Il vento nei modelli di clima

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1 Il vento nei modelli di clima Alessandro Dell Aquila Sandro Calmanti ENEA UTMEA-CLIM Unità Tecnica Modellistica Energetica Ambientale Laboratorio Modellistica Climatica ed Impatti CNMCA Giovedì 29 Aprile 2010

2 Modelli climatici MODELLI CLIMATICI Dominio suddiviso in reticolato. Si risolvono equazioni che simulano diversi processi climatici (dinamici, fisici, chimici, ) su ogni punto di griglia

3 Modelli climatici MODELLI CLIMATICI REGIONALI Downscaling dinamico. Partendo dalla bassa risoluzione dei dataset globali permette di avere informazioni a più alta risoluzione: caratterizzazione climatica del territorio OROGRAFIA REANALISI ECMWF (ERA40) REANALISI ECMWF GLOBALE (ERA40) Tmin Jan-Feb 1985 MODELLO REGIONALE Tmin Jan-Feb 1985 MODELLO REGIONALE

4 Modelli climatici Strato limite planetario Il vento superficiale Necessità di simulare interazioni e processi ad altissima risoluzione

5 IL SISTEMA PROTHEUS Componenti RegCM3 18 livelli verticali sigma 30 Km risoluzione orizzontale BATS + IRIS BATS: Biosph.-Atmosph. Transfer Scheme IRIS: interactive RIvers Scheme SST OASIS 3 Freq. 6h MedMIT Vento-Flussi di calore ed acqua 42 livelli verticali zeta (partial cell) 1/8 x 1/8 risoluzione orizzontale Dominio del modello

6 IL SISTEMA PROTHEUS RegCM3 è sviluppato all ICTP (Trieste) Strato limite Planetario: Holtslag et al., 1990 Schema convettivo: Grell, 1993 Condizioni laterali: 6 ore, rilassamento a 12 punti. Profilo esponenziale BATS Landuse Model: 20 tipi differenti di suolo IRIS: TRIP database e schema numerico IRIS MedMIT: Sviluppato all ENEA da Sannino et al., OM 2009 MedMIT si basa su MITgcm sviluppato da Marshall et al. 97; Diffusione orizzontale e viscosità: biarmonica (1.5x10 10 m 4 s -1 ). Viscosità turbolenta verticale: laplaciana (diffusività: 3.0x10-5 m 2 s -1 in superficie; 1.0x10-7 m 2 s -1 sul fondo). Coefficiente viscoso : 1.5x10-4 m 2 s -1. Componenti RegCM3 18 livelli verticali sigma 30 Km risoluzione orizzontale BATS + IRIS BATS: Biosph.-Atmosph. Transfer Scheme IRIS: interactive RIvers Scheme SST OASIS 3 Freq. 6h MedMIT Vento-Flussi di calore ed acqua 42 livelli verticali zeta (partial cell) 1/8 x 1/8 risoluzione orizzontale

7 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente ocondizioni al bordo: Reanalisi ERA SST (Atlantico) ogisst - Global Sea Ice Coverage and Sea Surface Temperature data -Met Office Inizializzazione Oceano oclimatologia MEDATLAS a riposo; rilassamento della SST e SSS nei primi 6 anni di simulazione Confronto: Reanalisi ERA40 Datasets osservativi OISST (dati giornalieri 1/16 x1/16 SST , Marullo et al. 2007) HOAPS (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and fluxes from Satellite data) CRU (Climatic Research Unit, UK) GPCP (Global Precipitation Climatology Project)

8 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato: vento Caso studio per il 2000 Reanalisi ERA40 QuikSCAT Dati osservati: QuikSCAT LEVEL3 wind data PROTHEUS Intensità del vento sul mare

9 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente Il vento sul mare PROTHEUS ha una distribuzione vicina a quella dei dati da satellite QuikSCAT comparabili con boe marine in situ Intensità del vento sul mare

10 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato : SST Caso studio per il 2000 OISST Serie temporali delle anomalie delle SST simulate da PROTHEUS (rosso) e osservate da satellite OISST (black line). I valori sono mediati sul intero bacino. PROTHEUS 9 Luglio 11 Luglio 13 Luglio 15 Luglio 17 Luglio

11 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato : Intensità del vento Caso studio per il 2000 ERA40 PROTHEUS Osservazioni Dati osservati: QuikSCAT LEVEL3 wind data

12 Validazione PROTHEUS: dati da stazione Collaborazione ENEA-CNMCA Griglia Modello & Stazioni Meteo

13 Validazione PROTHEUS: dati da stazione Griglia modello Stazione Meteo

14 Validazione PROTHEUS: dati da stazione PRECIPITAZIONE Medie annuali: tutte le stazioni Tmax Campi simulati da PROTHEUS (rosso) e osservati nelle stazioni (black line). Tmin

15 Validazione PROTHEUS: dati da stazione PRECIPITAZIONE Tmax Tmin Stazione 400: Ustica ciclo stagionale

16 Validazione PROTHEUS: dati da stazione PRECIPITAZIONE Tmax Tmin Stazione 008: S. Valentino alla Muta ciclo stagionale

17 Validazione PROTHEUS: dati da stazione Il vento superficiale Stazione 280: Ponza

18 Validazione PROTHEUS: dati da stazione Il vento superficiale Stazione 263: Trevico

19 Possibili sviluppi Disaggregazione on line dei campi superficiali (e.g. da 30km 3-5Km) OROGRAFIA

20 Possibili sviluppi Downscaling statistico off-line di PROTHEUS fino a 1-3 Km (RainFARM: modello autoregressivo, Rebora et al 2006) da 30 km 3.5 km

21 Simulazioni Scenario XXI secolo: analisi preliminare Simulazioni programmate nell ambito IPCC-AR5 (METEO-FRANCE, ECHAM5-MPIOM, CMCC ) Simulazioni già prodotte : Modello globale al bordo: IPCC-AR4 ECHAM5MPIOM PROTHEUS trend Analisi dei Trend: Temperatura Superficiale Differenze PROTHEUS-ECHAM5 globale DJF DJF MAM MAM JJA JJA SON SON

22 Conclusioni Modelli climatici regionali caratterizzazione climatica ad alta risoluzione Per riprodurre correttamente il vento superficiale necessità di simulare interazioni e processi ad altissima risoluzione orizzontale e verticale Il modello regionale accoppiato PROTHEUS può essere uno strumento adeguato nella valutazione del Risk Assessment legato al vento superficiale Necessità di aumentare ulteriormente la risoluzione Strumento utile nelle previsioni climatiche a diverse scale temporali (da quella stagionale a quella decennale)

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24 Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente Precipitazione su terra CLIMATOLOGIA MD AL ERA40 CRU PROTHEUS RegCM-SA