Modelli meteorologici ed affidabilità

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1 SERVIZIO VALANGHE ITALIANO SCUOLA CENTRALE METEOROLOGIA IN MONTAGNA Rifugio Sapienza - Etna (CT) febbraio 2013 Modelli meteorologici ed affidabilità 1

2 Le previsioni del tempo: come? Cercando di riprodurre, ovvero simulare, quello che accade per davvero nell atmosfera, osservandola con strumenti di misura rigorosi e condivisi. Quando l uomo vuole conoscere qualcosa, prima studia il comportamento del fenomeno, ovvero misura. Poi cerca di riprodurre tale fenomeno con un modello matematico. La buona previsione Quali sono gli ingredienti per una buona previsione? 1. Un buon modello che rappresenti la fisica dell atmosfera nella maniera più corretta possibile 2. Una buona qualità e quantità di dati assimilati da dare in pasto al modello 3. Un ottimo calcolatore che sappia fare calcoli in maniera efficace ed in un periodo di tempo contenuto 2

3 Prevedere il tempo: una questione di modelli La conoscenza dei processi atmosferici ha portato alla realizzazione di MODELLI numerici di previsione. Cosa fa un modello? Suddivide l atmosfera con un grigliato tridimensionale Calcola i valori medi di tutti i parametri atmosferici in ciascuna cella ad un certo istante Prevede l evoluzione di questi valori medi, risolvendo in modo approssimato le equazioni della fluidodinamica, che non possono essere risolte analiticamente. 3

4 i modelli I modelli matematici sono oggetti particolarmente complessi che tentano di riprodurre un sistema fisico nel suo più dettagliato funzionamento Il modello matematico utilizza le equazioni della fisica relative al fenomeno che si vuole simulare Nel caso della meteorologia i modelli matematici contengono le equazioni che descrivono l andamento di tali grandezze: Temperatura T Campo del vento Pressione Umidità specifica 4

5 Modelli globali e ad area limitata Modelli globali Sono modelli che descrivono l andamento delle grandezze meteorologiche su tutta la terra bassa risoluzione Modelli ad area limitata Sono modelli che descrivono l andamento delle grandezze meteorologiche solamente su una parte della terra alta risoluzione Aumento risoluzione spaziale T511 T213 T106 T63 T319 5

6 Aumento risoluzione spaziale T799 T1279 Aumento risoluzione spaziale COSMOI7 COSMOI2 6

7 7 km 7

8 Petronà: 180 mm Monterosso: 180 mm Chiaravalle: 300 mm Roccaforte: 200 mm Pedara: 140 mm 8

9 Aumento sulla risoluzione dei campi ECMWF Modello globale 60 km Lambo LAM idrostatico 18 km Lokal LAM non idrostatico 7 km Prevedere il tempo: una questione di dati Per far funzionare i modelli matematici servono dati. Servono osservazioni meteorologiche che il modello utilizzerà per la prima sua idea del mondo fisico, lo stato iniziale t0. Tutti i dati misurati per un certo istante vengono omogeneizzati e trattati tramite un lungo e laborioso processo che si chiama assimilazione dati per definire ciò che è chiamato analisi, ovvero la migliore approssimazione della realtà ottenuto con dati veri e riportato al grigliato del modello. 9

10 Fonti di dati Dati da stazioni fisse e boe 10

11 Dati da satellite 300 milioni circa di dati al giorno da 50 satelliti Presso il Centro europeo sono utilizzati circa il 6% di tali dati (18 milioni al giorno) Prevedere il tempo: una questione di calcolatori E necessario avere la maggior potenza di calcolo disponibile per: assimilare i dati osservati e generare l analisi (condizioni iniziali) integrare le equazioni del modello in un tempo tale da poter utilizzare le previsioni in tempo utile 11

12 spazio Perché la previsione è scorretta? 1. Le condizioni iniziali non sono buone: pochi dati oppure dati affetti da errore (incertezza iniziale) 2. La fisica utilizzata nel modello di rappresentazione dell atmosfera non è corretta (incertezza del modello) 3. L atmosfera è un sistema caotico e la bontà delle previsioni dipende dallo stato atmosferico Differenze spazio temporali dei fenomeni meteo km 1000 km 100 km 10 km 1 km cicloni extra-tropicali e anticicloni brezze temporali Nubi cumuliformi fronti Linee di instabilità temporalesche (MCS) saccature e promontori 100 m tornado trombe d aria 10 m mulinello 1 min 10 min 1 ora 1 giorno 1 settimana tempo 12

13 Differenti tipologie di previsione in funzione delle scale spazio-temporali Mediterraneo Previsione stagionale Centro Italia Regione Area di allertamento 1 km Monitoraggio, nowcasting Previsione a breve termine Previsione mensile Previsione a medio termine - EPS 1 ora 6 ore 1 giorno 1 settimana 3 mesi determinismo probabilità Affidabilità delle previsioni L affidabilità di una previsione dipende dal tipo di applicazione! ALLERTAMENTO PER TEMPORALI FORTI buone fino a 30 minuti utili fino a ore quasi mai utili oltre i 2 giorni ALLERTAMENTO PER RISCHIO IDROGEOLOGICO buone fino a 1/2 giorni utili fino a 3/5 giorni quasi mai utili oltre i 5 giorni??????????????????????!? 13

14 Scadenza delle previsioni Attualmente (2013) le previsioni meteorologiche deterministiche hanno una scala di validità temporale nota che dipende fortemente dalla scala spaziale del modello. Risoluzione massima temporale +10 giorni (240 ore) per modelli con poca risoluzione spaziale (circa 15 Km) e che riguardano vaste aree (emisfero nord) +2 giorni (48 ore) per modelli con tanta risoluzione spaziale (circa 2 Km) e che coprono piccole aree (Italia) Affidabilità delle previsioni L affidabilità di una previsione dipende, ad esempio, dal tipo di grandezza considerata previsione utile previsione inutile giorno di previsione 14