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strumenti per la validazione degli output di farm n.
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STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM

STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM

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STRUMENTI PER LA VALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM

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  1. STRUMENTI PER LAVALIDAZIONE DEGLI OUTPUT DI FARM G. Briganti, A. Cappelletti, M. D’Isidoro, M. Mircea Bologna 23-24/marzo/2011

  2. VALIDAZIONE DI FARM OBIETTIVO: 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

  3. VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE

  4. VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE

  5. VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE PM2.5

  6. VALIDAZIONE DI FARM DIRETTIVA 2008/50/CE OZONO • 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.

  7. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE FORTRANDI ELABORAZIONE • Directory dei dati farm e meteo • Dominio • Nome file coordinate (lista stazioni) • Dir DB misure LETTURA FILE INIZIALIZZAZIONE • Legge i dati medi orari • Controlla esistenza medie giornaliere: • se non sono disponibili le calcola LETTURA FILE MISURE • 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 LETTURA FILE FARM & METEO (routine netCDF) • Allineamento misure-simulazioni • Indici statistici prescritti da normativa • Indici statistici di prestazione (1h/24h) • Percentili (25, 75) • Eccedenze orarie/giornaliere CALCOLO INDICI STATISTICI • Tabelle indici statistici da normativa • Indici statistici di prestazione orari/giornalieri • Ciclo medio giornaliero OUTPUT

  8. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • R(Pearson’s CorrelationCoefficient) • MBE (MeanBiasError) • MNBE (MeanNormalisedBiasError)

  9. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • MAGE (Mean Absolute Gross Error) • MANGE (Mean Absolute Normalised Gross Error) • FAC2(Factoroftwo) FRAZIONE DI DATI SIMULATI COMPRESA ENTRO UN FATTORE 2 (TRA LA META’ ED IL DOPPIO) RISPETTO ALLE OSSERVAZIONI

  10. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • FB(FractionalBias) • NMSE (NormalMeanSquareError) • VG(GeometricVariance)

  11. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • PPEA (PairedPeakEstimationAccuracy) • SPPEA (Spatially Paired Peak Estimation Accuracy) • UPA (UnpairedPeakEstimationAccuracy) In caso di più massimi osservati coincidenti, vengono calcolati i PPEA /SPPEA corrispondenti e ne viene calcolato il minimo. UPA calcolato solo su stazioni rurali

  12. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE INDICI STATISTICI DI PRESTAZIONE • ASPEA (Average Station Peak Estimation Accuracy) • IOA (Index of Agreement) N.B. Maggiori fluttuazioni nelle concentrazioni, a parità di scarto medio modello/osservazioni, migliorano IOA.

  13. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE DIRECTORY DI LAVORO SU GRID /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/post_farm …/obs_data …/scores

  14. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE DIRECTORY DI LAVORO SU GRID …/obs_data BRACE-EMEP.1999 NOx BRACE.2005 hour.AirBase.2005 O3 AirBase.2005 day.AirBase.2005 …

  15. VALIDAZIONE DI FARM SOFTWARE DI ELABORAZIONE DIRECTORY DI LAVORO SU GRID …/scores 2005_4x4 AirBase.2005 out 2005_20x20 … soft NI0 farm_extr AirBase.2005 CI0 … …

  16. VALIDAZIONE DI FARM PROSPETTIVE • 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.

  17. File .INI 2005 ! anno 5 23 ! farm: ora iniziali e finali 1 0 365 23 ! giorno inizio, ora inizio, giorno fine, ora fine NI0 ! dominio /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/farm/out/ ! root dir concentrazioni conc ! prefisso file concentrazioni (tipo conc_NI0_YYYYJJJ.nc) /gpor_proj/minni/briganti/minnifarm/meteo/ ! root dir meteo meteo ! 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 dir AirBase.2005_scores_O3_NI0_2005.txt ! nome file output statistiche O3 ! 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 IT1121A 512568.70 5004069.79 PAVIA Background urban 77.00 9.16 45.19 IT0912A 447335.32 4340258.16 PORTOSCUSO Industrial suburban -9999.00 8.39 39.21 IT1396A 827947.10 5109459.37 UDINE Traffic urban 100.00 13.24 46.06 IT0760A … … _____________________________________________________________________________________________________________ File output