Modelli meteorologici

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1 Fondamenti di meteorologia e climatologia

2 Cenni storici Vilhelm Bjerknes (1904): L evoluzione degli stati atmosferici é controllata da leggi fisiche, quindi condizioni necessarie e sufficienti per risolvere il problema delle previsioni meteorologiche sono: una conoscenza sufficientemente accurata dello stato dell atmosfera allo stato iniziale una conoscenza sufficientemente accurata delle leggi fisiche che controllano lo sviluppo degli stati atmosferici

3 Cenni storici Lewis Fry Richardson Primo tentativo di effettuare una simulazione meteorologica (1910): Previsione a 6 ore della pressione, senza successo Weather Prediction by Numerical Process (1922)

4 Cenni storici La prima previsione meteorologica fu effettuata con successo nel marzo 1950 a Princeton: griglia che copriva gli Stati Uniti 24 ore per effettuare una previsione di 48 ore ENIAC: Electronic Numerical Integrator And Computer

5 Equazioni e variabili base Risoluzione delle equazioni che regolano l evoluzione dello stato atmosferico su una griglia tridimensionale: Conservazione della massa Conservazione della quantitá di moto Equazione di Navier-Stokes (3 equazioni scalari) Conservazione dell energia Primo principio della termodinamica Equazione di stato dei gas ideali Variabili: Densitá: ρ Velocitá: u = u, v, w Pressione: p Temperatura: T

6 Parametrizzazioni Non tutti i processi che avvengono in atmosfera possono essere risolti esplicitamente alla risoluzione con la quale i modelli meteorologici vengono solitamente utilizzati: Turbolenza nello strato limite atmosferico Scambi di calore e di massa tra suolo e atmosfera Formazione delle nubi Assorbimento della radiazione da parte dell atmosfera...

7 Discretizzazione spaziale

8 globali Un modello meteorologico é detto globale se il suo dominio spaziale orizzontale copre l intera Terra. Griglia orizzontale dell ordine dei 20 km livelli verticali (a seconda del modello). Principali modelli meteorologici globali: ECMWF European Center for Medium Weather Forecasts - Reading (UK) GFS Global Forecast System - National Center for Environmental Prediction (NCEP, USA) UKMO UK MetOffice GEM Global Environmental Multiscale Model - Canada...

9 globali

10 ad area limitata Un modello meteorologico é detto a scala locale (Local Area Model - LAM) se il suo dominio spaziale orizzontale copre solo una porzione della Terra. L utilizzo dei LAM permette di effettuare simulazioni con maggiore risoluzione su aree di interesse Vengono utilizzate tecniche di nesting, cioé di annidamento di domini di calcolo, per raggiungere risoluzioni sempre piú elevate Le condizioni al contorno per il dominio piú esterno vengono fornite da un modello globale, mentre per i domini interni vengono fornite direttamente dal dominio superiore.

11 ad area limitata Principali modelli ad area limitata: WRF Weather Research and Forecasting - National Center for Atmospheric Research (USA) COSMO COnsortium for Small-scale MOdeling BOLAM CNR, Italia MOLOCH CNR, Italia

12 ad area limitata

13 Condizioni iniziali Le condizioni iniziali per i modelli meteorologici vengono fornite da diversi tipi di misure: Osservazioni al suolo (stazioni di terra, boe, navi) Radiosondaggi Profili di vento Osservazioni da satellite Osservazioni da aereo

14 Condizioni iniziali

15 Condizioni al contorno Assegnazione di valori alle variabili sui nodi di griglia delle superfici che delimitano il contorno del dominio di calcolo, in particolare sulla superficie terrestre. Topografia Uso del suolo Tipo di suolo... Nel caso di modelli ad area limitata le condizioni al contorno comprendono anche il valore delle variabili meteorologiche ai bordi del dominio di calcolo, che vengono fornite da modelli globali.

16 Condizioni al contorno Passo di griglia: 20 km Passo di griglia: 2 km

17 Performance dei modelli meteorologici Progressi della previsione meteorologica effettuata all ECMWF: giorni di previsione (asse delle ordinate) con una correlazione tra le previsioni e le analisi di verifica, per quanto riguarda il geopotenziale a 500 hpa, superiore al 60%

18 Performance dei modelli meteorologici La qualitá della previsione di un modello meteorologico degrada quanto piú lungo é l intervallo di tempo simulato ECMWF Annual Report (2012)

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