Previsioni migliori delle condizioni meteorologiche e climatiche
Le previsioni meteorologiche dipendono dall’accuratezza delle condizioni iniziali (chiamate analisi) e dalle rappresentazioni numeriche dell’atmosfera. Le analisi vengono preparate considerando la temperatura, la velocità del vento e la misurazione dell’umidità tra la superficie terrestre e un’altitudine di circa 60-80 chilometri. Attualmente l’emento principale mancante nel sistema di osservazione globale sono le osservazioni dei venti, in particolare quelli sopra gli oceani. I modelli numerici di previsione meteorologica (numerical weather prediction, NWP) applicano formulazioni matematiche dei processi atmosferici per fare previsioni basate sulle condizioni attuali come fornite dalle osservazioni. Questi modelli producono previsioni meteorologiche su base oraria e settimanale, tenendo anche conto dei dati spaziali. Per quanto riguarda la previsione del clima, i modelli devono includere sia le previsioni atmosferiche, oceaniche e territoriali, sia la composizione atmosferica e le sue variazioni. I risultati del modello climatico vengono ampiamente usati per capire l’attuale e il futuro cambiamento climatico. Le lacune nelle osservazioni e le imperfezioni nei modelli producono incertezze nelle analisi e nelle previsioni. Tuttavia, anche con modelli perfetti e stati iniziali conosciuti con precisione, le previsioni diventano sempre più incerte se si allungano i tempi di previsione, a causa dell’intrinseca non linearità del flusso. Queste problematiche sono state affrontate dal progetto MODES (Modal analysis of atmospheric balance, predictability and climate), finanziato dall’UE, che ha fornito una prospettiva globale della capacità predittiva dei modelli NWP. “Gli scienziati dell’atmosfera hanno studiato le proprietà dinamiche dell’atmosfera e le dinamiche del clima su diverse scale spaziali e temporali, mostrando che più è grande la scala spaziale, più aumenta il livello di incertezza nelle condizioni iniziali su cui si basa la previsione,” dice la coordinatrice del progetto, la prof.ssa Nedjeljka Žagar. I ricercatori hanno sviluppato e usato un nuovo strumento software (chiamato MODES) per l’analisi del bilancio atmosferico e la prevedibilità dei modelli meteorologici e climatici. Questo approccio innovativo viene usato per convalidare e migliorare i modelli climatici. “MODES ha fornito una visione globale scalabile e tridimensionale della prevedibilità atmosferica, associata a incertezze nelle analisi della circolazione bilanciata e non bilanciata,” commenta la prof.ssa Žagar. “I risultati hanno rivelato che la maggior parte delle incertezze riguardano i tropici, a causa delle onde non bilanciate o inerziali-gravitazionali,” spiega. Lo studio ha analizzato il bilancio atmosferico e la prevedibilità in termini di energia associata a vari tipi di onde: onde bilanciate o di Rossby e onde non bilanciate o inerziali-gravitazionali (IG). Nota come rappresentazione della funzione di modalità normale, questo approccio è al centro della metodologia proposta da MODES. “I livelli di energia associati alle onde IG sono molto più bassi rispetto a quelli delle onde di Rossby, e le loro scale spaziali di solito sono ridotte, rendendone difficile la modellizzazione. Il loro ruolo è tuttavia molto importante, in quanto influenza fortemente sia il tempo che il clima, ed è quindi importante convalidarne le caratteristiche nei modelli NWP e climatici,” sostiene la prof.ssa Žagar. Pertanto, MODES ha proposto un metodo per stimare le perturbazioni delle temperature e dei venti associate alle onde IG nei dati globali. Il metodo può essere usato per convalidare le onde IG nei modelli NWP e climatici, confrontandole direttamente con le osservazioni dei flussi delle onde gravitazionali disponibili nei periodi di osservazioni intense. I risultati del progetto saranno utili per la comunità dei modelli NWP e climatici, nonché per tutti coloro che dipendono dal loro utilizzo. Il software MODES è stato reso disponibile per la comunità di ricerca atmosferica e applicato al principale modello di previsioni meteorologiche, ovvero quello del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine. Risultati selezionati dell’analisi modale vengono pubblicati giornalmente sul sito web del progetto.
Parole chiave
Meteorologia, clima, NWP, MODES, bilancio atmosferico, analisi modale
