I MODELLI METEOROLOGICI VISUALIZZABILI NELLA PIATTAFORMA SMMeSD

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1 I MODELLI METEOROLOGICI VISUALIZZABILI NELLA PIATTAFORMA SMMeSD 1) I modelli meteorologici 2) Il nuovo modello WRF-EMM Aggiornamento 2011

2 1) I modelli meteorologici Nella barra del menù, alla voce Modelli, sono disponibili nuovi prodotti di modellistica meteorologica, ad accesso libero dai rispettivi siti web, di seguito elencati (Fig. 1): 1. LAMI 2. LAMI Veneto 3. BOLAM 4. MOLOCH 5. WRF LAMMA 6. WRF EMM Cliccando sulla voce di ciascun modello si apre il corrispondente sottomenu in basso con la previsione dei parametri meteorologici di interesse fino a 72 ore (LAMI), 45 ore (MOLOCH, WRF LAMMA), 48 ore (BOLAM), 84 ore (WRF-EMM). Si tratta quindi di una previsione a più giorni (forecasting) aggiornata 1-2 o 4 volte al giorno a seconda del modello ( inizializzazioni, vedi più avanti), da non confondere con la previsione di nowcasting radar a 3 ore che invece si aggiorna ogni 10 minuti. Si raccomanda sempre di integrare le previsioni del nowcasting radar con quelle del forecasting dei modelli meteorologici ed eventualmente dei bollettini meteorologici, senza dimenticare di controllare le mappe radar in tempo reale. Questo essenzialmente per due motivi: farsi un idea di quanto potrebbe accadere nelle prossime ore e contestualmente affinare la previsione a brevissimo termine effettuata dal radar (nowcasting a 1-3 ore).

3 Figura 1 I modelli

4 Orario di riferimento dei modelli Come tutti i prodotti meteorologici (mappe radar, immagini da satellite, radiosondaggi ecc.), anche i modelli meteorologici si riferiscono sempre all orario universale di Greenwich. Esso può essere espresso in tre modi, ovvero: 1. GMT, Greenwich Mean Time 2. UTC, Coordinate Universal Time: modelli MOLOCH e WRF LAMMA 3. Z, Zulu: modelli BOLAM e WRF EMM In ora legale (stagione estiva), occorre aggiungere 2 ore per ottenere l orario italiano, altrimenti 1 ora quando è in vigore l ora solare (stagione invernale). Interpretazione delle mappe di pioggia Alcuni parametri (es. pioggia) sono riproposti in diversi modelli, per consentire una previsione anche nel caso in cui un modello non sia temporaneamente disponibile. In secondo luogo, è sempre opportuno consultare almeno due modelli per ogni variabile (pioggia, neve, vento e così via): se questi sono concordi tra loro, la relativa previsione è da considerarsi affidabile, se sono discordi invece è opportuno esaminare anche un terzo modello allo scopo di definire, per quanto possibile, la fenomenologia prevista. Questa tecnica incrociata di previsione con più modelli consente quindi una sorta di media tra più proiezioni ed è essenziale in particolare per gli aspetti relativi alla previsione della pioggia, ovvero: 1. Quantità di pioggia prevista 2. Individuazione delle aree soggette a precipitazioni 3. Periodo di tempo in cui si prevedono piogge (inizio e durata dell evento) I modelli forniscono la pioggia accumulata prevista in un determinato lasso di tempo (3 ore, 6 ore, 12 ore) che è sempre precedente all orario di validità indicato. Vediamo un esempio dal modello BOLAM (Fig. 2).

5 Figura 1 Figura 2 La pioggia sul modello Bolam Nel modello è specificato che la cumulata di pioggia è precedente all orario indicato ( on previous 3 h ) delle 15 Z (ore 17 italiane, essendo giugno). Nella fattispecie, sul bresciano, il modello BOLAM prevedeva mm di pioggia in 3 ore (dalle 12Z alle 15Z, ovvero dalle 14 alle 17 ora italiana). NB: le piogge previste nelle 3 ore successive (dalle 15Z alle 18Z) non si sommano alle precedenti quelle dalle 12Z alle 15Z: la previsione di pioggia va sempre vista a blocchi di 3 ore (nel caso in esame).

6 Altri parametri La previsione della neve viene solitamente espressa in millimetri equivalenti di acqua, in media 1 mm di acqua corrisponde ad 1 centimetro di neve al suolo. Altri parametri consultabili sono quelli della temperatura a 1500 metri, tale quota nei modelli viene indicata con la pressione di 850 hpa o 850 mb (Fig. 3). E un parametro che aiuta a definire la quota fino alla quale potrà scendere la neve: isoterme a 1500 metri sui -6 C/-7 C o inferiori denotano elevate probabilità di neve in pianura. Figura 3 La temperatura

7 Le mappe di precipitazione (dette di pioggia ) infatti non distinguono tra pioggia e neve, tuttavia, per esigenze di immediata utilità, conviene far ricorso direttamente alle mappe di neve prevista dal modello, se disponibili, in quanto la previsione della quota neve attraverso il profilo verticale di temperatura è piuttosto complessa. Un altro parametro di una certa rilevanza è quello del vento a 5000 metri (tale quota nei modelli viene indicata con la pressione di 500 hpa o 500 mb) poichè esso determina direzione e velocità di spostamento dei fronti, sia temporaleschi che di pioggia o di neve, in un orizzonte temporale maggiore rispetto al nowcasting radar, il quale non supera le 3 ore (Fig. 4). Figura 4 Il vento

8 Infine, due parametri tipicamente accoppiati nella stessa mappa di previsione sono quelli del vento e della temperatura al suolo (Fig. 5), utili per quantificare il rischio di ghiaccio sulle strade, la nebbia (ghiacciata o meno) che com è noto è favorita da calme di vento, la persistenza dell eventuale neve caduta al suolo o l intensità delle raffiche di vento nonché la loro direzione. Figura 5 Il vento e la temperatura Frequenza di aggiornamento dei modelli Nel modello BOLAM (vedi Fig. 2), in basso a sinistra è riportato un altro orario (12Z dell 8 giugno 2008), questo è il momento in cui il modello ha iniziato a produrre la sua previsione (la cosiddetta inizializzazione ). Si raccomanda sempre di controllarlo per avere conferma che il modello è aggiornato e, in ultima analisi, per evitare di considerare una previsione vecchia (per es. del giorno prima).

9 I modelli MOLOCH, WRF LAMMA e WRF EMM esplicitano chiaramente i due tipi di orari: quello di inizializzazione si chiama INIT, quello di validità VALID. L orario VALID può rappresentare la fine del periodo di tempo relativo alla precipitazione prevista. Nell esempio seguente (Fig. 6) l orario in questione è 18 UTC freccia rossa-, poiché dalle 15 UTC e fino alle 18 UTC sono previste quelle piogge. L orario VALID rappresenta invece un momento istantaneo per i parametri di velocità, direzione del vento, temperatura. Figura 6 L orario di inizializzazione Nel modello LAMI, invece, l orario di inizializzazione viene indicato con RUN e quello di validità con DATA.

10 Ciascun modello ha una sua frequenza di inizializzazione, la previsione in via generale è effettivamente disponibile come mappa grafica 6-8 ore dopo l orario indicato (es. MOLOCH inizializza ogni giorno alle 3 UTC le 4 o 5 della mattina italiane in base all orario in vigore - ma la previsione è disponibile solamente alle della medesima mattina). Si elencano gli orari di inizializzazione di ciascun modello: 1. LAMI e LAMI Veneto: 1 volta al giorno alle 00 UTC 2. BOLAM: 1 volta al giorno alle 00 UTC, effettivamente disponibile verso le 10 UTC 3. MOLOCH: 1 volta al giorno alle 00 UTC 4. WRF LAMMA: 4 volte al giorno alle 00 UTC, 06 UTC, 12 UTC, 18 UTC 5. WRF EMM: 2 volte al giorno, 06 UTC e 18 UTC In teoria, più inizializzazioni nel corso della stessa giornata conferiscono al modello un maggior grado di affidabilità in quanto potrà inglobare nel suo sistema di equazioni gli ultimi dati raccolti dalle stazioni meteorologiche appena questi sono disponibili. Risoluzione spaziale dei modelli Ogni modello ha una sua risoluzione spaziale che determina la minima grandezza di un fenomeno meteorologico considerabile dal modello stesso per cui, in linea generale, minore sarà questo valore più accurata sarà la sua previsione, sia nel tempo che nello spazio. Si ricorda che il modello LAMI Veneto possiede le stesse performance previsionali del modello LAMI, consistendo semplicemente in uno zoom di quest ultimo sulla regione Veneto. Si elencano le risoluzioni spaziali di ciascun modello: 1. LAMI e LAMI Veneto: 7 km 2. BOLAM: 6.5 km 3. MOLOCH: 2.3 km 4. WRF LAMMA: 4 km 5. WRF EMM: 2 km

11 Inoltre, il modello LAMI è in grado di effettuare una previsione puntuale, riferita cioè ad una specifica località (conoscendone latitudine e longitudine), dei 3 parametri di precipitazione, temperatura e temperatura di rugiada per i 3 giorni successivi, sottoforma di meteogrammi (Fig. 7). Figura 7 I meteogrammi

12 2) Il nuovo modello WRF - EMM Il WRF (Weather Research and Forecasting) è il nuovo modello meteorologico sviluppato presso importanti enti e centri di studio americani, quali il Centro Nazionale di Ricerca Atmosferica (NCAR), l'amministrazione Nazionale dell'oceano e dell'atmosfera (NOAA), il Centro Nazionale per le Previsioni Sperimentali (NCEP), l'agenzia Meteo Aeronautica (AFWA), l'università dell'oklahoma, l'amministrazione Aeronautica Federale (FAA) e viene ritenuto, ad oggi, uno dei migliori strumenti di previsione del tempo ad alta risoluzione disponibili. Gli aspetti innovativi In sintesi sono i seguenti: Griglia di 2 km Aggiornamento in continuo mediante l acquisizione di dati in tempo reale Per essere efficiente sul territorio del nord, la nuova generazione di modellistica numerica ha dovuto applicare una griglia di analisi molto ridotta, in grado di considerare un territorio particolare poiché interferito dalle Alpi nel macroclima e, negli aspetti microclimatici, dalla presenza di montagne, pianure, mare e laghi, distribuiti su di uno spazio ristretto. Il modello di previsione meteorologica ad alta definizione WRF- EMM (Eurelian Mass Model) a 2 km non si basa sulla semplice elaborazione a scala più dettagliata di dati derivanti dai modelli globali quali GFS o ECMWF, ma è integrato con l'inserimento di sistemi di assimilazione variazionale (4DVAR), che consentono l'acquisizione dei dati da radiometri satellitari, da radar meteorologici, da stazioni meteo di mare e di terra; ciò consente un affinamento in tempo reale rispetto alle variazioni atmosferiche. L'assimilazione inoltre, non viene confinata ad un singolo orario, ma allargata su di una finestra (finestra d'assimilazione) di circa 6 ore, durante le quali modelli d'appoggio vincolano il modello principale, in questo caso GFS, a tararsi sui dati rilevati.

13 Confronto con i modelli tradizionali I vantaggi rispetto alla modellistica tradizionale sono così sintetizzabili: Elevata precisione spazio temporale Calcolo dell influenza dei microclimi locali Autotaratura con dati raccolti in tempo reale (radar, pluviometri, radiosondaggi,radiometri, ecc ) Fornitura di previsioni quali-quantitative Meteogrammi puntuali per singoli punti del territorio Previsioni per fenomeni non compresi dai modelli tradizionali (grandine, gelicidio, rischio icing) Discriminazione dei fenomeni (pioggia, neve, ghiaccio, temporali, evapotraspirazione, ecc ) Previsioni sino ad 84 h su base oraria Dati cumulati per 1h, 3h, 6h, 12h 84h. Consultabili dalla telefonia cellulare Grazie a questa tecnica, la precisione previsionale a breve termine è altissima, in particolar modo nelle aree soggette a forte influenza orografica, dove le variabili atmosferiche in gioco sono molteplici e spesso non ben interpretate dai comuni modelli ad area limitata. La griglia spaziale di risoluzione è di ben 2 km, quindi molto più performante dei LAM a consultazione gratuita, che applicano una risoluzione spaziale di 5-10 km. Con un passo griglia di 2km, infatti, si è in grado di prevedere e visualizzare condizioni meteorologiche estremamente localizzate su zone molto ristrette, come ad esempio le formazioni temporalesche, le grandinate o pericolosi episodi di gelicidio. Il modello WRF-EMM discrimina qualsiasi tipo di precipitazione (pioggia, neve, gelicidio, grandine) grazie a schemi di PBL (Planetary Boundary Layer) e di microfisica multi moment. A conferma della validità del prodotto, si può notare come le previsioni di precipitazione siano disponibili anche a intervalli di un ora, oltre alle classiche cumulate di 3,6,12 ore. Questo elemento di previsione temporale cosi ristretto risulta fondamentale nel caso di fenomeni convettivi, di grandinate, o di brevi ma intense nevicate.

14 Nelle seguenti immagini (Figg. 8 e 9) è riportato un confronto visivo tra una mappa di pioggia cumulata in 12 ore del modello WRF-Lamma con passo griglia di 7km ed una mappa di precipitazioni cumulata in 12 ore del modello WRF-EMM con ingrandimento su centro-nord. Come si potrà notare, il modello WRF-EMM è molto più preciso per quanto riguarda la localizzazione geografica dei fenomeni. La griglia di 2 km di risoluzione difatti, ci permette di valutare un approssimazione realistica dell orografia e quindi l esatta distribuzione delle precipitazioni nel territorio; questo anche nelle strette vallate alpine o appenniniche solitamente non ben lette da un modello a passo di griglia maggiore dei 2 km. Figura 8 Mappa precipitazioni dal modello tradizionale

15 Figura 9 Mappa precipitazioni dal modello WRF-EMM I meteogrammi Il modello fornisce meteogrammi puntuali che consentono una visione di sintesi complessiva ma estremamente precisa dell insieme dei fenomeni che interesseranno un determinato punto del territorio durante le successive 84 ore. Selezionando la voce meteo grammi (Fig. 10), si apre un elenco delle diverse località per le quali è possibile visualizzare i seguenti parametri: temperatura al suolo e a 2 metri istogramma delle precipitazioni previste fino a 84 ore con discriminazione per i fenomeni di neve, grandine e gelicidio

16 visibilità orizzontale e rischio icing vento e raffica massima prevista a 10 metri di altezza dal suolo evapotraspirazione cumulata, bagnatura fogliare, provenienza del vento, copertura nuvolosa, umidità relativa, probabilità e altezza cumulata di neve nelle prossime 84 ore (a seconda delle richieste dell utente) Figura 10 Temperatura Nello spazio azzurro (Fig. 11) viene riportata la località a cui si riferisce il meteogramma (Portogruaro), le coordinate geografiche e le due date indicanti l arco temporale di validità previsionale. Gli orari sono sempre espressi in UTC, per cui andranno aggiunte due ore durante l ora legale (periodo estivo) ed un ora durante l ora solare (periodo invernale). In questo specifico caso la previsione è relativa alla temperatura a 2 metri ed al livello del suolo, valida a partire dalle ore 19 del 31 marzo fino alle ore 7 del 3 aprile.

17 Figura 11 Meteogramma delle temperature a 2 metri ed al suolo Istogramma delle precipitazioni, gelicidio ed affidabilità dei dati In legenda (Fig.12) la tabella riporta le precipitazioni cumulate suddivise per 4 step temporali: 00/24 ore, 24/48 ore, 48/72 ore, 72/84 ore. Per i rispettivi archi temporali viene indicata la precipitazione totale cumulata in millimetri e specificata l eventuale quantità di neve, grandine o gelicidio prevista. Nell istogramma le varie meteore vengono distinte con colorazioni diverse: pioggia in azzurro, neve in rosso, grandine in verde e gelicidio in viola. Nell esempio è prevista un abbondante nevicata (colore rosso) dal primo pomeriggio del 29 gennaio sino a metà mattinata del 31 gennaio. Durante la tarda mattinata è poi previsto un breve episodio di gelicidio della durata di un paio d ore, mentre dal pomeriggio l innalzamento delle temperature causerà deboli precipitazioni piovose (colore azzurro).

18 Nell istogramma possiamo vedere quanti millimetri di precipitazioni totali sono previste e quanta parte di questa precipitazione è costituita da neve. La linea di color giallo dorato indica l affidabilità previsionale, la cui scala di riferimento viene rappresentata in percentuale a destra dell istogramma. In questo caso la previsione è molto attendibile poichè la linea si avvicina al 100%. Figura 12 Istogramma delle precipitazioni, gelicidio ed affidabilità

19 Visibilità e rischio icing L istogramma (Fig. 13) ci fornisce una previsione a 84 ore della visibilità orizzontale. In caso di banchi di nebbia le barre verticali di color verde si troveranno al di sotto della linea verde scuro (visibilità metri). Nello stesso grafico, con la linea rossa viene indicata anche la probabilità del rischio di formazione ghiaccio (icing). Questo rischio sarà elevato per valori superiori al %. Vento Figura 13 Istogramma della visibilità e rischio icing Il grafico (Fig.14) ci fornisce una previsione per le successive 84 ore della velocità del vento e delle raffica massima a 10 metri d altezza. Per stimare la sua intensità si ricorre alla scala Beaufort: 0-1 km/h calma di vento 1-5 km/h bava di vento 6-11 km/h brezza leggera km/h brezza km/h brezza vivace km/h brezza tesa km/h vento fresco km/h vento forte km/h burrasca moderata

20 75-88 km/h burrasca forte km/h tempesta km/h fortunale > 118 km/h uragano Figura 14 Grafico del vento Il grafico (Fig.15) ci fornisce una previsione per le successive 84 ore della provenienza del vento. La direzione del vento si misura in gradi. 0 corrisponde al Nord e la direzione positiva è il senso orario, quindi: Nord-Est=45, Est=90, Sud-Es t=135, Sud=180, Sud-Ovest=255, Ovest=270 e Nord-Ovest=315. Figura 15 Grafico direzione del vento

21 Evapotraspirazione e bagnatura fogliare La Fig. 16 indica i valori di evapotraspirazione cumulata mentre la fig.17 la bagnatura fogliare in chilogrammi per metri quadrati di superficie fogliare nelle 84 ore di previsione. Questo servizio interessa particolarmente i Consorzi irrigui. Figura 16 Grafico evapotraspirazione cumulata Figura 17 Istogramma della bagnatura fogliare

22 Copertura nuvolosa La figura 18 da una previsione in percentuale della copertura nuvolosa prevista nelle seguenti 84 ore. Un valore tra 10 e 20% indica cielo poco nuvoloso, dal 20 al 30% parzialmente nuvoloso, tra il 30 e 60% nuvoloso, tra il 60 e 80% molto nuvoloso e tra 80 e 100% cielo coperto. Umidità relativa Figura 18 Istogramma della copertura nuvolosa L umidità relativa indica la percentuale di vapore acqueo contenuto nell aria. Il seguente grafico (fig.19) ci fornisce una previsione del valore percentuale di umidità all altezza di 2 metri dal suolo nell arco delle prossime 84 ore. Figura 19 Grafico dell umidità relativa

23 Neve La figura 20 ci illustra il rischio in percentuale di precipitazione nevosa nel periodo di riferimento. Valori al di sotto del 25% indicano pioggia mista a neve, tra il 25 e 60% di neve fradicia, mentre nel caso la barra verticale ecceda il 60% è indice che la precipitazione sarà totalmente nevosa negli orari di previsione segnalati. Figura 20 Istogramma della probabilità di precipitazione nevosa Nel grafico successivo (fig.21) viene fornito l accumulo di neve al suolo in centimetri per la determinata fascia oraria di previsione. Nell esempio è previsto un accumulo al suolo di 9 centimetri di neve nella notte del 19 giugno a causa di una breve ma intensa nevicata. Nelle seguenti ore poi, in assenza di ulteriori precipitazioni nevose, è atteso uno scioglimento totale del manto di neve. Figura 21 Grafico neve cumulata

24 La mappa delle precipitazioni cumulate totali La mappa di Fig. 22 fornisce la quantità totale di precipitazione che il modello prevede si accumulerà dall orario di validità della previsione fino alle successive 84 ore. Figura 22 Mappa delle precipitazioni accumulate delle successive 84 h, con indicazione delle precipitazioni nevose (linea gialla) e del gelicidio (linea rossa) I colori della legenda a destra corrispondono ai millimetri totali: colorazioni tra il viola e il rosso rappresentano precipitazioni abbondanti. La mappa inoltre discrimina la neve con isolinee gialle riportandone la quantità lungo l isolinea - ed il gelicidio con isolinee rosse.

25 Le mappe di precipitazione Cliccando nel menù rispettivamente alle voci precipitazioni o neve (Fig. 23), si visualizzano quattro mappe relative ai diversi step temporali: 00/24 ore, 24/48 ore, 48/72 ore, 72/84 ore. Si tratta di mappe ad alta risoluzione spaziale (Fig. 24), che forniscono i millimetri di precipitazioni e di neve previsti nell arco delle 84 ore, suddivisi per giorno. Per ogni mappa è indicata con una scala di colori la quantità cumulata totale di precipitazioni o di neve. La mappa delle precipitazioni fornisce la sommatoria tra pioggia e neve, mentre la mappa della neve fornisce il solo innevamento previsto. L orario di validità previsionale è sempre visualizzabile in alto a destra (in orario UTC). Una isolinea rossa sulle mappe di precipitazioni indica il rischio di gelicidio. Figura 23

26 Precipitazione 0-24h Precipitazione 24-48h Mappe dell area di interesse con le precipitazioni previste nelle successive 24, Precipitazione 48 72h Precipitazione 72 84h Figura 24 Mappe dell area di interesse con le precipitazioni previste nelle successive 24, 48, 72 e 84 ore

27 Frequenza aggiornamento dei meteogrammi I meteogrammi e le mappe di precipitazioni, essendo estrapolati dal modello WRF-EMM, vengono aggiornati 2 volte al giorno: 18 Z, disponibile per le ore Z, disponibile per le ore Note Meteogrammi e mappe di precipitazioni sono scaricabili in formato PDF e stampabili Meteogrammi e mappe di precipitazioni sono consultabili anche da telefonia cellulare dotata di browser