Relazione Finale I° Anno

CAPITOLO 5. IL NUOVO DATA-SET DELLE SERIE STORICHE SECOLARI

Introduzione
L'Italia vanta un ruolo di primissimo piano nello sviluppo delle osservazioni meteorologiche. Questo ruolo è ben evidenziato dall'invenzione di alcuni dei più importanti strumenti meteorologici e dall'istituzione della prima rete di osservatori. La forte presenza italiana nello sviluppo delle osservazioni meteorologiche è anche testimoniata dall'esistenza di ben 6 serie settecentesche: Bologna, Milano, Roma, Padova, Palermo e Torino.
Questa forte "presenza" ha fatto sì che in Italia nel corso degli ultimi tre secoli si accumulasse un patrimonio di dati osservativi di enorme valore.
L'esistenza di questo patrimonio è nota da lungo tempo. Si pensi solo all'interessante lavoro di Cantù e Narducci "Lunghe serie di osservazioni meteorologiche", pubblicato nel 1967 sulla Rivista di Meteorologia Aeronautica, (Anno XXVII, n. 2, 71-79) da cui è tratta la seguente figura che evidenzia le serie secolari pluviometriche e termometriche individuate da questi ricercatori.

Alcuni altri lavori di notevole interesse che testimoniano in modo efficace come nel nostro Paese vi sia da lungo tempo una forte consapevolezza della vastità dei nostri archivi di dati meteorologici sono:

· Eredia F. (1908) Le precipitazioni atmosferiche in Italia dal 1880 al 1905. In: Annali dell'Ufficio Centrale di Meteorologia. Serie II, Vol. XXVII, anno 1905, Rome.
· Eredia F. (1919) Osservazioni pluviometriche raccolate a tutto l'anno 1915 dal R. Ufficio Centrale di Meteorologia e Geodinamica. Ministero dei Lavori Pubblici, Rome.
· Eredia F. (1925) Osservazioni pluviometriche raccolate nel quinquennio 1916-1920 dal R. Ufficio Centrale di Meteorologia e Geodinamica. Ministero dei Lavori Pubblici, Rome.
· Millosevich E. (1882) Sulla distribuzione della pioggia in Italia. In: Annali dell'Ufficio Centrale di Meteorologia. Serie II, Vol. III, anno 1881, Rome.
· Millosevich E. (1885) Appendice alla memoria sulla pioggia in Italia. In: Annali dell'Ufficio Centrale di Meteorologia. Serie II, Vol. V, anno 1883, Rome.
· Mennella C. 1967. Il Clima d'Italia. Napoli: Fratelli Conti Editori, 724 pp.

Per un quadro più completo della ricchezza della letteratura nazionale in questo settore si rimanda alla pregevole bibliografia Climatologica Italiana, redatta da Narducci e pubblicata nel 1991 dal Consiglio Nazionale dei Geometri (Roma).

Dati disponibili per la ricerca climatologica

Purtroppo l'esistenza di un grande patrimonio di osservazioni non significa automaticamente che vi sia un elevato numero di serie storiche disponibili per la ricerca climatologia, in quanto è anche necessario che le osservazioni vengano trasformate in numeri registrati in forma digitale.
Un primo rilevante sforzo di ricostruzione e digitalizzazione della serie meteorologiche secolari italiane fu fatto nell'ambito di un progetto degli anni '70 che portò alla digitalizzazione di 26 serie giornaliere di temperature minime e massime e precipitazioni. Queste serie (alcune aggiornate) costituiscono ancora oggi il data-set delle serie secolari UCEA . La seguente tabella sintetizza la situazione di questo data-set.

Un ulteriore importante contributo è stato quello del Progetto Speciale CNR "Ricostruzione del clima del passato nell'area mediterranea".
In questo progetto non si è operato a scala giornaliera, ma solo a scala mensile. Nel progetto il data-set UCEA è stato:
· aggiornato (periodo 1970-1998) digitalizzando i dati pubblicati sugli Annali dei vari comparti del Servizio Idrografico. Prima della digitalizzazione si è verificato che le stazioni di rilevazione fossero le stesse in cui erano state rilevati i dati digitalizzati nel precedente progetto degli anni '70;
· esteso nel passato e completato per quanto riguarda i dati mancanti sulla base di fonti bibliografiche;
· corretto sulla base delle fonti sopra citate;
· omogeneizzato. Quest'attività è stata condotta prevalentemente per mezzo del test di omogeneità di Craddock;
· completato. Il completamento è stato effettuato con un metodo statistico, basato sulle serie di riferimento già usate per omogeneizzare i dati.
La banca risultante dal progetto copre il periodo 1865-1998 per le temperature e quello 1833-1998 per le precipitazioni. La consistenza del data-base del Progetto Speciale CNR "Ricostruzione del clima del passato nell'area mediterranea" è evidenziata nella seguente tabella :

Attività sulle serie di dati svolte dal gruppo di ricerca nell'ambito di CLIMAGRI

L'attività di recupero di nuove serie di dati è stata sviluppata con l'obiettivo generale di costruire un nuovo data-set di serie storiche secolari, termometriche e pluviometriche, significativamente più ampio di quello realizzato nell'ambito del Progetto Speciale CNR "Ricostruzione del clima del passato nell'area mediterranea". L'attività si è indirizzata verso il recupero di serie con risoluzione mensile anche se, ove possibile, si è sempre cercato di trasferire su supporto informatico anche i dati giornalieri.
Il primo passo della costruzione del nuovo data-set è consistito nell'estrarre la maggior quantità possibile di informazioni dalla banca dati UCEA. Essa è costituita da 26 serie secolari e da un numero molto maggiore di serie relative agli ultimi decenni. I dati sono corredati da flag di validazione che evidenziano una serie di condizioni associate a valori errati o sospetti. La nostra attenzione si è concentrata solo sulle serie secolari. Di queste sono state considerate le temperature minime giornaliere, le temperature massime giornaliere e le precipitazioni giornaliere. Ove possibile, le precipitazioni giornaliere sono state ricavate sommando i valori relativi alle tre osservazioni di ogni giorno (07, 13 e 18). In questo caso al dato giornaliero è stato associato un flag di validazione composto dall'allineamento dei flag relativi alle singole osservazioni.
Controlli effettuati sui dati
Il primo passo della nostra attività è consistito nel creare files separati per dati e flag di validazione. Quindi in corrispondenza del flag "9" (dato mancante) è stato inserito nei file di dati un codice corrispondente a "-90.0". Successivamente le serie pluviometriche e quelle termometriche sono state trattate con due procedure lievemente differenti.
Per le precipitazioni sono stati presi in considerazione i dati contrassegnati dai seguenti flag:
"6": errore di consistenza tra diversi parametri;
"7": valori esterni al range ± 3 deviazioni standard;
"S": errore di range. Esso viene rilevato confrontando il valore del dato con un limite ricavato dalla variabilità interannuale del dato stesso;
"D": errore di consistenza spaziale. Esso viene rilevato dal confronto del dato con i dati delle stazioni limitrofe.
Per i controlli è stato utilizzato un programma che, in corrispondenza di questi parametri, stampa su video il dato corrente più i tre giorni precedenti e successivi della stazione sotto esame e di un gruppo di stazioni vicine utilizzate come riferimenti per una verifica di validità. La decisione sull'eventuale modifica del dato sospetto è stata effettuata manualmente dall'esecutore del programma.
Oltre ai dati associati ai precedenti flag di validazione, sono stati presi in esame anche i casi con più di 50 mm nella stazione in esame e meno di 20 mm in tutte quelle della lista di confronto e quelli con più di 100 mm nella stazione in esame e meno di 50 mm in tutte quelle della lista di confronto (questo ulteriore controllo comprende anche la maggior parte dei casi con flag "7", "S" e "D" i quali sono stati ugualmente controllati per una maggior sicurezza). Anche in questi casi è stato utilizzato un programma che stampa su video il dato corrente più i tre giorni precedenti e successivi della stazione sotto esame e del gruppo di stazioni vicine elencate nella suddetta lista e la decisione sull'eventuale modifica del dato sospetto è stata effettuata manualmente dall'esecutore del programma.
Per quanto riguarda il codice "6" (inconsistenza con gli altri parametri) si è osservato che esso è quasi sistematicamente associato a precipitazioni nulle. Si è quindi finalizzato il confronto con le stazioni limitrofe alla valutazione della verosimiglianza di effettiva assenza di precipitazione e, nel caso di forte sospetto che un dato indicato come "0.0" fosse in realtà un dato mancante, si è deciso di sostituire il valore nullo con un nuovo codice ("-91.0"). Questo codice indica quindi un dato mancante fortemente sospettato di essere un giorno piovoso.
Per le temperature la procedura di controllo e correzione seguita è stata la seguente:
Controllo 1: se la temperatura minima è maggiore della massima allora le due temperature vengono invertite automaticamente; quindi se minima e massima invertite differiscono di oltre 5 °C dalle stazioni limitrofe allora entrambe i dati vengono invalidati.
Controllo 2: se la differenza tra minima e massima è superiore a 25 °C allora il dato viene giudicato sospetto;
Controllo 3: se minima o massima differisce di oltre 10 °C dalle altre stazioni allora il dato viene giudicato sospetto;
Controllo 4: se la minima è la stessa per 5 giorni successivi allora il dato viene giudicato sospetto;
Controllo 5: se la massima è la stessa per 5 giorni successivi allora il dato viene giudicato sospetto;
Controllo 6: se minima e massima sono contemporaneamente le stesse per 3 giorni successivi allora il dato viene giudicato sospetto;
Nel caso 1 la modifica è stata effettuata automaticamente dal programma; nei casi da 2 a 6 sono stati stampati su video, sia per le massime che per le minime, i dati correnti più i dati dei tre giorni precedenti e successivi, sia per la serie sotto esame sia per un gruppo di stazioni vicine elencate in una lista.
La decisione sull'eventuale modifica dei dati sospetti è stata effettuata manualmente dall'esecutore del programma.
I precedenti controlli fanno sì che i file di dati siano costituiti solo da dati o dal codice di manca dato (più una variante di quest'ultimo, ovvero il codice "-91.0", per quanto riguarda le piogge). Ciò comporta un'indubbia perdita di informazioni rispetto al sistema originale di dati e flag, ma consente di avere un data-set molto più facilmente utilizzabile per la ricerca climatologica.
Ultimata la precedente procedura ci si è posti l'obiettivo di aggiornare le 26 serie secolari UCEA al 2000 (o al 2001 ove possibile). Quest'attività è stata svolta utilizzando principalmente i dati del Servizio Idrografico. Naturalmente l'attività di controllo dei singoli dati giornalieri ha riguardato anche gli aggiornamenti, tuttavia, non disponendo di flag di validazione in questo caso, per le precipitazioni, ci si è limitati ad effettuare solamente i controlli incrociati con le stazioni limitrofe previsti dai programmi sopra descritti, mentre per le temperature, poiché il programma utilizzato effettua controlli che prescindono dai vari flag, la procedura seguita è stata esattamente la stessa adottata per le serie UCEA. Si tenga comunque presente che i servizi idrografici ci hanno fornito, nella maggior parte dei casi, dati già controllati e validati.
Successivamente ci si è posti il problema di integrare il precedente archivio con altre serie secolari giornaliere recuperate prevalentemente da precedenti progetti di ricerca volti al recupero di serie di singoli osservatori. Va segnalato come alcuni di questi progetti abbiano riguardato serie già inserite nell'elenco delle serie UCEA. In questo caso si è preferito utilizzare le serie risultate dai progetti specifici .
Questa attività ha riguardato 15 serie, come sintetizzato nella seguente tabella:

Poiché queste serie provengono, per la maggior parte, da progetti di ricerca esse risultavano generalmente già controllate e validate.
Una volta completato il database giornaliero, abbiamo calcolato le serie mensili a partire da quelle giornaliere. Qui il dato mensile è stato ricavato solo se era disponibile almeno l'80 % dei valori giornalieri. Abbiamo poi completato le serie aggiungendo i dati dei periodi per i quali non sono disponibili dati giornalieri, ma solo mensili. Per Brà e Padova abbiamo anche integrato i parametri per i quali non avevamo alcun dato con risoluzione giornaliera. Infine abbiamo aggiunto al data-set alcune serie per le quali disponiamo solo di dati mensili. Questa attività ha riguardato 38 serie, come sintetizzato nella seguente tabella.

L'archivio delle serie mensili è quindi costituito parzialmente da stazioni di cui abbiamo anche i dati giornalieri e parzialmente da stazioni di cui abbiamo solo i dati mensili. Nel primo caso, accanto ad ogni dato mensile, viene anche fornito il numero di giorni sui quali esso è stato calcolato, mentre nel secondo caso ciò non è ovviamente possibile e dobbiamo assumere che, soprattutto per le precipitazioni, gli autori che hanno assemblato le serie abbiano usato grande cautela per evitare errori sistematici dovuti ad eventuali dati mancanti. Alla fine di tutte le precedenti operazioni, la consistenza del data-set mensile è risultata di 75 serie come evidenziato nella seguente tabella riassuntiva. Per maggiori dettagli si rimanda all'appendice 3.

		*Cod.*	*Dati gg*		*Dati mese*
			*Tmin, Tmax*	*Precipitazioni*	*Tmin, Tmax*	*Tmed*	*Precipitazioni*
1	Alessandria	ALE	1854-1985	1857-1986	1854-1985	1854-1985	1857-1986
2	Aosta	AOS	-	-	-	1841-1998	-
3	Arezzo	ARE	1879-2000	1879-2001	1876-2000	1876-2000	1876-2001
4	Asti	AST	-	-	-	-	1881-1993
5	Balmè	BAL	-	-	-	-	1914-1998
6	Bardonecchia	BAR	-	-	-	-	1913-1997
7	Belluno	BEL	1879-2001	1879-2000	1875-2001	1875-2001	1875-2000
8	Benevento	BEN	-	-	-	-	1870-1996
9	Biella	BIE	-	-	-	-	1866-1996
10	Bologna	BOL	1814-2000	1813-2000	1814-2000	1814-2000	1813-2000
11	Bolzano	BOZ	-	1921-2000	-	1850-1998	1871-2000
12	Borgomanero	BOR	-	-	-	-	1881-1996
13	Bra	BRA	-	1861-1998	-	1862-1970	1861-1998
14	Bressanone	BRI	-	1921-2000	-	1865-1998	1878-2000
15	Cagliari	CAG	1879-1998	1879-2000	1879-1998	1879-1998	1853-2000
16	Casale Monferrato	CAS	-	-	-	-	1870-1999
17	Catania	CAT	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1892-2000
18	Cavour	CAV	-	-	-	-	1879-1993
19	Centallo	CEN	-	-	-	-	1883-1988
20	Chivasso	CHI	-	-	-	-	1892-1988
21	Cuneo	CUN	1879-1998	1879-1998	1879-1998	1879-1998	1877-1998
22	Domodossola	DOM	-	1872-1995	-	1872-1997	1872-1995
23	Fenestrelle	FEN	-	-	-	-	1912-1997
24	Ferrara	FER	1879-2000	1879-2000	1865-2000	1865-2000	1865-2000
25	Firenze	FIR	1889-2000	1860-2000	1878-2000	1878-2000	1860-2000
26	Foggia	FOG	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1873-2000
27	Formazza Ponte	FOR	-	-	-	-	1913-1996
28	Fossano	FOS	-	-	-	1874-1973	1875-1997
29	Genova	GEN	1833-2000	1833-2000	1833-2000	1833-2000	1833-2000
30	Imperia	IMP	-	-	1875-2000	1875-2000	1876-2001
31	Ivrea	IVR	-	-	-	-	1837-1994
32	L'Aquila	AQU	1879-2000	1879-2000	1869-2000	1869-2000	1874-2000
33	Livorno	LIV	1870-1998	1876-2000	1865-1998	1865-1998	1857-2000
34	Locarno	LOC	-	1901-2000	1935-1997	1865-1997	1886-2000
35	Lombriasco	LOM	-	-	-	-	1913-1999
36	Lugano	LUG	-	1901-2000	1901-1997	1864-1997	1861-2000
37	Mantova	MAN	1828-1997	1840-1997	1828-1997	1828-1997	1840-1997
38	Messina	MES	1881-2000	1881-2000	1881-2000	1881-2000	1866-2000
39	Miazzina	MIA	-	-	-	-	1893-1997
40	Milano	MIL	1778-2001	1858-2001	1778-2001	1778-2001	1764-2001
41	Moncalvo	MOC	-	-	-	-	1889-1988
42	Mondovì	MOD	-	-	-	-	1866-1995
43	Monte Maria	MMA	-	1923-2000	-	1857-1998	1858-2000
44	Napoli	NAP	1870-1990	1866-2000	1865-1990	1865-1990	1821-2000
45	Novara	NOV	-	-	-	-	1875-1996
46	Novi Ligure	NOL	-	-	-	-	1880-1979
47	Ovada	OVA	-	-	-	-	1913-1996
48	Padova	PAD	1774-2001	1877-1990	1774-1997	1774-1997	1725-1990
49	Palermo	PAL	1876-2000	1797-2000	1876-2000	1876-2000	1797-2000
50	Parma	PAR	1878-2000	1878-2000	1872-2000	1872-2000	1833-2000
51	Pavia	PAV	1870-1979	1883-1979	1865-1979	1865-1979	1812-1979
52	Perugia	PER	1876-2000	1874-2000	1865-2000	1865-2000	1811-2000
53	Pesaro	PES	1871-2000	1871-2001	1871-2000	1871-2000	1866-2001
54	Piacenza	PIA	1878-1999	1875-2000	1871-1999	1871-1999	1872-2000
55	Reggio Calabria	RCA	1878-2000	1878-2001	1878-2000	1878-2000	1877-2001
56	Reggio Emilia	REM	1879-1970	1879-2000	1866-1994	1866-1994	1867-2000
57	Riva	RIV	-	1921-2000	-	1869-1998	1869-2000
58	Roma	ROM	1870-2000	1866-2000	1865-2000	1865-2000	1782-2000
59	Rovereto	ROE	-	1921-2000	-	1862-1998	1864-2000
60	Rovigo	ROV	1879-2001	1879-2000	1879-2001	1879-2001	1878-2000
61	San Bernardo	SBE	-	-	-	1818-1998	1864-1997
62	Sassari	SAS	1876-1997	1876-2000	1874-1997	1874-1997	1876-2000
63	Siracusa	SIR	1878-2000	1874-2000	1878-2000	1878-2000	1869-2000
64	Sostegno	SOS	-	-	-	-	1897-1984
65	Stroppo	STR	-	-	-	-	1913-1996
66	Taranto	TAR	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1901-2000	1899-2000
67	Torino	TOR	1753-2000	1802-2000	1753-2000	1753-2000	1802-2000
68	Torino Moncalieri	TOM	-	-	1865-1994	1864-1998	1864-1999
69	Tortona	TOT	-	-	-	1892-1965	1873-1998
70	Trento	TRE	-	1921-2000	-	1816-1998	1864-2000
71	Trieste	TRI	-	-	-	1841-1998	1841-1996
72	Udine	UDI	-	-	-	-	1803-2000
73	Vallombrosa	VAL	1872-2000	1872-2000	1872-2000	1872-2000	1872-2000
74	Varallo	VAR	-	-	-	-	1871-1995
75	Venezia	VEN	1900-2000	1900-2000	1900-2000	1900-2000	1836-2000

I dati relativi alle precipitazioni ed alle temperature massime, minime e medie delle stazioni indicate nelle precedenti tabelle sono forniti in una serie di file ASCII contenuti nel CD allegato alla presente relazione. Ciascun file è identificato dal codice "VVVVRCCC", dove:· il sottocodice "VVVV" contraddistingue la variabile climatica in questione ("PREC" per le precipitazioni, "TMAX" per le temperature massime, "TMIN" per le temperature minime, "TMED" per le temperature medie);· il sottocodice "R" contraddistingue la risoluzione temporale dei dati ("D" per i dati giornalieri, "M" per i dati mensili). Nel CD allegato alla presente relazione vengono forniti solo i file con codice "M";· il sottocodice "CCC" contraddistingue le stazioni. Per la corrispondenza sottocodice - stazione si rimanda alla precedente tabella.Per quanto riguarda i valori giornalieri, ciascun file è organizzato in record di 33 colonne, la prima delle quali si riferisce all'anno, la seconda si riferisce al mese, mentre le successive contengono i dati giornalieri. Per ciascun file viene riportato il periodo che va dall'inizio della serie al 2001. I dati mancanti sono contrassegnati dal codice numerico "-90.0". Per quanto riguarda i valori mensili, ciascun file è organizzato in record di 13 colonne, la prima delle quali si riferisce all'anno, mentre le successive 12 contengono i dati mensili. Per ciascun file viene riportato l'intero periodo 1725 - 2001. I dati mancanti sono contrassegnati dal codice numerico "-90.0". Nella costruzione delle serie mensili si è scelto di utilizare i dati giornalieri nel caso in cui vi fosse una percentuale di dati mancanti inferiore al 20 %. In caso contrario si è verificato se fosse comunque disponibile un valore mensile attendibile, ovvero presumibilmente non influenzato dai valori giornalieri che nella versione attuale delle serie risultano mancanti. L'origine di ognuno dei dati mensili è indicata nei file "VVVV" + N + "CCC", dove "VVVV" e "CCC" hanno il significato già indicato, mentre N indica che il file descrive l'origine dei dati mensili corrispondenti al parametro "VVVV" ed alla stazione "CCC". Questi file riportano per ogni mese del periodo 1725-2001 un numero (n) seguito da una lettera (m/d). Il numero (0 £ n £ 31) indica quanti dati giornalieri sono disponibili per il mese in esame, la lettera indica se il dato mensile è stato ottenuto da dati con risoluzione mensile (m) o giornaliera (d). Così, per esempio "27d" in corrispondenza delle precipitazioni del marzo 1904 indica che il dato di questo mese è stato ottenuto da valori con risoluzione giornaliera ed è stato calcolato sui 27 valori disponibili, mentre "14m" in corrispondenza delle temperature medie dell'aprile 1967 indica che il dato di questo mese, pur in presenza di 14 valori giornalieri disponibili, è stato ottenuto da una fonte mensile. "0m" indica che per il mese in esame erano disponibili solo dati con risoluzione mensile, mentre "-90.0" indica che si è scelto di non riportare alcun dato. Questo codice indica che non era disponibile nessun dato mensile e che eventuali dati giornalieri, se disponibili, non raggiungevano comunque la soglia dell'80% dei dati del mese.Il problema dei dati mancanti è particolarmente critico per le precipitazioni e pertanto è assolutamente necessario che qualsiasi analisi condotta sulle serie contenute nel CD allegato alla relazione tenga conto del numero di giorni su cui sono stati calcolati i valori che vengono forniti.