Daniele Izzo Meteorologo Centro Epson Meteo

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1 Le previsioni del tempo Daniele Izzo Meteorologo Centro Epson Meteo

2 Le previsioni del tempo L approccio scientifico è indispensabile per poter prevedere tutti i fenomeni meteorologici: temporali, pioggia, neve, vento, tornado, uragani/tifoni, ondate di caldo e di freddo Bergamo scienza

3 Le previsioni del tempo La Meteorologia è una scienza ma le previsioni del tempo ancora oggi non sono attendibili al 100% e non lo saranno neanche tra 100, 1000, anni!!!

4 Le previsioni del tempo La Meteorologia è una scienza ma le previsioni del tempo ancora oggi non sono attendibili al 100% e non lo saranno neanche tra 100, 1000, anni!!! Perché le previsioni del tempo non saranno mai esatte?

5 Le previsioni del tempo

6 Le previsioni del tempo La cartina del tempo mostrata in televisione è il risultato di un lavoro di ore compiuto da migliaia di persone sparse in tutto il mondo

7 Le previsioni del tempo Per prevedere il tempo che farà su una data area geografica è indispensabile innanzitutto conoscere il tempo che c è Per descrivere l evoluzione di un qualsiasi sistema fisico è necessario innanzitutto conoscere le condizioni iniziali

8 Le previsioni del tempo Traiettoria parabolica di un proiettile: la gittata dipende dalle condizioni iniziali di lancio (velocità e angolo) Legge fisica

9 Le previsioni del tempo Osservazione del tempo Leggi della fisica dell atmosfera Previsione del tempo

10 Le previsioni del tempo A livello planetario esiste una fitta rete di osservazione del tempo coordinata dall Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO, World Meteorological Organization)

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12 Lo stato iniziale dell atmosfera Stazioni meteo al suolo (~15.000, distanti km) Boe oceaniche (~3500) Navi (~4000) Palloni sonda (~2000, ogni 6 o12 ore) Aerei (~9000) Satelliti meteorologici polari e geostazionari (decine) Radar meteorologici (centinaia)

13 Stato iniziale dell atmosfera Il numero attuale di osservazioni non copre il fabbisogno minimo di dati

14 Stato iniziale dell atmosfera Le cause Il 70% del globo è ricoperto da mari, oceani e deserti I dati satellitari sono spesso imprecisi e quindi non utilizzabili

15 Fonti di errore di una previsione Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell atmosfera

16 Le previsioni del tempo Lo stato iniziale dell atmosfera ( il tempo che c è ) viene fatto evolvere utilizzando I modelli fisico-matematici I modelli fisico-matematici sono lo strumento più potente e affidabile che esiste oggi per elaborare una previsione meteorologica

17 Modello fisico-matematico

18 Modello fisico-matematico È un insieme di istruzioni che, agendo sulla condizione iniziale dell atmosfera, permettono di simulare il suo comportamento utilizzando le opportune leggi fisiche che descrivono il sistema atmosfera e la sua interazione con l oceano, con la superficie terrestre e con la radiazione solare

19 Cos è una previsione del tempo? È l evoluzione futura delle principali grandezze meteorologiche osservate (pressione, vento, temperatura, umidità) ottenuta tramite l impiego di un modello fisico-matematico

20 I processi fisici

21 effetto Stau effetto Foehn

22 Approssimazione di un modello fisico-matematico La complessità e il numero enorme di leggi fisiche necessarie a descrivere il sistema atmosfera e la sua interazione con la superficie terrestre impone una approssimazione di tali leggi e una schematizzazione dell orografia e della copertura del suolo

23 Approssimazione di un modello fisico-matematico La complessità e il numero enorme di leggi fisiche necessarie a descrivere il sistema atmosfera e la sua interazione con la superficie terrestre impone una approssimazione di tali leggi e una schematizzazione dell orografia e della copertura del suolo La natura stessa di un modello è fonte di errore nell elaborazione di una previsione!

24 Fonti di errore di una previsione Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell atmosfera Approssimazioni delle leggi fisiche Approssimazioni degli algoritmi matematici Imperfetta schematizzazione dell orografia Imperfetta schematizzazione della copertura del suolo

25 Flavio Galbiati in visita al National Center for Atmospheric Research (NCAR) Perché la previsione sia fruibile in tempo utile, la risoluzione delle complesse e numerose equazioni fisiche contenute in un modello necessita l utilizzo di potenti calcolatori

26 Per una previsione di 3 giorni sull Italia con un dettaglio di 8 km occorre risolvere: miliardi di operazioni 1 milione di persone impiegate 24 ore su 24 e che svolgano a mano tale mole di operazioni (5 sec per ogni operazione) impiegherebbero 50 anni!

27 Computer e previsioni meteo Il miglioramento delle previsioni meteorologiche va di pari passo con l aumento delle performance dei computer Aumentare la potenza di calcolo significa poter impiegare leggi fisiche dell atmosfera più precise e utilizzare una migliore risoluzione dell orografia e schematizzazione del suolo

28 Risoluzione dei modelli La superficie terrestre e l atmosfera vengono suddivisi in box tramite l utilizzo di griglie orizzontali

29 Risoluzione dei modelli In ciascun nodo del grigliato l osservazione del tempo (pressione, temperatura, vento, umidità) viene fatta evolvere risolvendo il complesso sistema di equazioni del modello fisico-matematico

30 Risoluzione dei modelli e orografia

31 Risoluzione dei modelli e orografia

32 Risoluzione dei modelli In giallo i punti ove sono state effettuate le osservazioni In blu i nodi di griglia ove sono riportati i valori interpolati

33 Risoluzione dei modelli L interpolazione delle osservazioni nei nodi di griglia è una ulteriore fonte di errore nell elaborazione di una previsione meteorologica!

34 Risoluzione di un modello e previsioni Diminuire la risoluzione dei modelli vuol dire prevedere con maggior dettaglio e precisione fenomeni a piccola scala quali temporali, piogge convettive, venti locali (ad esempio le brezze), la nebbia, la formazione di isole di calore Diminuire la risoluzione dei modelli vuole però anche dire moltiplicare i nodi di griglia e quindi le operazioni di calcolo e il tempo di elaborazione di una previsione

35 Risoluzione di un modello e previsioni Per poter abbassare la risoluzione dei modelli e così prevedere con maggior dettaglio e precisione fenomeni locali è innanzitutto necessario aumentare la potenza di calcolo e in secondo luogo possedere una più fitta rete di osservazioni

36 Fonti di errore di una previsione Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell atmosfera Approssimazioni delle leggi fisiche Approssimazioni degli algoritmi matematici Imperfetta schematizzazione dell orografia Imperfetta schematizzazione della copertura del suolo Interpolazione delle osservazioni nei nodi di griglia

37 Le previsioni del tempo: un mixing tra Osservazioni Modelli fisico-matematici Computer

38 Le previsioni del tempo come probabilità Per tutti questi motivi le previsioni del tempo elaborate con i modelli, seppure basati su metodi rigorosamente scientifici, esprimono soltanto la probabilità del verificarsi dei fenomeni meteorologici e non già, come la pubblica opinione crede, la certezza che essi si manifestano

39 I modelli fanno acqua anche per colpa delle farfalle Se anche i fenomeni fisici fossero perfettamente conosciuti, se le osservazioni iniziali fossero complete e, ancora, se si avessero a disposizione una potenza di calcolo illimitata non sarebbe comunque possibile fornire previsioni perfette Motivo l atmosfera è un sistema caotico

40 Effetto farfalla Tutti i sistemi caotici, come appunto l atmosfera, hanno il difetto di essere molto sensibili alle condizioni iniziali, caratteristica nota come effetto farfalla È sufficiente una piccolissima perturbazione nello stato iniziale dell atmosfera, come il battito di una farfalla, per determinare situazioni finali molto diverse

41 La statistica per superare i limiti spaziali e temporali di una previsione del tempo I modelli impiegano le medie d ensemble Il modello viene fatto girare decine e decine di volte a partire da condizioni iniziali appena diverse e da queste numerose corse del modello si calcola la media

42 Medie d ensemble del modello WRF del CEM (Temperatura a 850 hpa per il Nord Italia)

43 Medie d ensemble del modello GFS della NOAA (Temperatura a 850 hpa per la città di Verona)

44 Le previsioni del tempo esprimono lo scenario futuro dell atmosfera più probabile. Per essere completa una previsione dovrebbe essere sempre affiancata da un numero che ne esprime la probabilità (Indice di affidabilità)

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46 Gli output dei modelli: la carte o mappe di previsione Le mappe al suolo Le mappe a 850 hpa Le mappe a 700 hpa Le mappe a 500 hpa Le mappe degli spessori Le velocità verticali Le mappe di nuvolosità e precipitazione

47 Le mappe al suolo

48 Le mappe al suolo

49 Le mappe a 850 hpa Utili per individuare i fronti e lo spostamento delle masse d aria

50 Le mappe a 850 hpa Utili per individuare lo zero termico e l eventuale quota delle nevicate

51 Le mappe a 500 hpa Utili per inquadrare la circolazione generale dell atmosfera e lo spostamento dei sistemi nuvolosi (perturbazioni)

52 Le mappe dell umidità relativa Utili per individuare e valutare la copertura nuvolosa

53 Grazie per l attenzione! Daniele Izzo Centro Epson Meteo daniele.izzo@meteo.expert