrontate le basi dati storiche registrate in stazioni anemometriche limitrofe ed appartenenti ad una stessa macro area portuale, al fine di valutare la correlazione esistente tra le basi dati e il grado di affidabilità del trasferimento nell’area portuale. In particolare, si vuole valutare la rappresentatività delle basi dati storiche, utilizzate per il trasferimento, per ogni porto e validare i modelli numerici utilizzati per le simulazioni.

A tal fine, sono confrontate ed analizzate le basi dati storiche registrate nelle seguenti coppie di stazioni:

1. Capo Mele – Albenga;

2. Palmaria – Sarzana;

3. Monte Rocchetta – Sarzana;

4. Volterra – Pisa.

Le esatte ubicazioni delle stazioni anemometriche considerate sono mostrate in Figura 1.1.


Per poter confrontare le basi dati storiche, sono stati selezionati solo gli intervalli temporali in cui sono presenti misure in entrambe le stazioni considerate. Le basi dati così ottenute sono dette contemporanee; in questo studio, se non debitamente specificato, si farà sempre riferimento a queste basi dati.

Figura 1.1 Esatta collocazione delle stazioni anemometriche considerate, in un’elaborazione tridimensionale di Google Earth.

Più in dettaglio, il documento è strutturato come segue:

• nel capitolo 2 è fornita una breve spiegazione sulle modalità di calcolo dei coefficienti di trasferimento delle basi dati;

• nel capitolo 6 sono presentate nel dettaglio le collocazioni geografiche delle stazioni di Capo Mele e di Albenga, un’analisi delle caratteristiche delle base dati storiche (paragrafo 6.1, paragrafo 6.2) e delle basi dati contemporanee ottenute (paragrafo 6.3); sono inoltre mostrate le analisi condotte sulle basi dati contemporanee (paragrafo 6.4, 6.5 e 6.6);

• nel capitolo 4 sono presentate nel dettaglio le collocazioni geografiche delle stazioni di Palmaria e di Sarzana, un’analisi delle caratteristiche delle base dati storiche (paragrafo 4.1, paragrafo 4.2) e delle basi dati contemporanee ottenute (paragrafo 4.3); sono inoltre mostrate le analisi condotte sulle basi dati contemporanee (paragrafo 4.4, 4.5 e 4.6);


• nel capitolo 5 è presentata nel dettaglio la collocazione geografica della stazione di Monte Rocchetta, un’analisi delle caratteristiche della base dati storica (paragrafo 5.1) e delle basi dati contemporanee ottenute considerando la coppia Monte Rocchetta –Sarzana (paragrafo 5.2); sono inoltre presentate le analisi condotte sulle basi dati contemporanee (paragrafo 5.3, 5.4 e 5.5);

• nel capitolo 3 sono presentate nel dettaglio le collocazioni geografiche delle stazioni di Volterra e di Pisa, un’analisi delle caratteristiche delle base dati storiche (paragrafo 3.1, paragrafo 3.2) e delle basi dati contemporanee ottenute (paragrafo 3.3); sono inoltre mostrate le analisi condotte sulle basi dati contemporanee (paragrafo 3.4, 3.5 e 3.6);

• nel capitolo 7 sono presentati i coefficienti di correlazione calcolati per le basi dati contemporanee delle coppie di stazioni analizzate;

• nel capitolo 8 viene offerto un quadro riassuntivo e d’insieme delle analisi svolte e sono presentate alcune conclusioni preliminari sullo studio comparativo eseguito;

• nel capitolo 9 sono infine elencati alcuni riferimenti bibliografici.


2 Coefficiente di trasferimento

I coefficienti di trasferimento sono i parametri usati per trasformare le misure del vento registrate in un punto, in un altro generico punto; nella fattispecie, in questa relazione, sono stati calcolati i coefficienti di trasferimento necessari per passare dai dati storici registrati in una stazione anemometrica, limitrofa ad un’area portuale del progetto, ad un’altra stazione limitrofa alla medesima area portuale.

Si noti che i valori misurati dagli anemometri sono strettamente associati, per ciascun settore direzionale esaminato, alla configurazione del terreno che circonda lo strumento. Sotto questo punto di vista, essi sono rappresentativi del sito ove è ubicato l’anemometro. Per questo motivo, per ottenere informazioni probabilistiche circa la velocità del vento in un altro generico punto, è necessario trasformare i dati misurati dall’anemometro mediante opportuni coefficienti di trasferimento.

Si definisce coefficiente di trasferimento ijK il parametro fornito dall'espressione:

j

i

ijV

VK = (2.1)

nella quale i

V e j

V sono rispettivamente la velocità media del vento misurata

dall’anemometro nella stazione i e nella stazione j . Entrambe tali grandezze, e

quindi ij

K , sono funzioni della direzione α di provenienza del vento. Per contro, la

dipendenza di ijK dall’intensità della velocità è così limitata da poter essere

trascurata.

Analogamente, noto il valore del coefficiente di trasferimento e la velocità

media del vento in una stazione anemometrica, è possibile ricavare la velocità

media del vento nell’altra stazione:

jijiVKV = (2.2)


3 Capo Mele – Albenga

Le stazioni anemometriche situate a Capo Mele e ad Albenga distano tra loro circa 11 km. Di seguito viene riportata una breve introduzione di ognuna delle due stazioni e delle serie storiche confrontate.

3.1 Stazione di Capo Mele

La stazione meteorologica di Capo Mele è una stazione storica dell’Aeronautica Militare collocata sulla sommità dell’omonimo capo tra i comuni di Andora e Laigueglia nella provincia di Savona. La posizione strategica rispetto alla costa ligure ha reso Capo Mele la stazione di riferimento per tutta l’area occidentale del Mar Ligure.

Le coordinate dell’anemometro sono: latitudine 43.958012°N, longitudine 8.170062°E, quota 220 m. Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Capo Mele in Figura 3.1 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area compresa tra Andora e Albenga. La

Figura 3.2, invece, indica l’esatta collocazione del palo anemometrico.

Figura 3.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Capo Mele (elaborazione tridimensionale di Google Earth).


Figura 3.2 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Capo Mele (fotografia Panoramio; vista da sudovest da Capo Cervo verso Capo Mele).

La base dati di Capo Mele risulta dall’unione di due distinte basi dati: una base dati storica, che presenta 31 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 1964 al 1979 e dal 1982 al 1996), e una base dati recente, che presenta invece 13 anni di misure orarie (24 misure giornaliere dal 1998 ai primi mesi del 2010).

Entrambe le basi dati sono state analizzate e corrette rimuovendo i valori anomali secondo la metodologia indicata in [Rif. 7]. La base dati risultante consta di 44 anni effettivi di misure triorarie. Dal grafico dell’intera serie storica delle velocità medie (Figura 3.3) risultano evidenti due lunghi periodi di assenza di misure, relativi agli anni 1981 - 1982 e 1997. È inoltre possibile notare come le velocità assumano spesso valori elevati, anche superiori ai 25 ms-1 arrivando quasi a sfiorare i 40 ms-1. Tale comportamento è compatibile con la posizione dell’anemometro sulla sommità di un promontorio.


Figura 3.3 Panoramica della serie storica delle misure di velocità media.

Nonostante l’assenza di alcuni anni di misura, la base dati di Capo Mele risulta una delle più complete e omogenee tra quelle considerate nella presente trattazione. In particolare, le misure registrate sono equamente distribuite lungo l’intero arco della giornata e dell’anno (Figura 3.4). Inoltre la percentuale di dati mancanti è del 7% rispetto al massimo numero potenzialmente disponibile di misure (Tabella 3.1). Tale cifra, di per sé non trascurabile, risulta una delle più basse se raffrontata con quelle delle altre stazioni considerate.

misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

128568 8730 119838 16105 103733

100% 7% 93% 13% 81%

Tabella 3.1 Numero totale e percentuale di misure mancanti, valide, nulle e non nulle.


00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)

Distribuzione oraria

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesid

ati v

alid

i (%

)

Distribuzione mensile

Figura 3.4 Distribuzione oraria (a sinistra) e mensile (a destra) delle misure valide.

Un’ immediata visualizzazione dei dati è possibile tramite il diagramma polare di Figura 3.5, dove l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Tale visualizzazione non permette di distinguere nitidamente la provenienza dei venti estremi, ma dà un’idea della provenienza dei venti più deboli e comuni (in particolare quelli entro 16 ms-1). Si può facilmente notare la prevalenza dei venti provenienti da nordest in corrispondenza di fenomeni di grecale e, in seconda istanza e con percentuali dimezzate, da sudovest.


3%

6%

9%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0816243240

Capo Mele

velocità

Figura 3.5 Distribuzione di probabilità della provenienza del vento.

3.2 Stazione di Albenga

La stazione meteorologica di Albenga è una stazione storica di riferimento per il servizio meteorologico dell’Aeronautica Militare e a servizio dell’aeroporto civile “Clemente Panero” di Villanova d’Albenga in provincia di Savona. La stazione è collocata all’interno dell’aeroporto, in un’area pianeggiante al termine della Valle Arroscia in corrispondenza della confluenza del torrente Lerrone. Lo strumento risulta perciò chiuso dai monti a nord e a sud e aperto verso le valli alpine a ovest e verso la piana di Albenga e il Mar Ligure a est, come si può osservare in Figura 3.6.

Le coordinate dell’anemometro sono: latitudine 44.045354°N, longitudine 8.122809°E, quota 50 m. Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Albenga in Figura 3.6 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area ingauna, mentre la Figura 3.7 indica l’esatta collocazione del palo anemometrico.


Figura 3.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Albenga (elaborazione tridimensionale di Google Earth).

Figura 3.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Albenga (fotografia tratta dal sito http://www.rivierairport.it/; vista da est verso la valle Arroscia).


La base dati di Albenga presenta i dati storici su 40 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 1951 al 1990). La base dati storica risultante dopo l’analisi e la correzione [Rif. 7], consta di 39 anni effettivi di misure triorarie. Dal grafico dell’intera serie storica delle velocità medie (Figura 3.8) si possono notare alcune differenze qualitative dei dati nei diversi anni di misura. In particolare si riscontra come nel primo decennio di misure siano presenti i valori più alti della velocità; inoltre, le misure tra 1976 e1984 presentano una soglia minima di lettura superiore a quelle degli altri periodi di misura. Tali differenze sono probabilmente attribuibili a sostituzioni dello strumento nel corso degli anni. Si può inoltre notare che i valori della velocità raramente superano i 20 ms-1.

Figura 3.8 Panoramica della serie storica delle misure.

La base dati di Albenga risulta una delle meno complete tra quelle considerate nella presente trattazione. Infatti, nonostante le misure si riferiscano a un periodo sufficientemente lungo (39 anni), i dati mancanti rappresentano quasi un terzo del totale dei dati potenzialmente disponibili (Tabella 3.2). Ciò è dovuto principalmente alla mancanza di registrazioni nelle ore notturne (Figura 3.9) e in particolare alla totale assenza di misure alle ore 21 e 24 e all’assenza di quasi il 40% delle misure relative alle ore 3. Inoltre si è riscontrato un problema di anomale calme di vento (quasi pari alla metà dei dati validi), ovvero di registrazioni di velocità nulla laddove probabilmente lo strumento non era attivo. Pertanto è evidente che le analisi probabilistiche condotte sulla base dati di Albenga risultino


meno attendibili rispetto, per esempio, a quelle relative alla vicina stazione di Capo Mele.

misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

113960 35547 78413 35990 42423

100% 31% 69% 32% 37%


00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesi

da

ti v

alid

i (%

)



Un’immediata visualizzazione dei dati è possibile tramite il diagramma polare di Figura 3.10, dove l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Tale visualizzazione non permette di distinguere nitidamente la provenienza dei venti estremi, ma dà un’idea della provenienza dei venti più deboli e comuni (in particolare quelli entro 12 ms-1). Si può facilmente notare la prevalenza dei venti provenienti da est-nordest. Altre direzioni tipiche sono nordovest e sud. I venti più intensi, superiori a 12 ms-1, provengono quasi totalmente da nord e nordovest. Data la particolare orografia dell’area, risulta difficile associare tali direzioni a particolari venti, soprattutto a causa di possibili fenomeni di incanalamento lungo le valli alpine a ovest della stazione.


1%

2%

3%

4%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0612182430

velocità



3.3 Basi dati contemporanee

In Figura 3.11 sono riportati i valori di intensità del vento registrati nelle due stazioni anemometriche, solo quando siano presenti entrambe le misure. Le due basi dati contemporanee così ottenute, constano di 49630 misure triorarie, relative a quasi 17 anni di misure comprese tra il 1964 e il 1979 e tra il 1982 e il 1990. Tra le basi dati contemporanee, ottenute analizzando le varie coppie di stazioni limitrofe, questa risulta essere una delle più lunghe ed omogenee.

E’ possibile inoltre osservare come le velocità registrate a Capo Mele (croci blu) siano generalmente maggiori di quelle registrate a Albenga (asterischi rossi). Nella stazione di Capo Mele, infatti, si osservano spesso valori elevati di velocità del vento, superiori ai 20 ms-1 e fino ad un massimo di 33 ms-1. Considerando che Capo Mele si trova ad una quota di circa 220 m sul livello del mare, le velocità registrate sono compatibili con la posizione dell’anemometro. Nella stazione di Albenga, invece, le velocità sono generalmente minori e compatibili con la posizione in pianura dello strumento di misura.

Figura 3.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Capo Mele e ad Albenga.


Nella Tabella 3.3 sono riportate le intensità medie del vento e le deviazioni standard dei dati delle due stazione anemometriche. Come già osservato, l’intensità media del vento a Capo Mele è doppia rispetto a quella di Albenga. Per entrambe le stazioni, le deviazioni standard delle misure assumono valori alti indicando un’ampia dispersione dei valori intorno al valor medio.

Località intensità media del

vento (ms-1)

deviazione standard

(ms-1) numero di dati

Capo Mele 4.53 4.23

Albenga 2.06 2.99

49630 (6204 giorni)

Tabella 3.3 Intensità media del vento e deviazione standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee.

3.4 Frequenza congiunta dell’intensità del vento

A partire dalle basi di dati contemporanee, è stata calcolata la mappa di frequenza congiunta dell’ intensità del vento in ms-1, riportata in Figura 3.12. La scala di colori indica la frequenza di accadimenti ovvero il numero di volte in cui si ha una certa intensità a Capo Mele e, contemporaneamente, un certo altro valore ad Albenga. La linea tratteggiata riportata in Figura 3.12 rappresenta la bisettrice del grafico che indica la massima correlazione possibile tra le stazioni.

Dal grafico si può notare una notevole dispersione dei dati, che risultano per lo più disposti al di sopra bisettrice. Ciò indica che nella maggior parte dei casi quando ad Albenga si ha un vento con una certa intensità a Capo Mele, nello stesso instante, si ha un vento di intensità maggiore.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Figura 3.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Capo Mele – Albenga.

Al fine di indagare se per valori di intensità del vento più elevati il tipo di correlazione tra le stazioni subisca delle variazioni, sono state imposte delle soglie di intensità del vento. Infatti escludendo dall’analisi i venti più deboli, si eliminano i fenomeni dovuti ad effetti locali quali, ad esempio, le brezze e i venti puramente legati all’orografia. Si ricorda che le brezze sono venti che si sviluppano in zone molto localizzate e sono dovuti ad un differente riscaldamento tra la terra e il mare.

Sono state quindi calcolate le mappe di frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando due differenti casi:

• valori di intensità del vento maggiori di 5 ms-1 nella stazione di Capo Mele e maggiori di 3 ms-1 in quella di Albenga (Figura 3.13);

• valori idi intensità del vento maggiori di 7 ms-1 nella stazione di Capo Mele e maggiori di 5 ms-1 in quella di Albenga (Figura 3.14).

La forma della nuvola di dati mostrata nelle due figure (Figura 3.13 e Figura 3.14), risulta sempre più compatta, denotando una minore dispersione dei dati e quindi una maggiore correlazione tra le due stazioni considerando valori di intensità del vento più elevati.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo M

ele

(m

s-1

)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Figura 3.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando i dati in cui Capo Mele >5 ms-1 e Albenga >3ms-1.

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Figura 3.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando i dati in cui Capo Mele >7 ms-1 e Albenga >5 ms-1.


In Figura 3.15 sono riportate le mappe della frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando i 12 settori di provenienza del vento misurato a Capo Mele. Sono stati considerati 12 settori da 30° ognuno. Inoltre, è stata inoltre imposta la soglia di intensità del vento di 3 ms-1 per i dati misurati a Capo Mele e di 1 ms-1 per quelli misurati a Albenga.

I settori 120°-150°, sudest, e 270°-330°, ovest-nordovest, sono poco rappresentati: questi settori, come si può osservare nei diagrammi di provenienza del vento riportati in fondo alla Figura 3.15, sono caratterizzati da una bassa frequenza sia per la stazione di Capo Mele che per quella di Albenga.

La correlazione tra le due stazioni di misura risulta maggiore considerando i settori di provenienza del vento misurato a Capo Mele: 30°-60°, nordest, 90°-120°, est, e 150°-210°, sud. Nei settori 30°-60° e 180°-210° il vento è molto intenso e frequente sia a Capo Mele che ad Albenga: nella mappa delle frequenze infatti si osserva una distribuzione meno allungata e più simmetrica rispetto alla bisettrice. Invece nei settori 210°-240° e 240°-270°, sudovest, la distribuzione è molto allungata in verticale poiché si ha un vento molto frequente ed intenso a Capo Mele, mentre è pressoché assente ad Albenga.


Settore 1: 0° - 30° Settore 2: 30° - 60°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo

Mele

(m

s-1

)

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo M

ele

(m

s-1

)

10

20

30

40

50

60

Settore 3: 60° - 90° Settore 4: 90° - 120°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo M

ele

(m

s-1

)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Settore 5: 120° - 150° Settore 6: 150° - 180°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo

Mele

(m

s-1

)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Capo M

ele

(m

s-1

)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Settore 7: 180° - 210° Settore 8: 210° - 240°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Cap

o M

ele

(m

s-1

)

[v>3] [v>1] Capo Mele

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)


10

20

30

40

50

60

Settore 9: 240° - 270° Settore 10: 270° - 300°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po

Me

le (

ms

-1)


1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po

Me

le (

ms

-1)


1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

Settore 11: 300° - 330° Settore 12: 330° - 360°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Albenga (ms-1)

Ca

po M

ele

(m

s-1

)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


Figura 3.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Capo Mele è > di 3 ms-1 e ad Albenga è > di 1 ms-1 (sopra);

distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto).

3.5 Frequenza congiunta della direzione del vento

In Figura 3.16 è riportata la mappa della frequenza congiunta delle direzioni di provenienza del vento considerando le stazioni di Capo Mele e di Albenga. I colori caldi rappresentano le direzioni di provenienza più frequenti, mentre i colori freddi quelle più rare. La linea tratteggiata rappresenta la bisettrice del grafico. Si possono osservare tre direzioni preferenziali per la stazione di Capo Mele: tra 30° e 90°, nordest, tra 210° e 240°, sudovest, e tra 330° e 360° nordovest. Inoltre, si può notare una zona priva di dati nel settore compreso tra 270° e 300°: questo settore risulta completamente schermato dal vento come mostrato nel diagramma di distribuzione della provenienza del vento in fondo alla Figura 3.15 . Considerando la stazione di Albenga, anche in questo caso si osservano tre direzioni preferenziali molto evidenti tra 60° e 120°, tra 150° e 210° e tra 300° e 360°, anche se contrariamente a quanto osservato per la stazione di Capo Mele, tutti i settori sono ben rappresentati.

I dati risultano sempre meglio correlati tra loro considerando delle soglie minime di intensità del vento, come mostrano le mappe di Figura 3.17, Figura 3.18 e Figura 3.19 in cui sono state imposte le seguenti soglie di intensità:

• maggiore di 5 ms-1 per i dati misurati a Capo Mele e maggiore di 3 ms-1 per quelli misurati a Albenga (Figura 3.17);

5%

10%

15%

20%

25%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

Capo Mele

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Albenga


• maggiore di 7 ms-1 per i dati misurati a Capo Mele e maggiore di 5 ms-1 per quelli misurati a Albenga (Figura 3.18);

• maggiore di 9 ms-1 per i dati misurati a Capo Mele e maggiore di 7 ms-1 per quelli misurati a Albenga (Figura 3.19).

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Albenga

Capo

Mele

50

100

150

200

250

300

350

400

Figura 3.16 Frequenza congiunta della direzione del vento di Capo Mele - Albenga considerando tutte le intensità del vento.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Albenga

Cap

o M

ele

50

100

150

200

250

300

350

400

Figura 3.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Capo Mele > 5 ms-1 e Albenga > 3 ms-1.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Albenga

Capo M

ele

50

100

150

200

250

300

Figura 3.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Capo Mele e 5 ms-1 per Albenga.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Albenga

Capo M

ele

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Figura 3.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Capo Mele e 7 ms-1 per Albenga.

I tre settori meglio correlati risultano essere quelli compresi tra 60° e 90°, nordest, tra 150° e 210°, sud, e tra 330° e 360°, nordovest. Inoltre, come già evidenziato, sono i venti più intensi ad essere meglio correlati tra loro, perché meno legati agli effetti locali.

La Figura 3.20 illustra in forma polare la funzione di densità congiunta della direzione e dell’intensità del vento per le due stazioni: i punti del diagramma più interno corrispondono alla velocità media del vento proveniente da un settore ampio 30°, con probabilità di superamento pari all'1%, mentre i punti dei diagrammi più esterni corrispondono a probabilità di superamento fino allo 0.1‰.

Per la stazione di Capo Mele si può osservare che i venti dominanti ricalcano la distribuzione di probabilità delle direzioni del vento di Figura 3.15: si notano infatti due lobi lungo le direzioni di maestrale e libeccio.

Per la stazione di Albenga invece si può osservare che i venti dominanti sono associati ai settori di nordovest e in modo minore al settore sud, in accordo con la distribuzione di probabilità delle direzioni del vento di Figura 3.15. I settori di nordest, molto frequenti ma poco intensi mostrati in Figura 3.15, nel diagramma polare sono visibili solo nel diagramma più interno.


5 10 15 20 25

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Capo Mele

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Albenga

P = 10-3

P = 10-2

Figura 3.20 Diagramma polare della distribuzione di probabilità.


3.6 Coefficiente di trasferimento

In Tabella 6.4. sono mostrati i valori del coefficiente di trasferimento Capo Mele - Albenga calcolato in diversi modi e partendo da diverse basi dati.

Inizialmente il coefficiente è stato calcolato come rapporto tra le velocità medie di Capo Mele e di Albenga considerando le due basi dati storiche (seconda riga di Tabella 6.4) secondo l’equazione:

><

><=

)(

)(

tV

tVK

j

i

ij (3.1)

Si ricorda che le basi di dati storiche si riferiscono a periodi temporali differenti e hanno quindi lunghezza diversa.

Sono poi state prese in considerazione le basi dati contemporanee ed è stato calcolato il valore del coefficiente di trasferimento in due diversi modi: i) come rapporto tra le velocità medie di Capo Mele e di Albenga (equazione 3.1) e ii) come valor medio dei rapporti tra le velocità di Capo Mele e di Albenga secondo l’equazione:

>=<)(

)(

tV

tVK

j

i

ij (3.2)

Capo Mele/Albenga ><

><=

)(

)(

tV

tVK

j

i

ij >=<)(

)(

tV

tVK

j

i

ij

Basi dati storiche 1.27

Basi dati contemporanee tutti i dati

1.51 1.99

V > 5 ms-1 - P > 3 ms-1 1.50 1.73

V > 5 ms-1 - P > 5 ms-1 1.28 1.37

V > 10 ms-1 - P > 4 ms-1 1.65 1.90

V > 10 ms-1 - P > 5 ms-1 1.55 1.71

V > 10 ms-1 - P > 6 ms-1 1.44 1.54

Tabella 3.4 Coefficiente di trasferimento Capo Mele ‘ Albenga.


In generale, si ottengono valori maggiori del coefficiente di trasferimento considerando le basi dati contemporanee piuttosto che quelle storiche. Inoltre per le basi dati contemporanee, in entrambe le metodologie di calcolo, si ottengono valori minori del coefficiente imponendo i valori soglia di intensità del vento.

Un migliore accordo tra il valore calcolato a partire dalle basi di dati storiche e quelle contemporanee si ottiene utilizzando lo stesso metodo di calcolo del coefficiente (rapporto tra le velocità medie, seconda colonna della Tabella 3.4). Il maggiore accordo con il valore calcolato a partire dalla base storica si ottiene considerando solo i dati delle basi contemporanee per cui l’intensità del vento sia a Capo Mele che ad Albenga è maggiore di 5 ms-1.

Per meglio analizzare l’andamento del coefficiente di trasferimento, in Figura 3.21, Figura 3.22 e Figura 3.23 sono riportati gli istogrammi di frequenza dei rapporti tra le velocità registrate a Capo Mele e ad Albenga, considerando le basi di dati contemporanee. Nelle figure, sono riportati i valori medi del coefficiente e le deviazioni standard. In Figura 3.21, dove sono considerati tutti i dati contemporanei, si osserva una grossa dispersione dovuta ai valori di intensità del vento minori, mentre considerando le soglie di intensità, la distribuzione si restringe intorno al valor medio (Figura 3.22 e Figura 3.23) poiché, come già più volte sottolineato, i valori meno intensi del vento sono legati ad effetti strettamente locali.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mean 1.99

Std 1.85

Coefficiente di trasmissione

Fre

quenza

Figura 3.21 Coefficiente di trasferimento Capo Mele – Albenga.


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

700

800

Mean 1.73

Std 0.92


Fre

quenza

[v>5] [v>3]

Figura 3.22 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Capo Mele maggiori di 5 ms-1 e ad Albenga maggiori di 3 ms-1.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

Mean 1.54

Std 0.53


Fre

quenza

Figura 3.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Capo Mele maggiori di 10 ms-1 e ad Albenga maggiori di 6 ms-1.


Inoltre, poiché il valore del coefficiente di trasferimento dipende dalla direzione di provenienza del vento, sono stati considerati 12 settori da 30° ciascuno e per ognuno è stato calcolato il coefficiente di trasferimento a partire dalle basi di dati storiche e quelle contemporanee considerando le due modalità di calcolo esposte (equazione 3.1 e 3.2).

Nelle Figura 3.24, Figura 3.25 e Figura 3.26 sono riportati gli andamenti del coefficiente di trasferimento per le diverse direzioni considerando:

• le basi dati storiche, pallini e linea nera;

• le basi dati contemporanee calcolando il coefficiente come rapporto tra le velocità medie (equazione 3.1), pallini e linea rossa;

• le basi di dati contemporanee calcolando il coefficiente come media dei rapporti delle velocità (equazione 3.2), pallini e linea blu.

Le linee tratteggiate riportate nelle figure rappresentano i valori medi dei coefficienti direzionali calcolati nei tre differenti modi.

In Figura 3.24, dove sono utilizzati tutti i valori delle basi dati; si può notare che l’andamento generale è ben rispettato considerando le diverse basi, soprattutto tra i valori ottenuti come media dei rapporti delle velocità (linea blu) e quelli ottenuti dalla basi dati storiche (linea nera).

Considerando i valori soglia di intensità del vento per le basi dati contemporanee, si nota che le differenze tra i valori medi del coefficiente considerando le basi dati storiche e quelle contemporanee sono minimizzate, ma i singoli valori direzionali sono meno in accordo. Questo comportamento si suppone essere dovuto alla scarsità di dati sopra una certa soglia di intensità nelle singole direzioni.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

dati WClim mediadati WClim Rapporto velocita media

rapp vel Rapporto Medie mediarapp medie

Figura 3.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Capo Mele - Albenga calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne



Figura 3.25 Valori del coefficiente di trasferimento Capo Mele - Albenga calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Capo Mele > 5 ms-1 e

Albenga > 3 ms-1.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne



Figura 3.26 Valori del coefficiente di trasferimento Capo Mele - Albenga calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Capo Mele > 10 ms-1 e

Albenga > 6 ms-1.


4 Palmaria – Sarzana

Le stazioni anemometriche situate a Palmaria e a Sarzana distano tra loro circa 12.2 km. Di seguito viene riportata una breve introduzione su ognuna delle due stazioni e delle serie storiche confrontate.

4.1 Stazione di Palmaria

La stazione meteorologica dell’Isola di Palmaria è una stazione storica dell’Aeronautica Militare, definitivamente dismessa nel 2006. La stazione era collocata sulla sommità dell’ isola, nel comune di Porto Venere in provincia della Spezia. L’Isola di Palmaria emerge dal Mar Ligure di fronte al promontorio di Porto Venere, che costituisce un confine naturale tra la Riviera spezzina (a nordovest rispetto all’isola) e il Golfo dei Poeti e la città della Spezia (a nord dell’isola).

L’ anemometro era posizionato su sedime della Marina Militare, in prossimità del faro della Marina nell’area delimitata dall’ellisse arancione in Figura 4.2. L’esatta collocazione non è più reperibile a causa della dismissione della stazione e della perdita di memoria storica sulle sue caratteristiche nel corso degli anni.

Per cogliere l’orografia circostante alla stazione dell’Isola di Palmaria in Figura 4.1 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area compresa tra il promontorio di Porto Venere e La Spezia. L’inserimento della stazione all’interno della macroarea spezzina è mostrato in Figura 4.2 in cui è anche indicata la possibile collocazione del palo anemometrico.


Figura 4.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica dell’Isola di Palmaria (elaborazione tridimensionale di Google Earth).


Figura 4.2 Possibile collocazione della stazione anemometrica dell’Isola di Palmaria: in alto un’elaborazione di Google Earth con segnalata la zona del faro della Marina

Militare sulla sommità dell’isola; in basso una fotografia aerea di Bing Maps. L’Aeronautica Militare ha indicato l’area racchiusa dall’ellisse arancione. Qui si è ipotizzato che il palo anemometrico fosse fissato alla struttura bianca simile a un contenitore ad est del faro

della Marina Militare.

La base dati dell’Isola di Palmaria risulta dall’unione di due distinte basi dati: una base dati storica, che presenta 35 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 1951 al 1979 e dal 1986 al 1991), e una base dati recente, che presenta 4 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 2003 al 2006).

Entrambe le basi dati sono state analizzate e corrette rimuovendo i valori anomali [Rif. 7]. La base dati risultante conta 38 anni effettivi di misure triorarie. Dal grafico dell’intera serie storica delle velocità medie (Figura 4.3) risultano evidenti due lunghi periodi di assenza di misure, relativi agli anni dal 1980 al 1985 e dal 1992 al 2003. È inoltre possibile notare come le velocità assumano spesso valori elevati, anche superiori ai 25 ms-1 arrivando quasi a toccare 35 ms-1. Tale comportamento è compatibile con la posizione dell’anemometro sulla sommità di un’isola.

Nonostante la posizione favorevole della stazione meteorologica, la base dati dell’Isola di Palmaria risulta problematica ai fini dell’attendibilità delle analisi probabilistiche a causa dell’assenza di molti anni di misura, dell’incompletezza dei dati (con una percentuale di dati mancati pari al 25% dei dati potenzialmente disponibili, come elencato in Tabella 4.1), della loro disomogenea distribuzione nell’arco della giornata (circa il 20% delle misure non è stato registrato nelle ore notturne, come evidenziato a sinistra di Figura 4.4) e dell’incompletezza delle informazioni sul posizionamento ed eventuali spostamenti dello strumento.



misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

111032 28181 82851 5648 77203

100% 25% 75% 5% 70%



00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesi

da

ti v

alid

i (%

)



Per avere un quadro più dettagliato dei dati, si consideri il diagramma polare di Figura 4.5, dove l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento.

Si può facilmente notare la netta prevalenza dei venti provenienti da nord-nordest in corrispondenza di fenomeni di grecale, che risultano anche molto intensi. Tra gli altri settori, che vedono frequenze assai inferiori, spiccano i venti da ovest e secondariamente da sud. Da notare invece la rarità di venti provenienti da nordovest, ovvero dal promontorio di Porto Venere e dall’entroterra della Riviera spezzina.


3%

6%

9%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0714212835

velocità


4.2 Stazione di Sarzana

La stazione meteorologica di Sarzana è una stazione storica dell’Aeronautica Militare collocata all’interno dell’aeroporto militare di Sarzana. L’area aeroportuale si trova al centro della pianura di Luni, in posizione baricentrale rispetto agli abitati di Sarzana (posta a nordovest), Ameglia (a sudovest) e Ortonovo (a est) nella provincia della Spezia. La pianura di Luni è disposta lungo una direttrice nordovest-sudest, seguendo il corso finale del fiume Magra, che sfocia nel Mar Ligure a sud dell’aeroporto. Nelle direzioni perpendicolari a tale direttrice si trovano le Alpi Apuane (da nord a nordest) e il promontorio che chiude il Golfo dei Poeti (da ovest a sudovest).

Il palo anemometrico, alto 10 m, è collocato lungo il perimetro sudorientale dell’area aeroportuale, come mostrato in Figura 4.7. Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Sarzana in Figura 4.6 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area lunigiana, mentre in Figura 4.7 è mostrato l’inserimento della stazione all’interno della macroarea spezzina e l’esatta collocazione del palo anemometrico.


Figura 4.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Sarzana (elaborazione tridimensionale di Google Earth).


Figura 4.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Sarzana (fotografie satellitari di Google Earth).

La base dati di Sarzana risulta dall’unione di due distinte basi dati: una base dati storica, che presenta 27 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 1970 al 1996), e una base dati recente, che presenta invece 13 anni di misure orarie (24 misure giornaliere dal 1998 ai primi mesi del 2010).

Entrambe le basi dati sono state analizzate e corrette rimuovendo i valori anomali [Rif. 7]. Sono stati inoltre rimossi alcuni giorni del gennaio 2010, in quanto uniche misure disponibili per quell’anno.

La base dati risultante consta di 39 anni effettivi di misure triorarie. Dal grafico dell’intera serie storica delle velocità medie (Figura 4.8) risultano evidenti quattro periodi di assenza delle misure: 4 mesi nel 1978 (dal 6 luglio al 7 novembre), un anno e mezzo dal gennaio 1997 al luglio 1998, il marzo 2003 e 9 mesi dal luglio 2003 al marzo 2004. Si può inoltre notare che i valori della velocità si attestano generalmente entro 15 ms-1.

La base dati di Sarzana risulta una delle meno complete tra quelle considerate nella presente trattazione. Infatti, nonostante le misure si riferiscano a un periodo sufficientemente lungo (39 anni), i dati mancanti rappresentano ben il 40% del


totale dei dati potenzialmente disponibili (Tabella 4.2). Ciò è dovuto in parte alla mancanza di registrazioni nelle ore notturne (Figura 4.9) e in particolare alla pressoché totale assenza di misure alle 24, all’assenza di circa il 75% delle misure alle ore 21 e di circa il 55% delle misure alle ore 3. Inoltre risultano mancanti oltre il 15% dei dati nelle ore diurne.


misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

113960 45944 68016 14192 53824

100% 40% 60% 12% 47%



00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alidi (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesida

ti v

alidi (%

)



Per avere un quadro più dettagliato ed una migliore visualizzazione dei dati, si consideri il diagramma polare di Figura 4.10, dove l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Tale visualizzazione non permette di distinguere nitidamente la provenienza dei venti estremi, ma dà un’idea della provenienza dei venti più deboli e comuni (in particolare quelli entro 10 ms-1).

Si può notare come il diagramma segua la geografia della valle: in particolare spicca la netta prevalenza dei venti provenienti da nordovest (settori tra 300° e 330°), ovvero dalla Val di Magra e dall’Appennino Ligure, in corrispondenza di fenomeni di maestrale; seguono i venti provenienti da sud-sudest (settori tra 120° e 180°), ovvero dal Mar Ligure lungo la direttrice della Val di Magra (venti di scirocco), e in misura minore da sud-sudovest (venti di libeccio). I venti più intensi (oltre 15 ms-1) provengono da nord e, nuovamente, da sud-sudest.


2%

4%

6%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0510152025

Sarzana / Luni

velocità




In Figura 4.11 sono riportate le misure della velocità media del vento registrate nelle due stazioni anemometriche, solo quando siano presenti entrambe le misure. Le basi dati contemporanee così ottenute, constano di 21271 misure triorarie, relative a 7 anni di misure comprese tra il 1960 e il 1991 e alcuni mesi del 1999

Dal grafico dell’intera serie di velocità medie (Figura 4.11) risultano evidenti due periodi di assenza di misure: dal 1979 al 1986 e dal 1991 al 2003. E’ possibile inoltre osservare come le velocità registrate a Palmaria (croci blu) siano generalmente maggiori di quelle registrate a Sarzana (asterischi rossi). Nella stazione di Palmaria, infatti, si osservano spesso valori elevati di velocità del vento, superiori ai 20 ms-1 e fino ad un massimo di 28 ms-1. Considerando che la stazione di Palmaria si trovava ad una quota di circa 192 m sul livello del mare e che l’anemometro è posizionato ad un’altezza dal suolo di 12 m, le velocità registrate sono compatibili con la posizione dell’anemometro. Nella stazione di Sarzana, invece, le velocità sono generalmente minori e compatibili con la posizione in pianura dell’anemometro.

Nella Tabella 4.3 sono riportati l’intensità media del vento e la sua deviazione standard per i dati delle due stazione anemometriche. Come già osservato, l’intensità media del vento a Palmaria è quasi doppia rispetto a quella di Sarzana.

Le deviazioni standard delle misure, per entrambe le stazioni, indicano un’ampia dispersione dei dati intorno al valor medio.


vento (ms-1)

deviazione standard


Palmaria 4.65 3.06

Sarzana 2.17 1.95 21271(2659 giorni)

Tabella 4.3 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee Palmaria - Sarzana.


Figura 4.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Palmaria e a Sarzana.


A partire dalle basi di dati contemporanee, è stata calcolata la mappa di frequenza congiunta della velocità del vento in ms-1, riportata in Figura 4.12. La scala di colori indica la frequenza di accadimenti ovvero il numero di volte in cui si ha una certa intensità a Palmaria e, contemporaneamente, un certo altro valore a Sarzana. La linea tratteggiata, riportata in Figura 4.12, rappresenta la bisettrice del grafico ed esprime la massima correlazione possibile tra le stazioni.

Dal grafico si può notare un’ alta dispersione dei dati, che risultano per la maggior parte disposti al di sopra bisettrice. Ciò indica che quando a Sarzana si ha un vento con una certa intensità sull’isola di Palmaria, nello stesso instante, si ha un vento di intensità maggiore. Rispetto alla coppia di stazioni precedentemente analizzata (capitolo 3), per questa coppia di stazioni le misure di intensità del vento risultano meno disperse intorno alla bisettrice quindi meglio correlate tra loro.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

Frequenza intensita del vento Palmaria - Sarzana

100

200

300

400

500

600

700

800

Figura 4.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento per le stazioni di Palmaria e Sarzana.

Al fine di indagare se per valori di intensità del vento più elevati il tipo di correlazione tra le stazioni subisca delle variazioni, sono state imposte delle soglie di intensità del vento. Infatti, escludendo dall’analisi i venti più deboli, si escludono i fenomeni dovuti ad effetti locali quali ad esempio brezze e venti puramente legati all’orografia.

Sono state quindi calcolate, come per la coppia di stazioni precedentemente analizza, le mappe di frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando due differenti casi:

• valori di intensità del vento maggiori di 5 ms-1 nella stazione di Palmaria e maggiori di 3 ms-1 in quella di Sarzana(Figura 4.13);

• valori idi intensità del vento maggiori di 7 ms-1 nella stazione di Palmaria e maggiori di 5 ms-1 in quella di Sarzana (Figura 4.14).

La forma della nuvola di dati mostrata nelle due figure (Figura 4.13 e Figura 4.14), risulta via via più compatta, denotando una minore dispersione dei dati e quindi una maggiore correlazione tra le due stazioni.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Figura 4.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Palmaria >5 ms-1 e Sarzana >3ms-1.

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Figura 4.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Palmaria >7 ms-1 e Sarzana >5 ms-1.


In Figura 4.15 sono riportate le mappe della frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando i diversi settori di provenienza del vento misurato a Palmaria. Sono stati considerati 12 settori da 30° ognuno. Inoltre è stata imposta una soglia di intensità di 3 ms-1, per i dati misurati a Palmaria, e di 1 ms-1, per quelli misurati a Sarzana.

In generale, tutte le 12 mappe risultato ben rappresentate indicando una buona copertura di tutti i settori di provenienza del vento. Si può infatti notare, nelle distribuzione di probabilità della provenienza del vento riportate in fondo alla Figura 4.15, che il vento è abbastanza frequente in tutte le direzioni di provenienza, specialmente per i dati misurati a Palmaria, mentre per quelli misurati a Sarzana il vento nei settori di nordest e sudovest risulta pressoché assente.

La correlazione tra le due stazioni di misura risulta maggiore considerando i settori: 0°-60° nord-nordest, 180°-240° sud –sudovest e 300°-330° nordovest. Nei settori 60°-90° e 240°-270° il vento è molto intenso e frequente a Palmaria, mentre è pressoché assente a Sarzana; nella mappa delle frequenze infatti si osserva una distribuzione molto allungata in verticale. Lo stesso andamento si osserva per nei settori 90°-150° e 270°-300°, in cui il vento è intenso a Palmaria mentre poco intenso anche se frequente a Sarzana.


Settore 1: 0° - 30° Settore 2: 30° - 60°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

10

20

30

40

50

60

Settore 3: 60° - 90° Settore 4: 90° - 120°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

Settore 5: 120° - 150° Settore 6: 150° - 180°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20


Settore 7: 180° - 210° Settore 8: 210° - 240°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

aria (

ms

-1)

[v>3] [v>1] Palmaria

5

10

15

20

25

30

Settore 9: 240° - 270° Settore 10: 270° - 300°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Palm

ari

a (

ms

-1)


10

20

30

40

50

60

Settore 11: 300° - 330° Settore 12: 330° - 360°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Pa

lma

ria (

ms

-1)

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Pa

lma

ria (

ms

-1)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Figura 4.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando l’intensità a Palmaria è > di 3 ms-1 e a Sarzana è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di

probabilità della provenienza del vento (sotto).


In Figura 4.16 è riportata la mappa della frequenza congiunta delle direzioni di provenienza del vento considerando le stazioni di Palmaria e di Sarzana. I colori caldi rappresentano le direzioni di provenienza più frequenti mentre i colori freddi quelle più rare. La linea tratteggiata rappresenta la bisettrice del grafico.

Mentre i dati di Palmaria risultano essere presenti in tutte le direzioni di provenienza del vento per la stazione di Sarzana si osservano due direzioni preferenziali molto evidenti: tra 150° e 210° (sudest-sud) e tra 330° e 360° (nordovest-nord).

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Palmaria

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Sarzana


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Palm

aria

Frequenza direzioni del vento Palmaria - Sarzana

50

100

150

200

250

300

350

400

Figura 4.16 Frequenza congiunta della direzione di provenienza del vento di Palmaria e Sarzana considerando tutte le intensità del vento.

I dati risultano sempre meglio correlati tra loro considerando delle soglie minime di intensità del vento, come mostrano le mappe di Figura 4.17, Figura 4.18 e Figura 4.19 in cui sono state imposte le seguenti soglie di intensità:

• maggiore di 5 ms-1 per i dati misurati a Palmaria e maggiore di 3 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 4.17);

• maggiore di 7 ms-1 per i dati misurati a Palmaria e maggiore di 5 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 4.18);

• maggiore di 9 ms-1 per i dati misurati a Palmaria e maggiore di 7 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 4.19).

I settori meglio correlati risultano essere quelli compresi tra 30° e 60°, nordest, tra 120° e 150°, sudest e tra 330° e 360°, nordovest. Inoltre, come già evidenziato, sono i venti più intensi ad essere meglio correlati tra loro perché meno legati agli effetti locali.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Palm

aria

Palmaria Sarzana

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Figura 4.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Palmaria > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Palm

aria

Palmaria Sarzana

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Figura 4.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Palmaria e 5 ms-1 per Sarzana.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Palm

aria

Palmaria Sarzana

5

10

15

20

Figura 4.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Palmaria e 7 ms-1 per Sarzana.

5 10 15 20 25

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Palmaria

5 10 15

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Sarzana

P = 10-3

P = 10-2


La Figura 4.20 illustra, in forma polare, la funzione di densità congiunta della direzione e dell’intensità del vento per le due stazioni: i punti più interni del


diagramma corrispondono alla velocità media del vento proveniente da un settore ampio 30°, con probabilità di superamento pari all'1%, mentre i punti dei diagrammi più esterni corrispondono a probabilità di superamento fino allo 0.1‰. Per la stazione di Palmaria si può osservare che i venti dominanti assumono una forma trilobata con lobi diretti verso nordest, sudest e sudovest, rispecchiando qualitativamente quanto emerso dalla distribuzione di provenienza del vento di Figura 4.15. Anche per la stazione di Sarzana si può osservare che il diagramma polare, associato ai venti dominanti, ricalca la distribuzione delle direzioni del vento di Figura 4.15, evidenziando la direttrice disposta da nord-nordovest a sud-sudest.



In Tabella 4.4 sono mostrati i valori dei coefficienti di trasferimento Palmaria - Sarzana calcolati nei modi precedentemente illustrati (paragrafo 6.6, equazione 3.1 e 3.2) e imponendo soglie minime di intensità del vento alle due basi dati contemporanee.

Palmaria - Sarzana ><

><=

)(

)(

tV

tVK

j

i

ij >=<)(

)(

tV

tVK

j

i

ij



1.76 2.10

P > 5, S > 3 1.80 1.91

P > 5, S > 5 1.50 1.56

P > 10, S > 4 1.96 2.12

P > 10, S > 5 1.83 1.94

P > 10, S > 6 1.71 1.79

Tabella 4.4 Coefficiente di trasferimento Palmaria – Sarzana.

Anche in questo caso, un migliore accordo con il valore calcolato a partire dalle basi di dati storiche si ottiene calcolando il coefficiente di trasferimento come rapporto tra le velocità medie (seconda colonna). In generale, per entrambe le metodologie di calcolo del coefficiente, un migliore accordo è ottenuto considerando le soglie di intensità del vento, in particolare quando l’intensità è maggiore di 5 ms-1 a Palmaria e maggiore di 3 ms-1 a Sarzana.

Per meglio analizzare l’andamento del coefficiente di trasferimento, in Figura 4.21, Figura 4.22 e Figura 4.23 sono riportati gli istogrammi di frequenza dei rapporti tra le velocità registrate a Palmaria e a Sarzana, considerando le basi di dati contemporanee. Nelle figure sono riportati i valori medi del coefficiente e le deviazioni standard. In Figura 4.21, dove sono considerati tutti i dati contemporanei, si osserva una grossa dispersione dovuta ai valori bassi di intensità del vento, mentre considerando soglie di intensità maggiori, la distribuzione si restringe intorno al valor medio (Figura 4.22 e Figura 4.23) poiché, come già


sottolineato, i valori meno intensi di velocità del vento sono legati soprattutto ad effetti locali.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mean 2.09

Std 1.49


Fre

quenza

Figura 4.21 Coefficiente di trasferimento Palmaria – Sarzana.


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

700

800

Mean 1.91

Std 0.61


Fre

quenza

Figura 4.22 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità del vento a Palmaria maggiori di 5 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 3 ms-1 .

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

Mean 1.79

Std 0.53


Fre

quenza

Figura 4.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità del vento maggiori di 10 ms-1 a Palmaria e maggiori di 6 ms-1 a Sarzana.


Come già sottolineato il valore del coefficiente di trasferimento dipende dalla direzione di provenienza del vento, perciò sono stati considerati 12 settori da 30° ciascuno e per ognuno è stato calcolato il coefficiente di trasferimento a partire dalle basi di dati storiche e quelle contemporanee considerando le due modalità di calcolo esposte nel paragrafo 6.6.



• le basi dati contemporanee calcolando il coefficiente come rapporto tra le velocità medie, pallini e linea rossa;

• le basi di dati contemporanee calcolando il coefficiente come media dei rapporti delle velocità, pallini e linea blu.


In Figura 4.24, dove sono considerati tutti i valori delle basi dati; si può notare che l’andamento è abbastanza rispettato considerando le due diverse basi di dati. Rispetto ai valori del coefficiente calcolati a partire dalle basi dati storiche, quelli ottenuti a partire dalle basi dati contemporanee sono generalmente maggiori se si calcola come rapporto tra velocità medie (linea rossa), mentre sono minori calcolando i coefficienti come media dei rapporti delle velocità (linea blu).

La maggiore differenza tra i valori del coefficiente calcolati a partire dalle due diverse basi dati si ha per il settore direzionale di 120°, considerando il rapporto tra velocità medie per le basi dati contemporanee.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

Coefficiente di trasmissione Palmaria/Sarzana confronto



Figura 4.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Palmaria - Sarzana calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.

Considerando dei valori soglia di intensità del vento per le basi dati contemporanee si nota che gli andamenti del coefficiente di trasferimento direzionale risultano più simili, sia considerando i diversi modi di calcolarne il valore sia per le diverse basi di date considerate. In particolare considerando la soglia di 10 ms-1 a Palmaria e di 6 ms-1 a Sarzana gli andamenti sono molto simili.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeff

icie

nte

tra

sm

issio

ne

v>10 v>6



Figura 4.25 Valori del coefficiente di trasferimento Palmaria - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Palmaria > 5 ms-1 e Sarzana > 3

ms-1.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

v>5 v>3



Figura 4.26 Valori del coefficiente di trasferimento Palmaria - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Palmaria > 10 ms-1 e Sarzana > 6

ms-1.


5 Monte Rocchetta – Sarzana

Le stazioni anemometriche di Monte Rocchetta e di Sarzana distano tra loro poco meno di 4 km. Di seguito viene riportata una breve introduzione della stazione e della serie storica di Monte Rocchetta, mentre per quella di Sarzana si faccia riferimento al paragrafo 4.2.

5.1 Stazione di Monte Rocchetta

La stazione meteorologica di Monte Rocchetta è una stazione di recente installazione facente parte dell’Osservatorio MeteoIdrologico della Regione Liguria (OMIRL) gestito dall’Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente Ligure (ARPAL). La stazione è collocata sulla sommità dell’omonimo monte tra i comuni di Lerici, Ameglia e Sarzana nella provincia della Spezia. Il monte è parte di un promontorio proteso verso sudest che divide il Golfo dei Poeti dalla Val di Magra (e quindi le città della Spezia e di Sarzana). Pertanto il monte è lambito dal Mar Ligure a sudovest, domina la piana di Luni a nordest e vede la parte finale del promontorio a sudest e l’Appennino Ligure a nordovest.

Il palo anemometrico è alto 10 m. Le coordinate dell’anemometro sono: latitudine 44.071290°N, longitudine 9.938420°E, quota 360 m. L’inserimento della stazione all’interno della macroarea spezzina è mostrato in Figura 5.1. Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Monte Rocchetta, in Figura 5.2 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area compresa tra Lerici e Sarzana in cui è mostrata l’esatta collocazione del palo anemometrico.


Figura 5.1 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Monte Rocchetta (elaborazione tridimensionale di Google Earth).

Figura 5.2 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Monte Rocchetta in un’elaborazione tridimensionale di Google Earth.


La base dati di Monte Rocchetta presenta 8 anni di misure continue (144 misure giornaliere dal 2002 al 2009).

Dal grafico degli 8 anni di misure continue della velocità media (Figura 5.3) si può notare come queste assumano spesso valori superiori a 20 ms-1. Qualitativamente è possibile individuare il ripetersi annuale di eventi intensi.

La base dati di Monte Rocchetta, pur presentando un breve periodo di misure, risulta una delle più complete e affidabili tra quelle analizzate nel presente studio. Infatti, i dati mancanti rappresentano la percentuale minima tra quelle delle basi dati considerate (appena il 4% del massimo numero potenzialmente disponibile di misure, come elencato in Tabella 5.1) e sono distribuiti in maniera uniforme lungo l’arco della giornata e dell’anno (Figura 5.4). Inoltre non sono presenti prolungati periodi di assenza delle misure, né è stato necessario rimuovere dati singolari.


misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

420768 17365 403403 7888 395515

100% 4% 96% 2% 94%



00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesid

ati v

alid

i (%

)



Una più immediata visualizzazione dei dati è possibile tramite il diagramma polare di Figura 5.5, dove l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Tale visualizzazione dà un’idea della provenienza dei venti più deboli e comuni (in particolare quelli entro 10 ms-1).

Si può notare una netta prevalenza dei venti provenienti da nord-nordovest, ovvero dalla valle del fiume Magra. Tali venti rappresentano sia i venti più frequenti sia quelli più intensi. Importante è anche il contributo dei venti provenienti da sudovest, associati a fenomeni di libeccio, e, in misura considerevolmente inferiore, dei venti provenienti da sudest, associati a fenomeni di scirocco.


5%

10%

15%

20%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0510152025

velocità




In Figura 5.6 sono riportati i valori di intensità del vento registrati nelle due stazioni anemometriche, solo quando siano presenti entrambe le misure. Le due basi dati contemporanee così ottenute, constano di 6297 misure triorarie, relative a 2 anni di misure comprese tra il 2002 ed il 2009 con due periodi di interruzione nel 2002 e nel 2003.

In generale è possibile osservare che le velocità registrate a Monte Rocchetta (croci blu) sono generalmente maggiori di quelle registrate a Sarzana (asterischi rossi). Nella stazione di Monte Rocchetta, infatti, si osservano spesso valori elevati di velocità del vento, superiori ai 12 ms-1 e fino ad un massimo di 18 ms-1. Considerando che la stazione di Monte Rocchetta si trova ad una quota di circa 360 m sul livello del mare, le velocità registrate sono compatibili con la posizione dell’anemometro. Nella stazione di Sarzana, invece, le velocità sono generalmente minori e compatibili con la posizione in pianura dell’anemometro.

Figura 5.6 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Monte Rocchetta e a Sarzana.

Nella Tabella 5.2 sono riportati l’intensità media del vento e la sua deviazione standard per i dati delle due stazione anemometriche. Come già osservato,


l’intensità media del vento a Monte Rocchetta è maggiore rispetto a quella di Sarzana. Inoltre, le deviazioni standard delle misure indicano un’ampia dispersione dei valori intorno al valor medio per entrambe le stazioni.

Tabella 5.2 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee.


A partire dalle basi di dati contemporanee, è stata calcolata la mappa di frequenza congiunta dell’ intensità del vento in ms-1, riportata in Figura 5.7. La scala di colori indica la frequenza di accadimenti ovvero il numero di volte in cui si ha una certa intensità a Monte Rocchetta e, contemporaneamente, un certo altro valore a Sarzana. La linea tratteggiata riportata in Figura 5.7 rappresenta la bisettrice del grafico e indica la massima correlazione possibile tra le stazioni.

Dal grafico si può notare una certa dispersione dei dati, che risulta essere minore rispetto alle mappe di frequenza delle altre coppie di stazioni analizzate in questo studio. I dati sono per lo più disposti al di sopra bisettrice; ciò indica che, nella maggior parte dei casi, quando a Sarzana si ha un vento con una certa intensità a Monte Rocchetta, nello stesso instante, si ha un vento di intensità maggiore.


vento (ms-1)

deviazione standard


Monte

Rocchetta 3.13 2.43

Sarzana 2.11 1.53

6297(787 giorni)


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Mon

te R

occh

ett

a (

ms

-1)

Frequenza intensita del vento Monte Rocchetta - Sarzana

50

100

150

200

250

300

350

400

Figura 5.7 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Monte Rocchetta – Sarzana.

Al fine di indagare se per valori di intensità del vento più elevati il tipo di correlazione tra le stazioni subisca delle variazioni, sono state calcolate le mappe di frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando due differenti casi:

• valori di intensità del vento maggiori di 5 ms-1 nella stazione di Monte Rocchetta e maggiori di 3 ms-1 in quella di Sarzana (Figura 5.8);

• valori idi intensità del vento maggiori di 7 ms-1 nella stazione di Monte Rocchetta e maggiori di 5 ms-1 in quella di Sarzana (Figura 5.9).

La forma della nuvola di dati mostrata nelle due figure (Figura 5.8 e Figura 5.9), risulta sempre più compatta, denotando una minore dispersione dei dati e quindi una maggiore correlazione tra le due stazioni considerando valori di intensità del vento più elevati. Si può inoltre osservare che la Figura 5.9 è composta da molti meno dati rispetto alle altre stazioni considerate in questo studio, poiché l’intensità del vento non raggiunge così frequentemente valori intensi come osservato nelle altre stazioni.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Roc

chett

a (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Figura 5.8 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Monte Rocchetta >5 ms-1 e Sarzana >3ms-1.

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Mon

te R

occh

ett

a (

ms

-1)

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Figura 5.9 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Monte Rocchetta >7 ms-1 e Sarzana >5 ms-1.


In Figura 5.10 sono riportate le mappe della frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando i 12 settori di provenienza del vento misurato a Monte Rocchetta ed imponendo la soglia di intensità del vento di 3 ms-1 per i dati misurati a Monte Rocchetta e di 1 ms-1 per quelli misurati a Sarzana.

Non tutti i settori risultato essere ben rappresentati: si osserva per i settori 270° – 300° e 300° – 330° l’assenza di dati. I settori meglio rappresentati risultano essere tra 0° e 30° ossia i venti provenienti da nord-nordest, tra 150° e 240° corrispondente ai venti provenienti da sudest-sud-sudovest e tra 330° e 360° corrispondente al nordovest-nord.

Nelle distribuzione di probabilità della provenienza del vento riportate in fondo Figura 5.10, si può osservare come in entrambe le stazioni i venti provenienti dai settori 60° - 90° e 240° - 270° siano poco frequenti. I venti più frequenti nella stazione di Monte Rocchetta provengono da nordest e secondariamente da sudovest. Per la stazione di Sarzana si osserva una rotazione di circa 60° in senso antiorario: i venti più frequenti provengono da nordovest e secondariamente da sudest.


Settore 1: 0° - 30° Settore 2: 30° - 60°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Mo

nte

Ro

cc

hett

a (

ms

-1)

[v>3] [v>1] Monte Rocchetta

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Mo

nte

Ro

cc

hett

a (

ms

-1)


1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

Settore 3: 60° - 90° Settore 4: 90° - 120°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocchett

a (

ms

-1)

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Roc

chett

a (

ms

-1)

1

2

3

4

5

6

7

8

Settore 5: 120° - 150° Settore 6: 150° - 180°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocc

hett

a (

ms

-1)


2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Roc

chett

a (

ms

-1)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Settore 7: 180° - 210° Settore 8: 210° - 240°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocch

ett

a (

ms

-1)


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocch

ett

a (

ms

-1)


10

20

30

40

50

60

Settore 9: 240° - 270° Settore 10: 270° - 300°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocch

ett

a (

ms

-1)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Roc

ch

ett

a (

ms

-1)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Settore 11: 300° - 330° Settore 12: 330° - 360°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocc

hett

a (

ms

-1)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Sarzana (ms-1)

Monte

Rocc

hett

a (

ms

-1)

2

4

6

8

10

12

14


Figura 5.10 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Monte Rocchetta è > di 3 ms-1 e a Sarzana è > di 1 ms-1 (sopra);

distribuzione di probabilità della provenienza del vento (sotto).


In Figura 6.16 è riportata la mappa della frequenza congiunta delle direzioni di provenienza del vento della coppia di stazioni Monte Rocchetta - Sarzana. I colori caldi rappresentano le direzioni di provenienza più frequenti, mentre i colori freddi quelle più rare. La linea tratteggiata rappresenta la bisettrice del grafico.

Tra le coppie di stazioni limitrofe analizzate in questo studio, Monte Rocchetta e Sarzana risultano essere le meglio correlate per quanto riguarda la direzione di provenienza del vento, infatti i dati risultano essere molto più concentrati intorno alla bisettrice. Si posso chiaramente individuare i due settori principali di provenienza del vento tra 300° e 30 ° e tra 150° e 240°.

Anche in questo caso i dati risultano meglio correlati tra loro considerando le soglie di intensità del vento, come mostrano le mappe di Figura 5.12, Figura 5.13 e Figura 5.14 in cui sono state imposte le seguenti soglie di intensità:

• maggiore di 5 ms-1 per i dati misurati a Monte Rocchetta e maggiore di 3 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 5.12);

• maggiore di 7 ms-1 per i dati misurati a Monte Rocchetta e maggiore di 5 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 5.13);

• maggiore di 9 ms-1 per i dati misurati a Monte Rocchetta e maggiore di 7 ms-1 per quelli misurati a Sarzana (Figura 5.14).

5%

10%

15%

20%

25%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Monte Rocchetta

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Sarzana


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Monte

Roc

che

tta

Frequenza direzioni del vento Monte Rocchetta - Sarzana

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Figura 5.11 Frequenza congiunta della direzione del vento di Monte Rocchetta - Sarzana considerando tutte le intensità del vento.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Mo

nte

Rocc

hett

a

Monte Rocchetta Sarzana

5

10

15

20

Figura 5.12 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Monte Rocchetta > 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Monte

Rocchett

a

Monte Rocchetta Sarzana

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

Figura 5.13 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Monte Rocchetta e 5 ms-1 per Sarzana.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Sarzana

Mo

nte

Rocch

ett

a

5

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9

6

Figura 5.14 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Monte Rocchetta e 7 ms-1 per Sarzana.


Come già osservato e a differenza delle altre coppie di stazioni, in questo caso la soglia di 7 ms-1 e 5 ms-1 risulta essere già poco rappresentativa.

La Figura 5.15 illustra in forma polare la funzione di densità congiunta della direzione e dell’intensità del vento per le due stazioni: i punti del diagramma più interno corrispondono alla velocità media del vento proveniente da un settore ampio 30°, con probabilità di superamento pari all'1%, mentre i punti dei diagrammi più esterni corrispondono a probabilità di superamento fino allo 0.1‰.

Per la stazione di Monte Rocchetta si può osservare che la forma del diagramma polare di Figura 5.15 ricalca sostanzialmente quello di Figura 5.10. In particolare si osserva la dominanza e l’intensità dei venti provenienti da nord-nordovest, ovvero dalla Val di Magra. Il diagramma assume invece una forma quasi isotropa nei settori tra 90° e 270°, associati a venti meridionali con velocità mai superiori a 20 ms-1. Scarsa importanza rivestono invece i venti provenienti da est e da nordovest, forse anche a causa della protezione offerta dai rilievi in tali direzioni.

Anche per la stazione di Sarzana si può osservare che il diagramma polare, associato ai venti dominanti, ricalca la distribuzione delle direzioni del vento di Figura 5.10, evidenziando la direttrice disposta da nord-nordovest a sud-sudest.


5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Monte Rocchetta

5 10 15

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Sarzana

P = 10-3

P = 10-2



In Tabella 5.3. sono mostrati i valori del coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta - Sarzana calcolati nei modi illustrati nel paragrafo 6.6 (equazione 3.1 e 3.2) ed imponendo soglie minime di intensità del vento alle due basi dati contemporanee.

Monte Rocchetta /

Sarzana ><

><=

)(

)(

tV

tVK

j

i

ij >=<)(

)(

tV

tVK

j

i

ij



1,45 1.85

V > 5 ms-1 - P > 3 ms-1 1.66 1.75

V > 5 ms-1 - P > 5 ms-1 1.41 1.44

V > 10 ms-1 - P > 4 ms-1 1.77 1.92

V > 10 ms-1 - P > 5 ms-1 1.64 1.74

V > 10 ms-1 - P > 6 ms-1 1.50 1.56

Tabella 5.3 Coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta – Sarzana.

In generale, il maggior accordo con il valore calcolato a partire dalle basi di dati storiche si ottiene utilizzando lo stesso metodo di calcolo del coefficiente (rapporto tra le velocità medie). In particolare, il valore più vicino si ottiene, per entrambe le metodologie di calcolo del coefficiente (seconda e terza colonna), considerando solo i dati per cui l’intensità del vento, sia a Monte Rocchetta che a Sarzana, è maggiore di 5 ms-1. Inoltre, per entrambi i metodi di calcolo, si ottengono valori minori del coefficiente imponendo dei valori soglia di intensità del vento.

Per meglio analizzare l’andamento del coefficiente di trasferimento, in Figura 5.16, Figura 5.17 e Figura 5.18 sono riportati gli istogrammi di frequenza dei rapporti tra le velocità registrate a Monte Rocchetta e a Sarzana, considerando le basi di dati contemporanee. Nelle figure sono riportati i valori medi del coefficiente e le deviazioni standard. In Figura 5.16, dove sono considerati tutti i dati contemporanei, si osserva una certa dispersione dovuta ai valori meno intensi del


vento, mentre considerando soglie di intensità maggiori, la distribuzione si restringe intorno al valor medio (Figura 5.17 e Figura 5.18) poiché, come già sottolineato, i valori meno intensi del vento sono generalmente associati ad effetti locali. Comunque, rispetto alle altre coppie di stazioni analizzate in questo studio, la dispersione dei dati intorno al valor medio del coefficiente di trasmissione è minore.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mean 1.85

Std 1.63


Fre

quenza

Coefficiente di trasmissione (Monte Rocchetta/Sarzana)

Figura 5.16 Coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta – Sarzana.


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

700

800

Mean 1.75

Std 0.50


Fre

quenza

Figura 5.17 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Monte Rocchetta maggiori di 5 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 3 ms-1.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

Mean 1.56

Std 0.31


Fre

quenza

Figura 5.18 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Monte Rocchetta maggiori di 10 ms-1 ed a Sarzana maggiori di 6 ms-1.


Poiché il valore del coefficiente di trasferimento dipende dalla direzione di provenienza del vento, sono stati considerati 12 settori da 30° e per ognuno è stato calcolato il coefficiente di trasferimento a partire dalle basi di dati storiche e quelle contemporanee considerando le due modalità di calcolo.

Nelle Figura 5.19, Figura 5.20 e Figura 5.21 sono riportati gli andamenti del coefficiente di trasferimento per le diverse direzioni, considerando:


• le basi dati contemporanee calcolando il coefficiente come rapporto tra le velocità medie, pallini e linea rossa;

• le basi di dati contemporanee calcolando il coefficiente come media dei rapporti delle velocità, pallini e linea blu.


In Figura 5.19, dove sono considerati tutti i valori delle basi dati, si può notare un buon accordo tra i tre andamenti. In generale, considerando le basi dati contemporanee, per entrambe le metodologie di calcolo, i valori del coefficiente di tutti i 12 settori direzionali risultano maggiori rispetto ai valori ottenuti a partire dalle basi dati storiche. In particolare, le maggiori differenze si riscontrano calcolando il coefficiente come rapporto dei valori medi.

Considerando i valori soglia di intensità del vento per le basi dati contemporanee si nota che i valori del coefficiente di trasferimento direzionale risultano più simili tra loro, ma aumenta la differenza con quelli ottenuti a partire dalle basi dati storiche. Inoltre considerando la soglia di 10 ms-1 a Monte Rocchetta e di 6 ms-1 a Sarzana nelle basi dati contemporanee, gli unici settori in cui sono presenti dei dati sono tra 0° e 30° e tra 180° e 240°, che corrispondono ai settori di provenienza dei venti più intensi in entrambe le stazioni.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne



Figura 5.19 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Monte Rocchetta - Sarzana calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne



Figura 5.20 Valori del coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Monte Rocchetta

> 5 ms-1 e Sarzana > 3 ms-1.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

v>10 v>6



Figura 5.21 Valori del coefficiente di trasferimento Monte Rocchetta - Sarzana calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Monte Rocchetta

> 10 ms-1 e Sarzana > 6 ms-1.


6 Volterra – Pisa

Le stazioni anemometriche di Volterra e di Pisa distano tra loro circa 49 km. Di seguito viene riportata una breve introduzione su ognuna delle due stazioni e sulle serie storiche confrontate.

6.1 Stazione di Volterra

La stazione meteorologica di Volterra è una stazione storica dell’Aeronautica Militare, dismessa nel 2007. La stazione era posizionata sulla sommità di una torre posta nella piazza centrale di Volterra in provincia di Pisa. L’abitato di Volterra è collocato su una costa, che, coi suoi 500 m di quota, spicca sul territorio circostante, composto quasi esclusivamente di rilevi collinari. L’anemometro era posizionato a 37 m dal suolo alle coordinate: latitudine 43.402147°N, longitudine 10.859842°E, quota 555 m.

Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Volterra, in Figura 6.1 è presentata un’elaborazione tridimensionale dell’area circostante la città. Infine, la Figura 6.2 indica l’esatta collocazione del palo anemometrico.

Figura 6.1 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Volterra in un’elaborazione tridimensionale della città di Google Earth.


Figura 6.2 Vista del Palazzo Pretorio in Piazza dei Priori a Volterra con la Torre del Porcellino da cui spicca il palo anemometrico (fotografia Panoramio).

Per la stazione meteorologica di Volterra è stata analizzata la base dati storica, che presenta 38 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere dal 1961 al 1998). Dal grafico dell’intera serie storica delle velocità medie (Figura 6.3) si possono notare tre mesi di assenza di misure nel 1977 tra il 1 marzo e il 10 maggio. Si può altresì notare che dal 1961 al 1980 la soglia minima di lettura è superiore a quelle degli altri periodi di misura. Ciò può essere attribuito a eventuali sostituzioni dello strumento nel corso degli anni. Inoltre, i valori della velocità superano raramente 25 ms-1 e generalmente sono contenuti entro 20 ms-1.


Figura 6.3 Serie storica delle misure di velocità media.

Sebbene la base dati di Volterra non presenti rilevanti periodi di assenza di misure e consti di 38 anni di misure, non si può comunque affermare che sia completa e omogenea. Infatti, i dati mancanti rappresentano il 32% del totale dei dati potenzialmente disponibili (Tabella 6.1). Ciò è dovuto soprattutto alla mancanza di registrazioni nelle ore notturne (Figura 6.4): alle ore 21 e 24 ben il 75% delle misure non è stato registrato, alle ore 3 il 55%.

misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

111032 35583 75449 14153 61296

100% 32% 68% 13% 55%



00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesid

ati v

alid

i (%

)



Per avere un quadro più dettagliato dei dati, il diagramma di Figura 6.5 riassume, per ciascuno dei 12 settori analizzati, la ricorrenza della velocità media suddivisa in campi di 6 ms-1. L’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Questa visualizzazione permette di avere un’idea precisa della provenienza dei venti più deboli e comuni (in particolare quelli entro 12 ms-1) e, approssimativamente, anche dei venti più intensi. In generale si può osservare che la stazione di Volterra non mostra settori in cui le registrazioni siano particolarmente rare. Ciò può essere dovuto alla collocazione dell’anemometro, che si trova immerso in un territorio in cui l’orografia non si dispone lungo particolari direttrici, ma è caratterizzata da rilievi collinari omogenei. Si può, comunque facilmente notare una prevalenza dei venti provenienti da nordest e, in seconda istanza, da sudovest e da sud. Le stesse direzioni entrano in gioco quando si considerano i venti più sostenuti. Tali direzioni risultano pressoché perpendicolari alla linea del costone su cui sorge la città.


1%

2%

3%

4%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0612182430

velocità


6.2 Stazione di Pisa

La stazione meteorologica di Pisa è una stazione storica dell’Aeronautica Militare collocata all’interno dell’aeroporto militare di Pisa, aperto anche al traffico civile. L’area aeroportuale si trova a sudovest dell’abitato di Pisa, al centro della pianura dell’Arno e sulla direttrice che congiunge Pisa a Livorno. Ad alcuni chilometri ad ovest dell’aeroporto si incontra la costa pisana sul Mar Ligure, mentre in direzione nordest si trovano alcuni colli e verso est la Valdarno. Per cogliere l’orografia circostante alla stazione di Pisa in Figura 6.6 è presentata un’elaborazione tridimensionale della costa toscana tra Massa e Livorno.

Il palo anemometrico, alto 10 m, è collocato lungo il perimetro sudorientale dell’area aeroportuale, circa a metà della pista d’atterraggio principale. Le coordinate dell’anemometro sono: latitudine 43.681040°N, longitudine 10.394110°E, quota 6 m. La Figura 6.7 mostra l’esatta ubicazione del palo anemometrico.


Figura 6.6 Inserimento orografico della stazione anemometrica di Pisa (elaborazione tridimensionale di Google Earth).

Figura 6.7 Esatta collocazione della stazione anemometrica di Pisa vista da sudovest verso nordest (fotografia Panoramio).


La base dati di Pisa consta di 53 anni di misure triorarie (8 misure giornaliere) composti da 41 anni dal 1951 al 1991 e 12 anni dal 1998 al 2009. Dal grafico della serie storica delle velocità medie (Figura 6.8) risulta evidente l’intervallo tra il 1992 e il 1997 in cui non si dispone di misure. Si possono altresì notare alcune differenze qualitative tra i dati nei diversi anni di misura: in particolare, si riscontra che, nel primo venticinquennio di misure, sono presenti i valori più alti della velocità. Si può inoltre notare che i valori della velocità superano raramente 20 ms-1.

A parte la mancanza di alcuni anni di misura, la base dati di Pisa risulta una delle più complete e omogenee tra quelle considerate. In particolare, le misure registrate sono equamente distribuite lungo l’intero arco della giornata e dell’anno (Figura 6.9). Inoltre la percentuale di dati mancanti è appena del 4% rispetto al massimo numero potenzialmente disponibile di misure (Tabella 6.1).

Figura 6.8 Serie storica delle misure di velocità media.

misure potenziali

misure mancanti

misure valide

calme di vento

velocità non nulle

154864 5847 149017 51993 97024

100% 4% 96% 34% 63%



00 03 06 09 12 15 18 210

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

ore

da

ti v

alid

i (%

)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

mesid

ati v

alid

i (%

)



Per avere un quadro più dettagliato dei dati, si consideri il diagramma polare di Figura 6.10, in cui l’altezza dei settori indica la frequenza di un vento proveniente da una determinata direzione, mentre i diversi colori sono in relazione con l’intensità del vento. Si può facilmente notare la prevalenza dei venti provenienti da est, ovvero dalla Valdarno e secondariamente da ovest, in parte seguendo il corso del fiume Arno. Risultano invece poco frequenti i venti provenienti da nord e da sud. I venti più intensi provengono dai settori compresi tra 180° e 270°, ovvero da sudovest e quindi dal mare.


2%

4%

6%

8%

W E

S

N

60

30330

300

240

210 150

120

0510152025

velocità




In Figura 6.11 sono riportati i valori di intensità del vento registrati nelle due stazioni anemometriche, solo quando siano presenti entrambe le misure. Le due basi dati contemporanee così ottenute, constano di 66362 misure triorarie, relative a quasi 23 anni di misure comprese tra il 1960 e il 1991 e alcuni mesi del 1999. Tra le basi dati contemporanee ottenute analizzando le varie coppie di stazioni limitrofe, questa risulta essere la più lunga ed omogenea.

E’ possibile inoltre osservare come le velocità registrate a Volterra (croci blu) siano generalmente maggiori di quelle registrate a Pisa (asterischi rossi). Nella stazione di Volterra, infatti, si osservano spesso valori elevati di velocità del vento, superiori ai 20 ms-1 e fino ad un massimo di 28 ms-1. Considerando che Volterra si trova ad una quota di circa 550 m sul livello del mare e che l’anemometro è posizionato in cima ad una torre di circa 30 m, le velocità registrate sono compatibili con la posizione dell’anemometro. Nella stazione di Pisa, invece, le velocità sono generalmente minori e compatibili con la posizione in pianura dell’anemometro.

Figura 6.11 Serie contemporanea delle misure di velocità media a Volterra e a Pisa.


Nella Tabella 6.3 sono riportati l’intensità media del vento e la sua deviazione standard per i dati delle due stazione anemometriche. Come già osservato, l’intensità media del vento a Volterra è quasi doppia rispetto a quella di Pisa. Si può inoltre osservare che, per entrambe le stazioni, le deviazioni standard sono elevate indicando un’ampia dispersione delle misure intorno al valor medio.


vento (ms-1)

deviazione standard


Volterra 4.16 3.73

Pisa 2.29 2.51 66362 (8295 giorni)

Tabella 6.3 Intensità medie del vento e deviazioni standard calcolate a partire dalle basi dati contemporanee.


A partire dalle basi di dati contemporanee, è stata calcolata la mappa di frequenza congiunta dell’ intensità del vento in ms-1 e riportata in Figura 6.12. La scala di colori indica la frequenza di accadimenti ovvero il numero di volte in cui si ha una certa intensità a Volterra e, contemporaneamente, un certo altro valore a Pisa. La linea tratteggiata riportata in Figura 6.11 rappresenta la bisettrice del grafico, che indica la massima correlazione possibile tra le stazioni.

Dal grafico si può notare una notevole dispersione dei dati, che risultano per lo più disposti al di sopra bisettrice. Ciò indica che, nella maggior parte dei casi, quando a Pisa si ha un vento con una certa intensità a Volterra, nello stesso instante, si ha un vento di intensità maggiore.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volterr

a (

ms

-1)

Frequenza intensita del vento Volterra - Pisa

100

200

300

400

500

600

700

800

Figura 6.12 Frequenza congiunta dell’ intensità del vento Volterra – Pisa.

Come per le stazioni precedentemente analizzate, al fine di indagare se per valori di intensità del vento più elevati il tipo di correlazione tra le stazioni subisca delle variazioni, sono state calcolate le mappe di frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando due soglie di intensità del vento:

• valori di intensità del vento maggiori di 5 ms-1 nella stazione di Volterra e maggiori di 3 ms-1 in quella di Pisa ( Figura 6.13);

• valori idi intensità del vento maggiori di 7 ms-1 nella stazione di Volterra e maggiori di 5 ms-1 in quella di Pisa (Figura 6.14).

La forma della nuvola di dati mostrata nelle due figure (Figura 6.13 e Figura 6.14), risulta sempre più compatta, denotando una minore dispersione dei dati e quindi una maggiore correlazione tra le due stazioni considerando valori di intensità del vento più elevati.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volterr

a (

ms

-1)

50

100

150

200

250

300

Figura 6.13 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Volterra >5 ms-1 e Pisa >3ms-1.

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lterr

a (

ms

-1)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Figura 6.14 Frequenza congiunta dell’intensità considerando solo i dati in cui Volterra >7 ms-1 e Pisa >5 ms-1.


In Figura 6.15 sono riportate le mappe della frequenza congiunta dell’intensità del vento considerando diversi settori di provenienza del vento misurato a Volterra. Sono stati considerati 12 settori da 30° ognuno. Inoltre è stata imposta la soglia di intensità del vento di 3 ms-1 per i dati misurati a Volterra e di 1 ms-1 per quelli misurati a Pisa.

In generale, tutte le 12 mappe risultano ben rappresentate indicando una buona copertura di tutti i settori di provenienza del vento. Si può infatti notare, nelle distribuzione di probabilità della provenienza del vento riportate in fondo alla Figura 6.15, che il vento è abbastanza frequente in tutte le direzioni di provenienza, sia per i dati misurati a Volterra che per quelli misurati a Pisa.

La correlazione tra le due stazioni di misura risulta maggiore considerando i settori di provenienza del vento misurato a Volterra: 60°-150° est-sudest, 210°-270°, sudovest-ovest e 300°-330° nordovest. Nei settori 0°-30° e 30°-60° il vento è molto intenso e frequente a Volterra mentre è raro e poco intenso a Pisa; nella mappa delle frequenze, infatti, si osserva una distribuzione molto allungata in verticale. Lo stesso andamento si osserva per il settore 180°-210°, che è anch’esso frequente e molto intenso a Volterra mentre poco rappresentato a Pisa.


Settore 1: 0° - 30° Settore 2: 30° - 60°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)

[v>3] [v>1] Volterra

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)


10

20

30

40

50

60

Settore 3: 60° - 90° Settore 4: 90° - 120°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volterr

a (

ms

-1)


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lterr

a (

ms

-1)


10

20

30

40

50

60

Settore 5: 120° - 150° Settore 6: 150° - 180°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volt

err

a (

ms

-1)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)

5

10

15

20

25

30


Settore 7: 180° - 210° Settore 8: 210° - 240°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volt

err

a (

ms

-1)


10

20

30

40

50

60

Settore 9: 240° - 270° Settore 10: 270° - 300°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lterr

a (

ms

-1)


5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Settore 11: 300° - 330° Settore 12: 330° - 360°

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Vo

lte

rra

(m

s-1

)

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25

0

5

10

15

20

25

Pisa (ms-1)

Volt

err

a (

ms

-1)


5

10

15

20

25


Figura 6.15 Frequenza congiunta dell’intensità del vento nei 12 settori di provenienza, quando intensità a Volterra è > di 3 ms-1 e a Pisa è > di 1 ms-1 (sopra); distribuzione di

probabilità della provenienza del vento (sotto).


In Figura 6.16 è riportata la mappa della frequenza congiunta delle direzioni di provenienza del vento considerando le stazioni di Volterra e di Pisa. I colori caldi rappresentano le direzioni di provenienza più frequenti, mentre i colori freddi quelle più rare. La linea tratteggiata rappresenta la bisettrice del grafico. Si osservano due direzioni preferenziali molto evidenti per la stazione di Pisa: tra 90° e 120° e tra 240° e 300°.

Come già osservato per le coppie di stazioni precedentemente analizzate, i dati risultano sempre meglio correlati tra loro considerando delle soglie minime di intensità del vento, come mostrano le mappe di Figura 6.17,Figura 6.18 e Figura 6.19, in cui sono state imposte le seguenti soglie di intensità:

• maggiore di 5 ms-1 per i dati misurati a Volterra e maggiore di 3 ms-1 per quelli misurati a Pisa (Figura 6.17);

• maggiore di 7 ms-1 per i dati misurati a Volterra e maggiore di 5 ms-1 per quelli misurati a Pisa (Figura 6.18);

• maggiore di 9 ms-1 per i dati misurati a Volterra e maggiore di 7 ms-1 per quelli misurati a Pisa (Figura 6.19).

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Volterra

5%

10%

15%

W E

S

N

60

30330

300

210

240

150

120

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Pisa


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Pisa

Volterr

a

Frequenza direzioni del vento Volterra - Pisa

50

100

150

200

250

300

Figura 6.16 Frequenza congiunta della direzione del vento di Volterra - Pisa considerando tutte le intensità del vento.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Pisa

Volt

err

a

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Figura 6.17 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati per cui Volterra > 5 ms-1 e Pisa > 3 ms-1.


0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Pisa

Volterr

a

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Figura 6.18 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 7 ms-1 per Volterra e 5 ms-1 per Pisa.

0° 30° 60° 90° 120°150°180°210°240°270°300°330°360°0°

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

Pisa

Vo

lterr

a

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Figura 6.19 Frequenza congiunta della direzione del vento, considerando solo i dati con intensità maggiore di 9 ms-1 per Volterra e 7 ms-1 per Pisa.


I settori meglio correlati risultano essere quelli compresi tra 60° e 90°, nordest, e tra 240° e 270° sudovest-ovest. Inoltre, come già evidenziato, sono i venti più intensi ad essere meglio correlati tra loro, perché meno legati agli effetti locali.

La Figura 6.20 illustra in forma polare la funzione di densità congiunta della direzione e dell’intensità del vento per le due stazioni: i punti del diagramma più interno corrispondono alla velocità media del vento proveniente da un settore ampio 30°, con probabilità di superamento pari all'1%, mentre i punti dei diagrammi più esterni corrispondono a probabilità di superamento dello 0.1‰. Per la stazione di Volterra si può osservare che i venti dominanti ricalcano la distribuzione di probabilità delle direzioni del vento di Figura 6.15: si nota, infatti, una forma oblunga diretta lungo la direttrice da nord-nordest a sud-sudovest. Per la stazione di Pisa, invece, si può osservare che i venti dominanti provengono da est-nordest e da ovest-sudovest. Nella distribuzione di probabilità delle direzioni del vento di Figura 6.15 i venti più frequenti risultano provenienti dal settore est-sudest.

5 10 15 20

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Volterra

5 10 15

30

210

60

240

90270

120

300

150

330

180

0

Pisa

P = 10-3

P = 10-2




In Tabella 6.4 sono mostrati i valori del coefficiente di trasferimento Volterra - Pisa calcolati nei modi illustrati nel paragrafo 6.6 (equazione 3.1 e 3.2) ed imponendo soglie minime di intensità del vento alle due basi dati contemporanee.

Volterra - Pisa ><

><=

)(

)(

tV

tVK

j

i

ij >=<)(

)(

tV

tVK

j

i

ij



1.48 1.92

V > 5 ms-1 - P > 3 ms-1 1.54 1.70

V > 5 ms-1 - P > 5 ms-1 1.30 1.36

V > 10 ms-1 - P > 4 ms-1 1.74 1.93

V > 10 ms-1 - P > 5 ms-1 1.62 1.74

V > 10 ms-1 - P > 6 ms-1 1.51 1.59

Tabella 6.4 Coefficiente di trasferimento Volterra – Pisa

Sono stati inoltre calcolati i valori del coefficiente di trasferimento imponendo diverse soglie di intensità del vento alle basi dati contemporanee, sempre considerando le due diverse modalità di calcolo del coefficiente sopra descritte (seconda e terza colonna di Tabella 6.4).

In generale, il maggior accordo con il valore calcolato a partire dalle basi dati storiche si ottiene utilizzando lo stesso metodo di calcolo del coefficiente (rapporto tra le velocità medie) e considerando la totalità dei dati contemporanei, ossia senza imporre alcuna soglia di intensità. Nel caso invece del calcolo del coefficiente come media dei rapporti tra le velocità (terza colonna), in generale si ottengono valori minori del coefficiente imponendo i valori di soglia di intensità del vento. In particolare, il valore minino si ottiene considerando solo i dati per cui l’intensità del vento a Volterra è maggiore di 5 ms-1 e a Pisa maggiore di 3 ms-1, mentre il valore più vicino a quello ottenuto utilizzando le basi di dati storiche si ottiene considerando come soglie di intensità 10 ms-1 e 6 ms-1 per le stazioni di Volterra e Pisa, rispettivamente.


Per meglio analizzare l’andamento del coefficiente di trasferimento, in Figura 6.21,Figura 6.22 e Figura 6.23 sono riportati gli istogrammi di frequenza dei rapporti tra le velocità registrate a Volterra e a Pisa, considerando le basi di dati contemporanee. Nelle figure sono inoltre riportati i valori medi del coefficiente e le deviazioni standard. In Figura 6.21, dove sono considerati tutti i dati contemporanei, si osserva una grande dispersione dovuta alle velocità poco intense del vento; considerando soglie di intensità maggiori, la distribuzione si restringe intorno al valor medio (Figura 6.22 e Figura 6.23) poiché, come già sottolineato, i valori meno intensi della velocità del vento sono generalmente associati ad effetti locali.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

2500

3000

Mean 1.92

Std 1.78


Fre

quenza

Coefficiente di trasmissione (Volterra/Pisa)

Figura 6.21 Coefficiente di trasferimento Volterra – Pisa.


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

100

200

300

400

500

600

700

800

Mean 1.70

Std 0.75


Fre

quenza

Figura 6.22 Coefficiente di trasferimento considerando i valori di intensità a Volterra maggiori di 5 ms-1 ed a Pisa maggiori di 3 ms-1.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

Mean 1.58

Std 0.42


Fre

quenza

Figura 6.23 Coefficiente di trasferimento considerando valori di intensità a Volterra maggiori di 10 ms-1 ed a Pisa maggiori di 6 ms-1.


Come già sottolineato il valore del coefficiente di trasferimento dipende dalla direzione di provenienza del vento, perciò sono stati considerati 12 settori da 30° ciascuno e per ognuno è stato calcolato il coefficiente di trasferimento a partire dalle basi di dati storiche e quelle contemporanee considerando le due modalità di calcolo sopra esposte.



• le basi dati contemporanee calcolando il coefficiente come rapporto tra le velocità medie (equazione 3.1), pallini e linea rossa;

• le basi di dati contemporanee calcolando il coefficiente come media dei rapporti delle velocità (equazione 3.2), pallini e linea blu.


In Figura 6.24, dove sono considerati tutti i valori delle basi dati; si può notare che l’andamento è abbastanza rispettato considerando le due diverse basi di dati, anche se si osserva una traslazione del picco tra le misure delle base dati contemporanee e quelle storiche. Inoltre i valori direzionali del coefficiente di trasferimento calcolato a partire dalle basi dati storiche sono più simili a quelli calcolati a partire dalle basi dati contemporanee come rapporto dei valori medi.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Co

eff

icie

nte

tra

sm

iss

ione

Coefficiente di trasmissione Volterra/Pisa confronto



Figura 6.24 Valori del coefficiente di trasferimento direzionale Volterra - Pisa calcolati a partire dalle basi dati storiche e da quelle contemporanee.

Considerando dei valori di soglia di intensità del vento per le basi dati contemporanee si nota che gli andamenti del coefficiente di trasferimento direzionale risultano più simili, sia considerando i diversi modi di calcolarne il valore, sia per le diverse basi di date considerate. In particolare, considerando la soglia di 10 ms-1 a Volterra e di 6 ms-1 a Pisa, gli andamenti sono molto simili.


0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

v>5 v>3



Figura 6.25 Valori del coefficiente di trasferimento Volterra - Pisa calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Volterra > 5 ms-1 e Pisa > 3 ms-1.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360°0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

direzione

Coeffic

iente

tra

sm

issio

ne

v>10 v>6



Figura 6.26 Valori del coefficiente di trasferimento Volterra - Pisa calcolati dalle basi dati storiche e dalle quelle contemporanee quando Volterra > 10 ms-1 e Pisa > 6 ms-1.


7 Coefficiente di correlazione

Per correlazione si intende una relazione tra due variabili aleatorie tale che a ciascun valore della prima variabile corrisponda, con una certa regolarità, un valore della seconda. Il grado di correlazione fra due variabili viene espresso mediante i cosiddetti indici di correlazione. Uno dei maggiormente utilizzati è il coefficiente di correlazione di Pearson, più semplicemente detto coefficiente di correlazione, e calcolato come rapporto tra la covarianza delle due variabili x e y e il prodotto delle loro deviazioni standard:

2

1

2

1

1

)()(

))((

∑∑

∑

==

=

−−

−−

==n

i

yi

n

i

xi

n

i

yixi

yx

xy

xy

yx

yx

µµ

µµ

σσ

σρ (7.1)

dove:

xyσ è la covarianza tra le variabili x e y

xσ e

yσ sono le deviazioni standard.

Il coefficiente assume sempre valori compresi tra:

11 ≤≤−xy

ρ

Inoltre se:

• 1 =xy

ρ si ha una correlazione lineare positiva tra le variabili, ossia

mxay += , dove 0>m ;

• 0>xyρ le variabili x e y si dicono direttamente correlate, oppure

correlate positivamente;

• 0=xyρ le variabili x e y si dicono incorrelate;

• 0<xyρ le variabili x e y si dicono inversamente correlate, oppure

correlate negativamente;

• 1- =xyρ si ha una correlazione lineare negativa tra le variabili, ossia

mxay += , dove 0<m .

Per la correlazione diretta si distingue inoltre:

• 3.00 ≤≤ xyρ : correlazione debole;

• 7.03.0 << xyρ : correlazione moderata;


• 7.0>xy

ρ : correlazione forte.

In questa relazione, al fine di verificare il grado di correlazione tra le coppie di stazioni analizzate, è stato calcolato il coefficiente di correlazione tra i dati delle basi contemporanee delle varie coppie. In Figura 7.1 sono mostrati i valori dei coefficienti ottenuti per le diverse coppie di stazioni; si può osservare che in tutti i casi si ottiene una correlazione diretta ed un grado di correlazione moderato. Le stazioni di Capo Mele - Albenga risultano avere il più alto grado di correlazione, mentre le stazioni di Volterra - Pisa il minore.

Volterra-Pisa Palmaria-Sarzana Capo Mele-Albenga Monte Rocchetta-Sarzana0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Coeffic

iente

di c

orr

ela

zio

ne

Coefficiente di correlazione

Figura 7.1 Coefficiente di correlazione delle diverse coppie di stazioni.

Come già osservato nel corso di questo studio, esistono dei settori preferenziali di provenienza del vento, per cui è stata calcolata la correlazione tra i dati misurati nelle diverse stazioni di misura considerando 12 settori da 30° ciascuno (Figura 7.2).

Si può osservare come il grado di correlazione tra le coppie di stazioni vari fortemente in dipendenza del settore considerato. Infatti, per alcuni settori il grado


di correlazione è elevato, mentre per altri la correlazione è debole. In particolare, considerando la coppia Volterra - Pisa c’è una maggiore correlazione per il settore compreso tra 240° e 270°, mentre la correlazione minore è osservabile per il settore compreso tra 300° e 330°. Per la coppia Palmaria – Sarzana, il grado maggiore di correlazione è osservabile per il settore compreso tra 210° e 240°, mentre il minor grado è dovuto al settore tra 330° e 360°. Diversamente, per Capo Mele – Albenga, il maggior grado è osservabile per il settore 330° - 360° e il minore è dovuto al settore 150° - 180°. Infine per la coppia Monte Rocchetta – Sarzana, il più alto grado di correlazione è dato dal settore 180° - 210° mentre il minore al settore 60° - 90°.

Volterra-Pisa Palmaria-Sarzana Capo Mele-Albenga Monte Rocchetta-Sarzana0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Coeffic

iente

di c

orr

ela

zio

ne

Coefficiente di correlazione

v0-30

v30-60

v60-90

v90-120

v120-150

v150-180

v180-210

v210-240

v240-270

v270-300

v300-330

v330-360

all data

Figura 7.2 Coefficiente di correlazione direzionale delle diverse coppie di stazioni.


8 Conclusioni

Lo studio affrontato in questa relazione costituisce un primo passo nel quadro delle valutazioni tese a realizzare una mappa statistica per ogni porto coinvolto nel progetto “Vento e Porti”. Lo scopo di una simile mappa è quello di offrire uno strumento alle Autorità Portuali per la pianificazione di lungo termine delle attività e dello sviluppo portuali.

In questa fase sono state individuate, catalogate e analizzate le basi dati contemporanee di stazioni anemometriche limitrofe, collocate in prossimità delle aree portuali incluse nel progetto “Vento e Porti” (eccezion fatta per il porto di Bastia, per cui le basi dati non sono ancora disponibili al momento del presente studio). Lo scopo di tale indagine è analizzare la correlazione esistente tra il vento misurato nelle coppie di stazioni limitrofe al fine di:

• valutare la rappresentatività delle basi dati storiche, misurate in stazioni anemometriche limitrofe ai porti considerati nel progetto, nell’area portuale;

• validare i modelli numerici che saranno utilizzati nel progetto.

Per ogni stazione analizzata è riportato l’inquadramento geografico e le caratteristiche della basi dati storica ottenuta in seguito all’analisi statistica effettuata nello studio [Rif. 7], condotto a partire dalle registrazioni degli anemometri storici. Sono state inoltre individuate le intensità tipiche e le provenienze più frequenti dei venti che insistono su ciascuna stazione. Sono poi presentate le coppie di stazioni limitrofe e le basi dati contemporanee ottenute dall’intersezione delle basi dati storiche. Ciascuna coppia di stazioni è stata analizzata per mettere in luce la correlazione esistente tra le misure del vento. Tale analisi ha previsto la costruzione di mappe di frequenza congiunta dell’intensità del vento in relazione sia al variare dell’intensità del vento che della sua direzione. Inoltre è stato calcolato il coefficiente di trasferimento per ogni coppia di stazioni, analizzando la dipendenza dall’intensità del vento e dalla direzione. Infine, per ogni coppia, è stato calcolato il coefficiente di correlazione tra le intensità del vento.

Nel presente paragrafo si vuole offrire un quadro riassuntivo dei risultati ottenuti. A tal fine è presentata di seguito una tabella che raccoglie le informazioni sulle proprietà delle basi dati impiegate e un commento generale sui risultati delle analisi condotte.

In Tabella 8.1 sono elencati i parametri relativi alla posizione delle singole stazioni analizzate, alla distanza tra le coppie di stazioni, all’intervallo di misura delle basi dati storiche e di quelle contemporanee ed alle velocità medie del vento e le deviazioni standard calcolate a partire da queste ultime basi dati.


Per la macroarea di Livorno, sono state prese in considerazione le basi dati contemporanee ottenute a partire dalle misure delle stazioni anemometriche situate a Volterra e Pisa.

Per l’area portuale della Spezia si avevano a disposizioni tre stazioni storiche: l’isola Palmaria, Sarzana e Monte Rocchetta. Sono state quindi analizzate le due coppie, Palmaria- Sarzana e Monte Rocchetta – Sarzana.

Le basi dati contemporanee ottenute a partire dalle misure delle stazioni anemometriche situate a Capo Mele e Albenga sono riferite alla macroarea portuale di Savona-Vado.

Volendo classificare le basi dati, possiamo distinguere diversi gruppi di stazioni.

Per quanto riguarda l’ubicazione delle stazioni considerate si possono distinguere due gruppi di stazioni: quelle collocate sulla sommità di rilevi, come i promontori di Capo Mele, l’Isola di Palmaria, il Monte Rocchetta e la Torre del Palazzo Pretorio di Volterra, che presentano generalmente velocità elevate; quelle collocate sostanzialmente sul livello del mare come Albenga, Sarzana e Pisa che invece presentano generalmente velocità più contenute.

Le stazioni di Volterra e Pisa risultano essere le più distanti tra loro, quasi 50 km, mentre Monte Rocchetta - Sarzana distando quasi 4 km, sono le più vicine tra le coppie di stazioni considerate.

Per quanto concerne la lunghezza delle basi dati contemporanee, Volterra-Pisa risultano le basi dati con il maggior numero di anni di misura (circa 23 anni), mentre Monte Rocchetta – Sarzana presentano solo 2 anni di misure.

La diversa ubicazione delle stazioni anemometriche, in collina e in pianura, si riflette sull’intensità del vento che risulta, per ogni coppia di stazioni analizzata, molto diversa. Infatti, le stazioni in altura presentano generalmente una velocità media del vento quasi doppia rispetto a quelle ubicate in pianura. La stazione ubicata sull’Isola di Palmaria risulta essere quella con l’intensità media del vento maggiore, mentre Albenga quella minore. Le deviazioni standard risultano tutte molto alte indicando un ampia dispersione dei dati intorno al valor medio.

Da questo studio emerge che le basse velocità registrate nelle diverse stazioni sono per lo più dovute ad effetti strettamente locali; questo è evidenziato dal fatto che la correlazione tra le stazioni aumenta considerando solo le misure più intense di vento (generalmente sopra i 5 ms-1 per le stazioni collinari, sopra i 3 ms-1 per quelle in pianura). Inoltre, in generale, si osserva una buona correlazione tra le coppie di stazioni analizzate che aumenta considerevolmente all’aumentare dell’intensità del vento.


Si è visto inoltre che la correlazione dipende fortemente dalla direzione del vento, quindi è necessario utilizzare diversi valori del coefficiente di trasferimento per trasferire le basi dati misurate in un punto a tutti i punti che costituiscono l’area portuale, al variare delle direzione di provenienza.

L’analisi della correlazione tra le stazioni ha previsto una serie di indagini che hanno evidenziato l’esistenza di settori direzionali preferenziali e l’entità della dipendenza dall’intensità del vento.

stazione anemometrica

macroarea

comune

prov.

regione

latitudine

longitudine

elevazione

distanza stazioni

basi dati storiche

basi dati contemporanee

(°N)

(°E)

(m)

(km)

anni misura

primo anno

ultimo anno

anni misura

primo anno

ultimo anno

velocità media (ms-1)

deviazione standard (ms-1)

Capo Mele Savona Andora SV Liguria 43.958012 8.170062 220+16 44 1964 2010 17 1965 1990 4.53 4.23

Albenga Savona Villanova d'Albenga

SV Liguria 44.045354 8.1228095 50+10

10.56

39 1952 1990 17 1965 1990 2.06 2.99

Isola di Palmaria La Spezia Porto Venere SP Liguria 44.041639 9.841092 192+12 38 1951 2005 7 1970 2005 4.65 3.06

Sarzana La Spezia Ortonovo SP Liguria 44.083857 9.982296 9+10

12.22

39 1970 2009 7 1970 2005 2.17 1.95

Monte Rocchetta La Spezia Lerici SP Liguria 44.071290 9.938420 360+10 8 2002 2009 2 2002 2009 3.13 2.43

Sarzana La Spezia Ortonovo SP Liguria 44.083857 9.982296 9+10

3.77

39 1970 2009 2 2002 2009 2.11 1.53

Volterra Livorno Volterra PI Toscana 43.402147 10.859842 555+6 38 1961 1998 23 1961 1998 4.16 3.73

Pisa Livorno Pisa PI Toscana 43.681040 10.394110 6+10

48.69

53 1951 2009 23 1961 1998 2.29 2.51

Tabella 8.1 Riassunto delle principali caratteristiche delle stazioni anemometriche considerate e delle relative basi dati storiche e contemporanee analizzate nel presente progetto.

9 Bibliografia

[Rif. 1] AA.VV., 2007. Analisi probabilistica della velocità del vento lungo la linea ferroviaria Roma-Napoli, Rev. 0, Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Genova, 15 aprile 2007.

[Rif. 2] AA.VV., 2007. Analisi probabilistica della velocità del vento lungo la linea ferroviaria Bologna-Firenze, Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Genova, 29 maggio 2009.

[Rif. 3] AA.VV., 2007. Analisi del vento di progetto presso il Padiglione B della Fiera di Genova, Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Genova, 12 giugno 2007.

[Rif. 4] AA. VV. 2010. Studio inerente la modellistica numerica del vento nelle aree portuali di Genova, Savona e Vado Ligure, La Spezia, Livorno e Bastia (progetto Italia-Francia Marittimo “Vento e Porti”), Rapporto Finale, Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Genova, 29 gennaio 2010.

[Rif. 5] Solari G. (1996a). Wind speed statistics, in Modelling of atmospheric flow fields, Lalas D.P., Ratto C.F. (Edd.), World Scientific, Singapore.

[Rif. 6] Solari G. (1996b). Statistical analysis of extreme wind speeds, in Modelling of atmospheric flow fields, Lalas D.P., Ratto C.F. (Edd.), World Scientific, Singapore.

[Rif. 7] Tizzi, 2010 Analisi statistica dei dati storici di vento registrati dalle stazioni anemometriche (progetto Italia-Francia Marittimo “Vento e Porti”), Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Genova, 5 agosto 2010.

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