THE REGIONAL SYSTEMS OF THE ITALIAN SEAS

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1 THE REGIONAL SYSTEMS OF THE ITALIAN SEAS Ernesto Napolitano(1), Roberto Iacono(1), Roberto Sorgente(2), Leopoldo Fazioli(2), Antonio Olita(2), Andrea Cucco(2) Paolo Oddo(3), Antonio Guarnieri (3) 1) ENEA UTMEA_CLIM (Unità Tecnica di Modellistica Energetica e Ambientale- Laboratorio di Clima) 2) CNR - Istituto Ambiente Marino Costiero, Oristano 3) INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Bologna

2 Sistemi regionali e costieri AREG WMED TYREM SCRM BOM

3 Modello a scala di bacino MFS1671 REFERENCES: Pinardi, N., Allen, I., Demirov, E., De May, P., Korres, G., Lascaratos, A., Le Traon, P.Y., Maillard, C.: The implementation ocean forecasting system: first phase of implementation ( ); Annales Geophysicae, 21, 3 20, 2003; Dobricic, S., Pinardi, N., Adani, M., Tonani, M., Fratianni. C., Bonazzi, A., Fernandez, V.: Daily oceanographic analyses by the Mediterranean basin scale assimilation system, Ocean Sci., 3, , Tonani, M., Pinardi, N., Dobricic, S., Pujol, I. And Fratianni, C:A C.: high resolution free surface model of the Mediterranean Sea, Ocean Sci., 4, 1 14, 2008; U high = U int coarse H + η ( H + η int coarse high ) + U int tide ± ε ( H g + η high ) int [ η η + η ] high coarse tide ( T, S) + U t high ( T, S) r n = 0 norm U high < 0 U = U int high U coarse norm T high = U high > 0 int ( T, S ) ( T, S ) coarse REFERENCES: Flather, R.A: A tidal model of the northwest European continental shelf, Memories de la Societe Royale des Sciences de Liege, 6(10), , 1976; Marchesiello, P., Mc Williamns, J. C., and Shchepetkin A.: Open boundary conditions for long term integration of regional oceanic models, Ocean Modeling, 3, 1 20, 2001; Oddo, P. and Pinardi, N.: Lateral open boundary conditions for nested limited area models: A scale selective approach. Ocean Modelling, 20, , 2008;

4 Sistemi operativi regionali di previsione dello stato dei mari Italiani Modello Risoluzione spaziale Forzanti marini Forzanti atmosferici WMEDFS Orizzontale 3.5km (1) MFS1671 (INGV) (2) ECMWF Verticale 30 σ TYREM Orizzontale 2km Verticale 40 σ MFS1671 (INGV) ECMWF SCRMFS Orizzontale 3.5km Verticale 30 σ MFS1671 (INGV) ECMWF (3) SKIRON IASA AREG Orizzontale 2.2km Verticale 31 σ MFS1671 (INGV) ECMWF 1) Risoluzione i spaziale il 1/16 x 1/16 ; risoluzione i temporale 1d 2) Risoluzione spaziale 1/4 x 1/4 ; risoluzione temporale 6h 3) Risoluzione spaziale 1/10 x 1/10 ; risoluzione temporale 1h

5 Condizioni alla superficie & parametrizzazioni Flusso di Momento: K m r u z z= η r τ = ρ 0 Flusso di calore: Flusso di sale: K h T 1 = z ρc z= η p [(1 Tr) Q S K = ( E P + R ) S h z z= η sol ( z= η Q b Q h Q e REFERENCES: Hellerman, S. and Rosenstein, M: Normal wind stress over the world ocean with error estimates, J. Phys. Ocean., 13, , 1983; Reed, R. K.: On estimating insolation over ocean, J. Phys. Oceanogr., 17, , 1977; Budyko, M.I.: Atlas of the heat balance of the earth, Glabnaia Geofizicheskaia Observatoriia, Moscow, pp. 69, 1963; Bignami, F., Marullo, S., Santoleri, R., and Schiano, M.A.: Long wave radiation budget in the Mediterranean Sea, J. Geophys. Res., 100(c2), , 1995; May, P. W.: Climatological flux estimate in the Mediterranean Sea: Part I. Winds and wind stresses. NORDA Tech, Rep., Vol. 54, oag. 58, 1982; Castellari, S., Pinardi, N. And Leaman, K.: A model study of air sea interactions in the Mediterranean Sea, J. Mar. Syst., 18, , 2000;

6 Catena Operativa Weather Forecast Forecast Coastal Models End Users ATMOSPHERIC FORCING Data Assimilation Sea Level Anomaly Sea Surface Temperature In situ temperature profile air sea coupling algorithms Downscaling Mediterranean OGCM MFS1671 Boundary Conditions WEB WEB SST CNR ISAC Data assimilation OCEAN 3d VAR SOFA OCEAN BASIN FORCING OCEAN REGIONAL FORCING

7 AREG Adriatic REGional Operational Forecasting System Modello Risoluzione orizzontale Risoluzione verticale Fiumi Forzante Atmosfeico Condizioni ai bordi laterali Condizione iniziale Previsioni (giornaliere) Simulazioni POM 2.2 Km 31 σ Po: medie giornaliere osservate Medie mensili climatologiche ECMWF 6-h + precipitazioni climatologiche MFS valori medi giornalieri O.T.I.S snapshots orari per SSH MFS interannual run +7 giorni +7 giorni

8 Prodotti e Servizi: AREG

9 Alcuni risultati AREG Correnti sul fondo alla Boa E1 Profili medi ( ) 008) Basin Monthly SST Elevation Mean Errors (cm) STATION RMSE STATION RMSE Ancona 8 Ravenna 8 Bari 6 Trieste 9 Ortona 7 Venezia 9 Otranto 6 Vieste 6 MEAN RMSE= 7 cm

10 TYREM (TYrrhenian REgional Model) e modello annidato delle coste Campane TYCRM (TYrrhenian Coastal Regional Model in collaborazione con UNIParthenope) OBC TYREM DX=DY=1/48 ( 2Km) 40 livelli sigma POM GRID:OPA GRID=1:3 OPA (1/16 ) ->POM(1/48 ) TYCRM DX=DY=1/144 ( 700 m) 40 livelli sigma OBC TYREM(1/48 ) -> TYCRM(1/144 ) OBC

11 Il Sistema operativo TYREM fornisce da maggio forecast giornaliero a 7 giorni La tecnica di forecast utilizzata è la seguente: Il martedì sera alle 23, il sistema esegue una previsione a 7 giorni in partially active mode e cioè, utilizza i 7 gg di analisi precedenti (dati ECMWF, e OGCM MFS1671 per l inizializzazione e le condizioni al bordo), dopo 7 gg di run di analisi il sistema fa uno switch in forecast mode (martedì successivo) utilizzando i campi di forecast sia come forzanti atmosferici sia come condizioni al bordo laterali. Questa procedura è stata adottata allo scopo di attenuare il ben noto fenomeno della generazione di onde spurie barotropiche durante la fase iniziale di integrazione (1-2 gg). Il Forecast giornaliero dei giorni successivi (dal mercoledì al lunedì) invece è prodotto mediante un run inizializzato dal restart del forecast del giorno precedente. Forecast M G V S D L M M G V S D L M OPA-ECMWF-Analisi

12 Attenuazione delle oscillazioni barotropiche spurie durante i primi 7gg di inizializzazione

13 (Topografia dinalica Assoluta E Velocità Geostrofiche DATI AVISO) MEDIA DELLE SIMULAZIONI DI ANALISI DELL ESTATE m

14 Prodotti e Servizi: POM-TYRR a.it

15 CNR ORISTANO Gruppo di Oceanografia operativa Mediterraneo occidentale Stretto di Sicilia Bocche di Bonifacio Operational Oceanography Group - IAMC- CNR Oristano 30/ 05/ 13 22:46 Istituto per l'ambiente Marino e Costiero Consiglio Nazionale delle Ricerche - Oristano Sistemi di Previsione Marina Nell'ambito del Mediterranean Operational Oceanography Network (MOON) e del Gruppo Nazionale di Oceanografia Operativa (GNOO), il G3O fornisce i seguenti prodotti di previsione operativa: Stretto di Sicilia (3.5km max di risoluzione) Mediterraneo occidentale - mari intorno alla Sardegna (3.5km max di risoluzione) Mare di Sardegna (3.5km max di risoluzione) Bocche di Bonifacio(10m max di risoluzione) Arcipelago di La Maddalena (10m max di risoluzione) Analisi Climatologia mensile Climatologia annuale Modello sub-regionale dello Stretto di Sicilia (SCRM) Il Sistema Operativo di Previsione dello Stretto di Sicilia fornisce giornalmente una previsione tridimensionale a 5 giorni delle caratteristiche del mare (temperatura, salinita', ecc.) e della circolazione dello Stretto di Sicilia. Il dominio coperto e': 8.95 E E, 30 N-39.5 N. Il sistema e' innestato in modo asincrono ad una via al modello a risoluzione inferiore OGCM (1/16 di risoluzione orizzontale) dell'intero bacino del Mediterraneo sviluppato presso la Dynamics and Climatology Unit dell'ingv di Bologna. Alla superficie il sistema e' forzato da flussi di momento (stress del vento), calore e "acqua" calcolati dai campi dei parametri atmosferici di sistemi di previsione atmosferica a risoluzioni maggiori o inferiori. Una versione con una risoluzione orizzontale a 1/32 e' stata sviluppata nell'ambito del progetto europeo MFSTEP ed e' operativa dal 2004 (SCRM3230). Sono disponibili la simulazione degli ultimi sette giorni dei campi d'analisi rilasciata settimanalmente e la climatologia media mensile. Recentemente e' stata realizzata, nell'ambito del progetto europeo ECOOP, ed e' disponibile in rete una versione aggiornata a 1/48 di risoluzione orizzontale. E' operativa dal 2009 (SCRM4830). M odello sub-regionale dei mari intorno alla Sardegna (WM RM) Il Sistema di Previsione dei mari intorno alla Sardegna fornisce giornalmente una previsione aggiornata a 5 giorni delle caratteristiche tridimensionali del mare (temperatura, salinita', ecc.) e della circolazione con una risoluzione orizzontale a 1/32. Il dominio coperto e': 3-16 E; N. Il sistema e' innestato in modo asincrono ad una via al modello a risoluzione inferiore OGCM (1/16 di risoluzione orizzontale) dell'intero bacino del Mediterraneo sviluppato presso la Dynamics and Climatology Unit dell'ingv di Bologna. Alla superficie il sistema e' forzato da flussi di momento (stress del vento), calore e "acqua" calcolati dai campi dei parametri atmosferici del sistema di previsione atmosferica ECMWF. / it/ circulation_it.htm Pagina 1 di 2

16 SCRMFS The SiCily Strait Regional Model Operational Forecasting System Catena operativa Weather Forecast Cold start (VIFOP) Warm start Regional Forecast J+1 J+2 J+3 J+4 J+5 J+1 J+2 J+3 J+4 J+5 J+6.. OGCM J+10 FORECAST MFS1671 Forecast ECMWF Weather Forecast Modello POM Latitudine 8.95 E E Longitudine N N Risoluzione orizzontale 1/32, ~ 3.5 Km Risoluzione verticale 30 σ (double log) Punti di griglia (x,y) 257, 273 Fiumi NO Forzante Atmosfeico SKIRON 1-h, ECMWF 6-h Condizioni ai bordi laterali MFS valori medi giornalieri Condizione iniziale VIFOP (Slave mode) Previsioni +5 giorni Spin-up time

17 Level 2 MODIS Aqua satellite data Alcuni risultati SCRMFS Validazione i Off-line VALIDAZIONE OFF LINE: SCRM & OPA Vs DATASET 1KM 17 Feb Schema dei cicli di forecast RMSE=(BIAS(x,y,t) 2 /N) SSTSS=(1-RMSE 2 /STD 2 ) 100

18 WMEDFS The Western Mediterranean Regional Model Forecasting System Modello POM Latitude 3 E-16.5 E Longitude 36.7 N-44.5 N Risoluzione orizzontale 1/32, ~ 3.5 Km Risoluzione verticale 30 σ (double log) Punti di griglia (x,y) 432, 250 Fiumi NO Forzante Atmosfeico ECMWF 6-h Condizioni ai bordi laterali MFS campi medi giornalieri Condizione iniziale VIFOP Assimilazione no Previsioni +5 giorni Operativo da Febbraio 2009 su base giornaliera Fornisce 5 giorni di previsione in modalità Slave analogamente a SCRMFS

19 WATER CIRCULATION AND TRANSPORT OF POLLUTANTS IN COASTAL AREA ITALY CORSICA (FR) BOOM BONIFACIO STRAIT (IT FR) Bonifacio Oil spill Operational Model SARDINIA (IT) Predicting the fate of oil spills in the coastal areas of the Bonifacio i Strait TYRRHENEAN SEA bocchedibonifacio.eu/ IAMC CNR CUCCO A.

20 BOOM THE OPERATIONAL SYSTEM OVERVIEW THE BOOM CORE a coupled 3D hydrodynamic and wave model (SHYFEM3D WWM), a Lagrangian trajectory module and a weathering module (FEMOIL) based on finite elements method ( nested to a regional open ocean forecasting system based on a finite difference hydrodynamic model (WMED) ( surface boundary conditions provided by SKIRON meteorological forecasting system ( GUI to predict oil spill fate within 72 hours time lag both in the past (backward simulation) ) or in the future (forward simulation). IAMC Institute for Marine Coastal Marine Environment, Oristano unit A. Cucco

21 WEB SERVICES HYDRODYNAMICS & WAVES DAILY A 3 DAYS FORECAST OF. WAVE SWH & DIRECTION OF PROPAGATION IN THE SOB AND IN THE LA MADDALENA ARCHIPELAGOS SURFACE WATER CURRENT IN THE SOB AND IN THE LA MADDALENA ARCHIPELAGOS AT nr.it IAMC Institute for Marine Coastal Marine Environment, Oristano unit A. Cucco

22 WEB SERVISES IAMC Institute for Marine Coastal Marine Environment, Oristano unit A. Cucco

23 Conclusioni: Ogni giorno sono prodotti dai +5giorni ai +7giorni di campi di previsione in NRT per il Bacino Occidentale del Mediterraneo, Mar Tirreno, Stretto di Sicilia e Mar Adriatico. Tutti i campi di previsione per i Mari regionali Italiani sono disponibili ogni giorno in modalità grafica sul Web. I dati prodotti sono inoltre disponibili attraverso FTP Server dedicato a tutti gli utenti del MOON. I sistemi i di previsione i costituiscono i la base per applicazioni i i quali:»oil spill»supporto alle attività di pesca»save and rescue»wheather-routing