La previsione del tempo

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1 a previsione del tempo Federico Grazzini, ARPA - SIMC Un Pozzo di Scienza, Marzo 2009

2 a circolazione generale dell atmosfera

3 a meteorologia è una scienza (!) ormai consolidata 1904 Bergen, Norvegia. Vilhem Bjerknes intuì per primo la possibilità di realizzare la previsione del tempo individuando le equazioni matematiche che avrebbero permesso, a partire da un determinato stato iniziale, di prevedere lo stato futuro dell atmosfera. Il cuore degli attuali modelli meteorologici è infatti composto da questo sistema di sette equazioni differenziali: -Conservazione del momento (nelle 3 componenti) d a V a /dt = F/m -Conservazione della massa dm/dt = 0 -Equazione di stato dei gas perfetti Pα=RT -Primo principio della Termodinamica (cons. energia) Q=C v dt/dt + pdα/dt Servizio IdroMeteoClima Viale Silvani n Bologna - Italy -Equazione conservazione vapor d acqua dq/dt = E C Che bella atmosfera! Scienza in Piazza marzo 2009 Bologna non spedire

4 osservazioni meteorologiche per determinare le condizioni inziali

5 osservazioni meteorologiche per determinare le condizioni inziali

6 Per risolvere le equazioni matematiche presenti nei modelli meteorologici serve una grossa potenza di calcolo occupa una superficie di alcune centinaia di mq ed è composto da 2 cluster di 68 server (IBM p690) aventi ciascuno 32 processori da 1.9 Gz, per un totale di 4352 processori. Supercomputer presso il Centro Europeo per le Previsioni a Medio Termine ECMWF, Reading (GB)

7 Stato presente dell atmosfera: CONDIZIONI INIZIAI a previsione meteorologica numerica MODEO METEOROOGICO Stato FUTURO dell atmosfera: PREVISIONE ) ( ) ( ) ( 2 C E q t q dt dp dt dt C Q RT p t p dt d p + = = = = Ω + = ρ ρ ρ α α ρ ρ φ α v v v F v

8 Griglia di un modello meteorologici globale (GCM) Modello ECMWF, 25 Km di risoluzione orizzontale su tutto il globo

9 Griglia di un meteorologico ad area limitata (AM) Modello COSMO-IT, 7 Km di risoluzione orizzontale su un dominio ristretto

10 Ma ogni tanto succede che..perchè?

11 incertezza associata alla previsione Difficoltà ad osservare l atmosfera in modo adeguato IMPRECISIONI NEE CONDIZIONI INZIAI Difficoltà nel modellare i processi fisici I moti atmosferici seguono una dinamica non-lineare, piccoli errori nelle analisi possono amplificarsi velocemente IMPRECISIONI NEI MODEI NATURA CAOTICA DE ATMOSFERA INCERTEZZA

12 a natura caotica dell atmosfera Un battito d ali di farfalla in Brasile può scatenare un uragano a New York!? amplificazione di eventuali errori nelle osservazioni dipende dalla situazione meteorologica, in situazioni instabili la crescita dell errore è maggiore. incertezza di una previsione meteorologica dipende quindi anche dal particolare situazione e dal tipo di tempo che si vuole prevedere

13 attrattore di orenz, complessità a bassa dimensionalità

14 Come sarà il tempo nei prossimi giorni? 1 perturbato perturbato 2 bel tempo bel tempo 3 perturbato bel tempo

15 Cntr T255 OPER T511 Nasce la previsione probabilistica: non più una singola previsione ma 50 (!) per stimare l incertezza. ECMWF ENSEMBE FORECASTS Tuesday 4 October UTC ECMWF Forecast t+156 VT: Monday October UTC Surface: mean sea level pressure MSP (contour every 5hPa) and Temperature at 850hPa (only -6 and16 isolines are plotted) Member 1 Member 2 Member 3 Member 4 Cluster 2 Member 5 Member 6 Member 7 Member 8 Member 9 Member Cluster Member 11 Cluster 2 Member 12 Member 13 Member 14 Member 15 Member 16 Cluster 2 Member 17 Member 18 Cluster 2 Member 19 Cluster 2 Member Member 21 Member 22 Member 23 Member 24 Member 25 Member 26 Member 27 Member 28 Cluster 2 Member 29 Member Member 31 Member 32 Member 33 Member 34 Cluster 2 Member 35 Member 36 Member 37 Member 38 Member 39 Cluster 2 Member Member 41 Member 42 Member 43 Member 44 Member 45 Member 46 Member 47 Member 48 Member 49 Member

16 Al previsore è lasciato il duro lavoro di interpretare e sintetizzare i risultati dei vari modelli e, tenendo conto delle principali fonti d incertezza, fornire agli utenti il prodotto finale : il bollettino meteorologico

17 monitoraggio climatologico delle precipitazioni

18 a diffusione delle informazioni meteorologiche Televideo RAI3 regionale, pagina 535 (solo previsioni) Rete7 pagina 150 (osservazioni e previsioni) TV RAI3, Buongiorno regione ore 7.30

19 Cntr T255 OPER T511 ECMWF ENSEMBE FORECASTS Tuesday 4 October UTC ECMWF Forecast t+156 VT: Monday October UTC Surface: mean sea level pressure MSP (contour every 5hPa) and Temperature at 850hPa (only -6 and16 isolines are plotted) Member 4 Cluster 2 Member 14 Member 23 Member Member 26 Member 27 Member 32 Member 33 Member 35 Member 37 Member 38 Member 42 Member Member 45 Member Member Member 49 Member 48 Member 46 Member Member 40 Cluster 2 Member 41 Member Member Cluster 2 Member 30 Member 34 Member 29 Cluster 2 Member Member 31 Member 20 FINE Member Cluster 2 Member 19 Cluster 2 15 Member 18 Member 22 Member 17 Cluster 2 Member 16 0 Member Member Cluster Member 13 Member Member 9 Member 12 3 Cluster 2 Member 8 Member 7 Member 11 Member Member Member 3 25 Member 2 15 Member 1