Sviluppo e validazione di metodi per il controllo di qualità e gap filling dei dati radar costieri ad alta frequenza nel Mediterraneo nord-occidentale

Abstract

I radar costieri ad alta frequenza (High-Frequency Radars, HFR) forniscono misure continue e ad alta risoluzione delle correnti superficiali marine e rappresentano uno strumento fondamen tale per applicazioni che spaziano dalle operazioni di Ricerca e Soccorso (Search and Rescue) al monitoraggio costiero su larga scala. Tuttavia, il valore operativo dei dati HFR dipende da due aspetti critici: la presenza di vettori fisicamente inconsistenti, che devono essere rimossi me diante procedure di controllo qualità (Quality Control, QC), e le discontinuità nella copertura spaziale e temporale causate da condizioni del mare avverse e da interferenze a radiofrequenza. Questa tesi affronta entrambe le problematiche per la rete HFR-TirLig, dedicata al monitorag gio delle correnti superficiali nel Mediterraneo nord-occidentale. In primo luogo, è stata rivista la pipeline di controllo qualità esistente, rendendo più restrittive le soglie dei filtri CSPD e VART e introducendo un nuovo filtro basato sulle derivate spaziali, denominato MEDF, cali brato utilizzando statistiche di velocità derivate da misure di drifter. Successivamente, il metodo Progressive Rim Gap-Filling è stato riformulato separando le fasi di interpolazione temporale e spaziale, ed è stato valutato mediante un sistema di buchi artificiali. Sono state infatti imposti buchi realistici su dati completi e i valori ricostruiti sono stati confrontati con le osservazioni originali utilizzando il coefficiente di determinazione (R2). I risultati mostrano che la fase di interpolazione spaziale offre una migliore capacità di ricostruzione per un intervallo più ampio di dimensioni dei buchi, mentre la fase temporale degrada rapidamente oltre il limite di persis tenza di 6 ore, fornendo così un criterio pratico per la scelta della modalità di interpolazione più appropriata.

High-frequency coastal radars (HFR) deliver continuous, high-resolution measurements of the ocean surface currents and are useful for applications ranging from Search and Rescue opera tions to wider coastal monitoring. However the operational value of HFR data relies on two crit ical issues: the presence of physically inconsistent vectors that have to be filtered out by means of quality control (QC), and the discontinuities in spatial and temporal coverage caused by bad sea conditions and radio-frequency interference. This thesis addresses both issues for the HFR TirLig network, the monitoring of surface currents in the north-western Mediterranean Sea. First, the existing QC pipeline was revised, tightening the thresholds on the CSPD and VART filters, and adding a new spatial-derivative filter, MEDF, calibrated against drifter-derived veloc ity statistics. The Progressive Rim Gap-Filling Method was reformulated into separate temporal and spatial phases and evaluated with an artificial-hole system. Realistic gaps were imposed on complete data and the reconstructed values were compared to the actual observations using the coefficient of determination (R2). The results show that the spatial stage has a better recon struction ability for a wider range of gap sizes than the temporal stage, which rapidly degrades beyond its 6-hour persistence limit, providing a practical criterion for selecting the appropriate interpolation mode.