MeteoSvizzera - Estremi climatici

Gli eventi meteorologici e climatici si verificano a diverse ampiezze nella scala temporale e spaziale e con un'intensità variabile. Gli eventi rari sono considerati gli estremi, la difficoltà sta però nel sapere quando un evento è raro. L'analisi degli estremi è un metodo statistico che permette di stabilire la frequenaza degli eventi estremi.

Relation entre période de retour et niveau de retou

Fig. 1 : Esempio di relazione tra il periodo di ritorno (ascissa) e valore della precipitazione giornaliera (ordinata) a La Chaux-de-Fond (in blu), tra il 1961 e il 2009. In verde è riportato l'intervallo di confidenza, mentre le linee grigie evidenzaino i 5 eventi maggiori.

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La figura 1 mostra la relazione tra l'intensità delle precipitazioni e la sua rarità (linea blu) per la stazione di La Chaux-de-Fonds. Sull'asse delle ordinate del grafico sono riportati i quantitativi giornalieri di precipitazione, mentre sull'ascissa si trova una grandezza detta "periodo di ritorno". Per esempio l'intensità di un evento con un periodo di ritorno di 10 anni ha una probabilità di 1/10 di essere superata in un determinato anno per una o più volte. In media un tale evento si verificherà quindi ogni dieci anni. Il 25 agosto 2002 sono stati misurati 100.8 mm di precipitazione, superando tutti gli eventi avvenuti tra il 1961 e il 2009. La figura 1 mostra che un tale evento avviene in media ogni 70 anni. L'incertezza della statistica è rappresentata dalle linee verdi (intervallo di confidenza). Quindi, per lo stesso evento, l'intervallo del periodo di ritorno andrebbe da ca. 20 a più di 300 anni!
Attenzione: questi intervalli di confidenza non danno alcuna informazione sugli errori di misurazione.

La conoscenza dei periodi di ritorno ha una notevole importanza in quanto gli eventi estremi possono causare grossi danni a persone e a cose. Non è possibile impedire che gli eventi si verificano ma conscendo la loro frequenza si può limitare il loro impatto socio-economico. La frequenza di un evento dà un'indicazione oggettiva della sua gravità, permettendo agli ingegneri di dimensionare edifici e costruzioni, agli assicuratori di calcolare i premi assicurativi e alle autorità di informare e avvertire la popolazione.

Climatologia e analisi statistiche

Niveaux de retour de la précipitation journalière estivale

Fig. 2 : Quantitativi giornalieri estivi di precipitazioni (in mm o l/m2) di un periodo di ritorno di 30 anni per le stazioni di rilevamento di MeteoSvizzera. Il diametro del punto è proporzionale alla lunghezza del periodo di misurazione della stazione.

Périodes de retour de la précipitation du 8 août 2007

Fig. 3 : Periodo di ritorno in anni della precipitazione dell'8 agosto 2017 (Rapporto di lavoro MeteoSvizzera no. 222).

Climatologia degli estremi

È possibile rappresentare su una carta i valori corrispondenti di un dato periodo di ritorno. Si può così stabilire la ripartizione geografica degli estremi e migliorare le conoscenze climatologiche. L'esempio mostra la quantità delle precipitazioni giornaliere estive corrispondenti a un periodo di ritorno di 30 anni. Le differenze climatologiche delle diverse regioni (Ticino, Vallese, Prealpi settentrionali) appaiono così chiaramente.

Analisi statistiche

Un'analisi statistica che determina il periodo di ritorno di un dato evento a ogni punto di rilevamento permette di visualizzare le zone toccate in maniera estrema (vedi fig. 3).

Estremi: metodi statistici

Gli estremi possono essere definiti come i massimi di un elemento (per esempio precipitazioni, raffiche di vento, neve, ecc.) su un periodo definito, generalmente di un anno. In effetti si può constatare che i massimi di quasi tutte le serie meteorologiche mostrano una distribuzione conosciuta con il nome di General Extreme Value (GEV). La figura 4, per esempio, mostra a sinistra la serie temporale completa (delle precipitazioni giornaliere di La Chaux-de-Fonds), con i massimi evidenziati da un punto rosso. Al centro la stessa serie è rappresentata con un istogramma verticali e i massimi si trovano in alto nel grafico. A destra sono invece raffigurati solo i massimi e in rosso la distribuzione GEV. I periodi di ritorno e i loro intervalli di confidenza possono così essere dedotti dalla distribuzione stimata.

Analyse de série temporelle de la précipitation journalière à la Chaux-de-Fond

Fig. 4 : A sinistra: serie temporale delle precipitazioni giornaliere alla Chaux-de-Fond, con i massimi annuali evidenziati con i punti rossi. Al centro: istogramma dei medesimi valori rappresentati in verticale come frequenza. A destra: istogramma della frequenza dei massimi annuali alla Chaux-de-Fond, la linea rossa indica la distribuzione stimata degli estremi.

Bibliografia

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