STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM

STRUMENTI PER LAVALIDAZIONE DEGLI

OUTPUT DI FARM

G. Briganti, A. Cappelletti, M. D’Isidoro, M. Mircea

Bologna 23-24/marzo/2011

VALIDAZIONE DI FARMOBIETTIVO: SVILUPPO DI UN SOFTWARE PER IL CONFRONTO MODELLO- OSSERVAZIONI

Valutazione statistica: misura delle prestazioni del modello mediante il calcolo di indici di prestazione per tutte le specie inquinanti considerate dalla normativa (DIRETTIVA 2008/50/CE): O3, NO2, NOX, CO, SO2, PM10, PM2.5;

normativa: calcolo delle statistiche previste dalla 2008/50/CE.Criteri di esistenza del dato

VALIDAZIONE DI FARMDIRETTIVA 2008/50/CE


PM2.5

• AOT40F (protezione boschi: somma delle eccedenze sopra la soglia di 40 ppb delle concentrazioni orarie, relativamente all’intervallo orario 06-18, estesa al periodo Aprile-Settembre)

• AOT40C (protezione coltivazioni: come AOT40F ma estesa al periodo Aprile-Giugno)• AOT40Fdir (come AOT40F ma intervallo orario 08-20, secondo la direttiva 2008/50/CE

- allegato VII)• AOT40Vdir (protezione vegetazione: somma delle eccedenze sopra la soglia di 40 ppb

delle concentrazioni orarie, relativamente all’intervallo orario 08-20, estesa al periodo Maggio-Luglio - direttiva 2008/50/CE )

• SOMO35 (protezione salute umana: somma delle eccedenze sopra la soglia di 35 ppb dei massimi giornalieri delle medie mobili di 8 ore, estesa all’intero anno)

• SOMO00 (somma dei massimi giornalieri delle medie mobili di 8 ore su 1 anno)

• Superamenti: soglia di 120 µg/m3 (da non superare più di 25 volte per anno civile)

CRITERIO: condizione necessaria è l’esistenza del 90% dei dati – rinormalizzazione SOMO/AOT al numero massimo di giorni/ore per l’anno considerato.


OZONO

VALIDAZIONE DI FARMSOFTWARE FORTRAN DI ELABORAZIONE

LETTURA FILE INIZIALIZZAZIONE

• Directory dei dati farm e meteo• Dominio• Nome file coordinate (lista stazioni)• Dir DB misure

LETTURA FILE MISURE

LETTURA FILE FARM & METEO (routine netCDF)

• Processo LENTO: implementata parallelizzazione con paradigma OpenMP, ma deve essere testata

• Campi meteo : U, V, T, TCC, PREC• Salvataggio 1 file per stazione misura• Interpolazione bilineare

• Legge i dati medi orari• Controlla esistenza medie

giornaliere:se non sono disponibili le calcola

CALCOLO INDICI STATISTICI

• Allineamento misure-simulazioni• Indici statistici prescritti da normativa • Indici statistici di prestazione (1h/24h)• Percentili (25, 75)• Eccedenze orarie/giornaliere

OUTPUT

• Tabelle indici statistici da normativa• Indici statistici di prestazione

orari/giornalieri • Ciclo medio giornaliero

INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE• R (Pearson’s Correlation Coefficient)

• MBE (Mean Bias Error)

• MNBE (Mean Normalised Bias Error)

5.025.02

ooss

ooss

CCCC

CCCCR

os CCMBE

o

os

CCCMNBE

100

VALIDAZIONE DI FARMSOFTWARE DI ELABORAZIONE

INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • MAGE (Mean Absolute Gross Error)

• MANGE (Mean Absolute Normalised Gross Error)

• FAC2 (Factor of two)FRAZIONE DI DATI SIMULATI COMPRESA ENTRO UN FATTORE 2 (TRA LA META’ ED IL DOPPIO) RISPETTO ALLE OSSERVAZIONI

os CCMAGE

o

os

CCC

MANGE

100


INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE• FB (Fractional Bias)

• NMSE (Normal Mean Square Error)

• VG (Geometric Variance)

os

os

CCCCFB 2

RANDOMos

os NMSEFBFBNMSE

CC

CCNMSE

2

22

44)(


2

2

)lnlnexp(

)ln(lnexp

osRANDOM

os

CCVGVG

CCVG

INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE• PPEA (Paired Peak Estimation Accuracy)

• SPPEA (Spatially Paired Peak Estimation Accuracy)

• UPA (Unpaired Peak Estimation Accuracy)

),(),(),(100

max

maxmax

txCtxCtxCPPEA

sto

stosts

),(),()3,(100

max

maxmax

txCtxChtxCSPPEA

sto

stosts

),(

),(),(max100max

max

txCtxCtxCUPA

sto

stos


UPA calcolato solo su stazioni rurali

In caso di più massimi osservati coincidenti, vengono calcolati i PPEA /SPPEA corrispondenti e ne viene calcolato il minimo.

INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE

• ASPEA (Average Station Peak Estimation Accuracy)

• IOA (Index of Agreement)

N

i

ist

SPPEAN

ASPEA1

1

2

2

|),(),(||),(),(|

),(),(1

txCtxCtxCtxC

txCtxCIOA

stostostosts

stosts


N.B. Maggiori fluttuazioni nelle concentrazioni, a parità di scarto medio modello/osservazioni, migliorano IOA.

DIRECTORY DI LAVORO SU GRID

/gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/post_farm

…/obs_data

…/scores



…/obs_data

BRACE-EMEP.1999

BRACE.2005

AirBase.2005

hour.AirBase.2005

day.AirBase.2005

NOx

O3

…



…/scores

out

soft

farm_extr AirBase.2005

…

NI0

CI0

…

AirBase.2005

…

2005_4x4

2005_20x20


• Correzione di bug.• Definizione di convenzioni condivise: nomi dei file, struttura dello spazio di

lavoro, formato output, ecc.• Armonizzazione delle procedure illustrate con quelle relative alla

meteorologia: aggiunta di routine ad hoc. Ciò è possibile grazie ai vantaggi di questo tipo di software:

flessibilità: programma principale che chiama delle routine; lettura diretta da archivio (peraltro richiesta da UPA).

• Messa a punto di una sola procedura automatica per concentrazioni e meteo.• Realizzazione di una procedura preliminare di validazione e controllo dei dati

osservati: individuazione spike, dati anomali, errori sistematici, rumore, ecc.• Sviluppo di un’interfaccia grafica.

VALIDAZIONE DI FARMPROSPETTIVE

File .INI

2005 ! anno5 23 ! farm: ora iniziali e finali1 0 365 23 ! giorno inizio, ora inizio, giorno fine, ora fineNI0 ! dominio/gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/farm/out/ ! root dir concentrazioniconc ! prefisso file concentrazioni (tipo conc_NI0_YYYYJJJ.nc)/gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/meteo/ ! root dir meteometeo ! prefisso file meteo (tipo meteo_NI0_YYYYJJJ.nc)surfpro_saprc90 ! prefisso file contenente la copertura nuvolosa

(surfpro_saprc90_NI0_YYYYJJJ.nc)surf ! prefisso file contenente la pioggia (surf_saprc90_NI0_YYYYJJJ.nc)310. 4840. 4. 4. 146 96 16 ! grid SW corner (X coord., Y coord.), x step, y step (km), nx, ny, nz../../obs_data/AirBase.2005/hour.AirBase.2005/ ! directory contenente i dati orari delle stazioni../../obs_data/AirBase.2005/day.AirBase.2005/ ! directory contenente i dati giornalieri delle stazioni../../obs_data/AirBase.2005/AirBase.2005.coo ! Nome del file di coordinate../../scores/out/AirBase.2005/2005_4x4/ ! output dirAirBase.2005_scores_O3_NI0_2005.txt ! nome file output statisticheO3 ! inquinante_____________________________________________________________________________________________________________

File coordinate

UTMX UTMY NOME TIPO ZONA QUOTA LON LAT CODICE

86861.95 5003955.01 DRUENTO Background rural 337.00 7.56 45.18 IT1121A512568.70 5004069.79 PAVIA Background urban 77.00 9.16 45.19 IT0912A447335.32 4340258.16 PORTOSCUSO Industrial suburban -9999.00 8.39 39.21

IT1396A827947.10 5109459.37 UDINE Traffic urban 100.00 13.24 46.06 IT0760A … …_____________________________________________________________________________________________________________

File output

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