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I Modelli matematici e il grande pubblico

L'atmosfera terrestre e i modelli numerici

Con l'avvento di Internet la Meteorologia si è diffusa ovunque e le previsioni dei siti meteo giungono a noi in modo rapido e di continuo aggiornate...

Notevole è l'offerta che ci viene proposta, dalle previsioni giornaliere, a quelle a lungo termine, stagionali, ma anche webcam, forum di aggregazione, reportage, e mappe con appositi per parametri diversi tra loro.

Tali mappe emesse dai vari centri di calcolo tipicamente "focalizzano" l'evoluzione di alcuni parametri in particolare, i più significativi, per una previsione più "affidabile".

Nei nostri articoli desideriamo anche accompagnarvi in un "cammino" didattico dedicato soprattutto a coloro che si vogliono avvicinare per la prima volta alla lettura di mappe atmosferiche e all'analisi di particolari fenomeni meteorologici (pioggia, neve, fhoen, ...) tipici della nostra Penisola.

I modelli previsionali sono dei modelli meteorologici matematici, strumenti indispensabili per riuscire a fare delle previsioni meteo, tenendo sempre presente che essi non sono la realtà, ma ne costituiscono una rappresentazione con i suoi pregi e difetti, così come un ritratto, per quanto ben fatto, non sarà MAI l'originale.

TIPI DI MODELLI DISPONIBILI

Ci sono due tipi principali di modelli, quelli globali (a bassa risoluzione, anche se sta notevolmente aumentando) e quelli locali (a più alta risoluzione) i cosiddetti LAM, Limited Area Models. Tra i modelli globali ricordiamo: GFS (Global Forecast System, americano), ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecasts, con sede a Reading), UKMO (United kingdom Met Office, inglese), GME (tedesco), GEM (canadese), JMA (giapponese), NAVGEM (della Marina Americana), SEMBAC (americano), WMC (russo) ed altri. Si differenziano tra loro per vari parametri, quali la risoluzione orizzontale, l'orografia, la fisica utilizzata, i livelli verticali e così via. Non tutti i parametri sono resi in chiaro agli utenti. A volte, come nel caso del modello di Reading, sono disponibili solo a pagamento (alla faccia delle nostre tasse).

GFS/ECMWF

Sono i modelli a scala globale più famosi e seguiti, in generale. In particolare sono tantissimi i parametri messi a disposizione dal GFS, centinaia! Nel momento in cui scriviamo lrisoluzione di output è 0.5° fino alle 192 ore di previsione, 2.5° fino a 384 ore (alle nostra latitudine 1° è pari a circa 70/80 km).ECMWF invece fornisce pubblicamente pochi parametri e alla risoluzione di 2.5°, come UKMO. A pagamento, o per gli enti pubblici, sono invece disponibili tutti i parametri e alla risoluzione "vera". Da precisare infatti che le risoluzioni indicate sono quelle relative ai prodotti forniti, non necessariamente quelle con le quali girano i modelli nei supercomputer. GFS e ECMWF ad esempio hanno una risoluzione di calcolo reale rispettivamente di 27km e 16km circa.

Ensemble e relativi "Spaghetti"

Piu' che un modello, con il termine Ensemble ci si riferisce a una tecnica che consiste nell'introdurre deliberatamente delle perturbazioni sui dati in ingresso, modificando alcuni parametri per testare, al variare di questi, quanto viene modificata la previsione. Tale tecnica tenta in sostanza di "anticipare" quanto il modello è affidabile rispetto a una variazione delle condizioni iniziali. Questo perché gli errori nei dati in ingresso sono inevitabili e ci sono sempre.

Nelle previsioni sul medio-lungo periodo (7-15 giorni) di solito i risultati previsionali (intesi come tendenze di massima, non certo nei dettagli) ottenuti mediando i vari risultati di Ensemble, sono migliori rispetto a quelli del run ufficiale del modello. Avremo quindi l'Ensemble GFS, l'Ensemble ECMWF e così via.

Anche i cosiddetti spaghetti non sono un modello, ma soltanto un'elaborazione grafica basata sull'Ensemble. Si prende in considerazione un parametro ben preciso e se ne grafica l'evoluzione nel tempo al variare delle condizioni iniziali. Si ottiene così un "fascio" (ecco il nome "spaghetti") di soluzioni la cui divergenza più o meno marcata ci fornirà la tendenza prevalente di quel parametro.

Modelli locali LAM (Limited Area Model)

Quando ci si vuole concentrare su un'area più ristretta, al fine di ottimizzare precisione e performance di calcolo, entrano in gioco i modelli a scala limitata, con risoluzione orizzontale ed orografica molto piu' spinta rispetto ad un modello globale (ma anche molto più onerosi in termini di risorse di calcolo necessarie, per questo con tali modelli ci si concentra su un'area geografica molto più ridotta. Limitata, appunto...). Sono dunque più adatti per produrre forecasts per le prime ore (nowcasting) o i giorni successivi (fino a 72/96 ore al massimo, tipicamente. Non ha molto senso, se non per motivi particolari, puntare alla precisione con orizzonti temporali troppo avanti, data la perdita della precisione "intrinseca" dei modelli). I LAM vengono "nutriti" (inizializzati) dalle corse dei modelli globali, cioe' prendono i dati iniziali e al contorno ad esempio dal GFS (essendo l'area limitata, il LAM deve avere informazioni su cosa viene previsto ai bordi di tale area) e poi elaborano la previsione nella zona di interesse secondo la propria fisica, risoluzione, ecc... I dati iniziali possono anche essere integrati con altri o riassimilati introducendo nuovi dati, come viene effettuato nel nostro centro e spiegato nell'articolo che racconta di come assimiliamo le stazioni meteorologiche.


Oltre al WRF-NMM implementato presso il nostro centro di calcolo, tra i LAM italiani ricordiamo il buon vecchio MM5, prodotto in America e antesignano del WRF e il BOLAM-MOLOCH, prodotto dall'Università di Bologna ed elaborato dall'Università di Genova...

Fabio Porro