Articoli del CER - Capire la turbolenza: la chiave per le previsioni del tempo
"La turbolenza è un elemento fondamentale della "macchina" atmosferica," dice il prof. Zilitinkevich. "Non possiamo capire i sistemi meteorologici se non capiamo le connessioni tra le loro parti." Secondo il prof. Zilitinkevich, per quasi un secolo, la turbolenza è stata descritta in una forma troppo semplificata, sulla base dell'ipotesi che potesse essere divisa in due parti: "flusso medio" (moto organizzato che può essere analizzato usando la meccanica classica) e "turbolenza" (moto caotico che deve essere analizzato usando metodi statistici). Questo metodo funziona bene per le applicazioni di ingegneria, ma nel campo della turbolenza geofisica - come il clima e il tempo - incontra difficoltà crescenti. Nell'atmosfera o nell'oceano, la densità del medio cambia con l'altezza. Questo porta a stratificazione, instabilità e fenomeni come la convezione. Il paradigma classico non è stato in grado di affrontare in modo soddisfacente questi fenomeni. Nuovo paradigma "Adesso stiamo assistendo a una rivoluzione scientifica in questo campo," dice il prof. Zilitinkevich. "La turbolenza atmosferica adesso può essere vista come formata da tre parti: flusso regolare, turbolenza caotica e strutture auto-organizzate." L'auto-organizzazione porta a strutture longeve, come le cellule convettive o i rollii nell'atmosfera o nell'oceano. Queste nuove scoperte significano che sia i ricercatori che chi costruisce modelli operativi deve tener conto di questi diversi tipi di movimenti e del loro ruolo nello scambio di energia e materia nell'atmosfera e nell'oceano. "Lo scambio di calore tra la parte superficiale dell'oceano e la bassa atmosfera è controllato dalla turbolenza," spiega il prof. Zilitinkevich. "La maggior parte dell'energia termica è nell'oceano e non nell'atmosfera, ma noi percepiamo il clima in modo antropocentrico come una caratteristica della parte dell'atmosfera vicina alla superficie, lo "strato limite planetario" (planetary boundary level o PBL) dell'atmosfera." Il suo progetto PBL-PMES ha lo scopo di rivedere interamente le teorie fisiche usate per i modelli del PBL. Non solo questo ha portato a capire meglio lo scambio di calore tra la terra, il mare e l'aria, ma i ricercatori otterranno informazioni anche su fenomeni come i PBL atmosferici stabili bassi che intrappolano lo smog e l'inquinamento nell'aria sopra le città. Il Prof. Zilitinkevich crede che la sua ricerca porterà a cambiamenti radicali nella comprensione scientifica del tempo e del clima e nel successo dei modelli di previsione. "Entro dieci anni, dovremmo avere previsioni del tempo e del clima molto migliori," dice. "I microclimi, come i cambiamenti climatici locali dovuti al cambiamento dell'uso della terra, saranno modellati con una maggiore previsione." Il nuovo quadro teorico sarà quindi implementato nei moderni modelli di previsione del tempo e dell'inquinamento dell'aria. Fino a poco tempo fa, uno dei principali fattori limitanti nelle previsioni del tempo era la risoluzione spaziale dei modelli, limitata dalla potenza dei supercomputer. Ma una migliore fisica fa sì che adesso siano i modelli a dover essere rivisti. "Stiamo collaborando con un'ottima rete di gruppi che si occupano di modelli meteorologici operativi di tutta Europa," dice il prof. Zilitinkevich. "Entro la fine del prossimo anno speriamo di avere risultati pratici dall'Istituto meteorologico finlandese - e stiamo anche lavorando con MétéoFrance e con l'Istituto meteorologico danese." Inoltre, il progetto sta lavorando per convalidare le sue teorie con gli astrofisici, dando il suo contributo alla spiegazione della convezione nelle stelle e nel sole e dei dischi di accrescimento dei buchi neri. "Siamo fortunati perché adesso possiamo riunire due interessanti campi della ricerca - dice il prof. Zilitinkevich - una nuova teoria della turbolenza e una nuova domanda per le applicazioni della turbolenza nei modelli climatici" Dettagli del progetto: - Ricercatore principale: Prof. Sergej S. Zilitinkevich - Istituzione ospitante: Istituto meteorologico finlandese (FMI), Finlandia - Progetto: Atmospheric planetary boundary layers: physics, modelling and role in Earth system (PBL-PMES) - Bando CER: Advanced Grant 2008 - Finanziamento CER: 2,4 milioni di euro - Durata del progetto: cinque anni - Sitp web del progetto PBL-PMES del prof. Zilitinkevich