I 7 indicatori

Il monitoraggio degli eventi meteorologici estremi considera sette specifiche dinamiche, ad ognuna delle quali corrisponde un indicatore definito tramite lo studio dello stato dell’arte.

E3CI components

La valutazione delle componenti si basa su ERA5 (doi:10.24381/cds.adbb2d47), la quinta generazione di re-analisi atmosferiche prodotta dal Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine [ECMWF] (https://youtu.be/FAbvGoUGl24). ERA5 copre l’intero globo su griglie regolari latitudine-longitudine con risoluzione 0.25°x 0.25° a partire da gennaio 1950 ad oggi. I dati orari su molti parametri atmosferici e le relative stime di incertezza sono disponibili nel Climate Data Store di Copernicus Climate Change Service [C3S]. ERA5 viene aggiornato quotidianamente con una latenza di circa 5 giorni permettendo un aggiornamento costante delle componenti che costituiscono  l’indice E3CI.

Per ciascuna componente, viene utilizzato un indicatore come proxy per diversi pericoli. Il valore di riferimento viene calcolato sul periodo temporale 1981-2010 mentre, su base mensile, viene calcolato lo Z-score rispetto al valore di riferimento.

Disclaimer:
E3CI data is generated using Copernicus Climate Change Service information [2021]. Neither the European Commission nor ECMWF is responsible for any use that may be made of the Copernicus information or data it contains.

Le sette componenti sono definite come segue:

CALCOLO DELLA BASELINE: nel periodo di riferimento 1981-2010, per ogni giorno del calendario, viene considerata la temperatura massima giornaliera su una finestra mobile di cinque giorni. E’ calcolato il 95° percentile tra i 150 valori (5 giorni x 30 anni) e assunto come soglia. Successivamente, il valore di superamento su base mensile è calcolato come segue:

{HS}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\ {T_{\max}}_{i,j,k} - {T_{\max}}_{95i,j} \right\rbrack}_{}

doveTmaxi, j, k rappresenta la temperatura massima giornaliera (giorno i , mese j , anno k)

Nel periodo di riferimento, per ogni mese j si calcolano  il valore medio μ(HSj) e la deviazione standard σ(HSj) dei valori cumulati mensili di superamento.

CALCOLO DELLE ANOMALIE STANDARDIZZATE: Ogni mese j e anno k, il valore cumulato del superamento giornaliero oltre la soglia corrispondente (HSj, k) é trasformato secondo la formula:

{HS}_{Z - s,j,k} = \frac{{HS}_{j,k} - \mu\left( {HS}_{j} \right)}{\sigma\left( {HS}_{j} \right)}

[1] ATTENZIONE: NEL LUGLIO 2023, LE FORMULAZIONI ADOTTATE PER TEMPERATURE MASSIME ESTREME E TEMPERATURE MINIME ESTREME SONO STATE AGGIORNATE PER RENDERLE OMOGENEE CON LE ALTRE COMPONENTI. Infatti, in questo modo, tutti gli indicatori riportano informazioni non solo sulla frequenza ma anche sull’entità degli eventi estremi.

[2] Rousi, E., Kornhuber, K., Beobide-Arsuaga, G., Luo, F., & Coumou, D. (2022). Accelerazione delle ondate di calore dell’Europa occidentale legate a doppi getti più persistenti sull’Eurasia. Comunicazione della natura, 13(1). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31432-y

CALCOLO DELLA BASELINE: nel periodo di riferimento 1981-2010, per ogni giorno del calendario, si considera la temperatura minima giornaliera su una finestra mobile di cinque giorni. Viene calcolato il 5° percentile tra i 150 valori (5 giorni x 30 anni) e assunto come soglia. Successivamente, il valore di superamento su base mensile è calcolato come:

{CS}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\ {{abs(T}_{\min}}_{i,j,k} - {T_{\min}}_{95i,j}) \right\rbrack}_{}

doveTmini, j, k rappresenta la temperatura minima giornaliera(giorno i , mese j , anno k )

Nel periodo di riferimento, per ogni mese j sono calcolati il valore medio μ(CSj)  e la deviazione standard σ(CSj) del valore cumulato di superamento.

CALCOLO DELLE ANOMALIE STANDARDIZZATE: Ogni mese j e anno k, il valore cumulativo del superamento giornaliero oltre la soglia corrispondente (CSj, k) viene trasformato secondo la formula:

{CS}_{Z - s,j,k} = \frac{{CS}_{j,k} - \mu\left( j,\ T_{\min} \right)}{\sigma\left( j,\ T_{\min} \right)}

CALCOLO DELLA BASELINE: lo Standard Precipitation index (SPI)3 è considerato come indicatore di riferimento considerando 3 mesi come periodo di cumulo per le precipitazioni (SPI-3). Nel periodo 1981-2010, per ogni mese j, i 30 valori cumulati sono adattati a una distribuzione di probabilità gamma che è poi trasformata in una distribuzione normale.

CALCOLO DELLE ANOMALIE STANDARDIZZATE: per ogni mese j e anno k , il valore  SPI − 3j, k rappresenta le unità di deviazione standard dalla media di riferimento a lungo termine (1981-2010). Secondo l'approccio canonico, valori SPI positivi indicano quantità superiori alla mediana delle precipitazioni e valori negativi indicano quantità inferiori alla mediana delle precipitazioni. In E3CI, per mantenere coerenza con le altre componenti, viene considerato l’opposto di SPI − 3j, k.

[3] McKee, T.B., N.J. Doesken and J. Kleist. 1993. The relationship of drought frequency andduration to time scale. In: Proceedings of the Eighth Conference on Applied Climatology,Anaheim, California, 17–22 January 1993. Boston, American Meteorological Society, 179–184.Edwards, D.C. and T.B. McKee. 1997. Characteristics of 20th Century Drought in the UnitedStates at Multiple Time Scales. Climatology Report Number 97-2. Colorado State University, FortCollins.

CALCOLO DELLA BASELINE: Nel periodo di riferimento 1981-2010, per ogni mese j, viene calcolato il 95° percentile della precipitazione giornaliera. Successivamente, il valore di superamento a livello mensile è calcolato come segue:

{EP}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\ P_{i,j,k} - P_{95,j} \right\rbrack}_{}

dove Pi, j, k rappresenta la precipitazione giornaliera (giorno i, mese j, anno k )

Nel periodo di riferimento, per ogni mese j, vengono calcolati il valore medio μ(EPj) e la deviazione standard σ(EPj) dei valori di superamento.

CALCOLO DELL’ANOMALIA STANDARDIZZATA: Ogni mese j e anno k , il valore di superamento viene trasformato secondo la formula:

{EP}_{Z - s,j,k} = \frac{{EP}_{j,k} - \mu\left( {EP}_{j} \right)}{\sigma\left( {EP}_{j} \right)}

CALCOLO DELLA BASELINE: Sul periodo di riferimento 1981-2010, per ogni mese j, viene calcolato il 95º percentile della velocità massima giornaliera del vento, w95, j. Successivamente, su base mensile, viene calcolato il Local Loss Index (LLI, Donat et al., 2011; doi:10.5194/nhess-11-1351-2011) come:

{LLI}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\left( \frac{w_{max,ij,k}}{w_{95,j}} - 1 \right)^{3} \right\rbrack}

Dove wmax , ij, k è la velocità massima del vento calcolata considerando i valori medi orari per giorno i, mese j , anno k. Nel periodo di riferimento, per ogni mese j,  vengono calcolati il valore medio μ(LLIj) e la deviazione standard σ(LLIj).

CALCOLO ANOMALIA STANDARDIZZATA: Ogni mese j e anno k , il valore di superamento viene trasformato secondo la formula:

{LLI}_{Z - s,j,k} = \frac{{LLI}_{j,k} - \mu\left( {LLI}_{j} \right)}{\sigma\left( {LLI}_{j} \right)}

CALCOLO DELLA BASELINE: Nel periodo di riferimento 1981-2010, per ogni mese  j, viene calcolato il valore cumulativo del superamento del valore giornaliero dell' indicatore  SHiP4.

La soglia è fissata seguendo le indicazioni fornite da enti autorevoli che sfruttano l'indice per scopi operativi. Successivamente, per ogni mese j, vengono calcolati il valore medio (ESj) e la deviazione standard σ(ESjdel valore cumulato dei superamenti alla scala mensile. Successivamente, su base mensile, viene calcolato il superamento dei valori dell'indicatore SHiP dal valore soglia:

{ES}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\ S_{i,j,k} - 1 \right\rbrack}_{}

CALCOLO DELL’ ANOMALIA STANDARDIZZATA: Ogni mese j e anno k, il valore di superamento viene trasformato secondo la formula:

{ES}_{Z - s,j,k} = \frac{{ES}_{j,k} - \mu\left( {ES}_{j} \right)}{\sigma\left( {ES}_{j} \right)}

[4] Czernecki, B., Taszarek, M., Marosz, M., Półrolniczak, M., Kolendowicz, L., Wyszogrodzki, A., & Szturc, J. (2019). Application of machine learning to large hail prediction – The importance of radar reflectivity, lightning occurrence and convective parameters derived from ERA5. Atmospheric Research, 227, 249–262. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2019.05.010

https://www.spc.noaa.gov/exper/soundings/help/ship.html

CALCOLO DELLA BASELINE: Nel periodo di riferimento 1981-2010, per ogni mese j, viene calcolato il cumulo del valore in eccesso dell’indicatore FWI5 rispetto alla soglia associata al pericolo6 elevato di innesco. Successivamente, per ogni mese j, vengono calcolati il valore medio μ(EFje la deviazione standard σ(EFj) del valore cumulato dei superamenti. Successivamente, su base mensile, viene calcolato il superamento dei valori dell'indicatore FWI rispetto al valore soglia:

{EF}_{j,k} = \sum_{i = 1}^{n_{j}}{\max\left\lbrack 0;\ F_{i,j,k} - 21.3 \right\rbrack}_{}

CALCOLO DELL’ ANOMALIA STANDARDIZZATA: Ogni mese j e anno k , il valore di superamento viene trasformato secondo la formula:

{EF}_{Z - s,j,k} = \frac{{EF}_{j,k} - \mu\left( {EF}_{j} \right)}{\sigma\left( {EF}_{j} \right)}

[5] Van Wagner, C. E. (1987). Sviluppo e struttura del Canadian Forest Fire Index System. Vol. 35 (1987), 35, 35.

[6] https://climate-adapt.eea.europa.eu/en/metadata/indicators/fire-weather-index-monthly-mean-1979-201

Per ogni mese j e anno k , l’European Extreme Events Climate Index è dato dalla media delle diverse componenti. Formulazioni diverse e più efficaci sono attualmente in fase di sviluppo.