Post on 15-Feb-2019
Le previsioni del tempoLe previsioni del tempo
Daniele Izzo – Meteorologo
Centro Epson Meteo
daniele.izzo@meteo.expert
L’approccio scientifico è indispensabile per poter prevedere tutti i fenomenimeteorologici: temporali, pioggia, neve, vento, tornado, uragani/tifoni, ondate dicaldo e di freddo
Le previsioni del tempo
–2–Bergamo scienza 2012
Le previsioni del tempo
La Meteorologia è una scienza ma le previsioni deltempo ancora oggi non sono attendibili al 100% e nonlo saranno neanche tra 100, 1000, 10000 anni !!!lo saranno neanche tra 100, 1000, 10000 anni !!!
Le previsioni del tempo
La Meteorologia è una scienza ma le previsioni deltempo ancora oggi non sono attendibili al 100% e nonlo saranno neanche tra 100, 1000, 10000 anni !!!
Perché le previsioni del tempo
non saranno mai “esatte” ?
lo saranno neanche tra 100, 1000, 10000 anni !!!
Le previsioni del tempo
La cartina del tempo mostrata in televisione è ilrisultato di un lavoro di 10-12 ore compiuto da
Le previsioni del tempoLe previsioni del tempo
risultato di un lavoro di 10-12 ore compiuto damigliaia di persone sparse in tutto il mondo
Le previsioni del tempo
Per prevedere “il tempo che farà” su una data area geografica è
indispensabile innanzitutto conoscere il “tempo che c’è”
Per descrivere l’evoluzione di un qualsiasi sistema fisico è necessario innanzitutto conoscere
le condizioni iniziali
Le previsioni del tempo
Traiettoria parabolica di un proiettile: la gittata dipende dalle condizioni iniziali dilancio (velocità e angolo)
Legge fisica
Osservazione
del tempo
Leggi della fisica
Le previsioni del tempo
Leggi della fisica
dell’atmosfera
Previsione
del tempo
A livello planetario esiste una fittarete di osservazione del tempocoordinata dall’Organizzazione
Le previsioni del tempo
coordinata dall’Organizzazione
Meteorologica Mondiale (WMO,World Meteorological Organization)
Stazioni meteo al suolo (~15.000, distanti 100-200 km)
Boe oceaniche (~3500)
Navi (~4000)
Lo stato iniziale dell’atmosfera
Palloni sonda (~2000, ogni 6 o12 ore)
Aerei (~9000)
Satelliti meteorologici polari e geostazionari (decin e)
Radar m eteorologici (centinaia)
Il numero attuale di osservazioni non copre
il fabbisogno minimo di dati
Stato iniziale dell’atmosfera
Le cause
Il 70% del globo è ricoperto da mari, oceanie deserti
Stato iniziale dell’atmosfera
I dati satellitari sono spesso imprecisi equindi non utilizzabili
Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell’atmosfera
Fonti di errore di una previsione
Lo stato iniziale dell’atmosfera (“il tempo che c’è”) viene fatto evolvere utilizzando
I modelli fisico-matematici
I modelli fisico-matematici sono lo strumento più potente e affidabile
che esiste oggi per elaborare una previsione meteorologica
Le previsioni del tempo
che esiste oggi per elaborare una previsione meteorologica
Modello fisico-matematico
È un insieme di istruzioni che, agendo sulla condizione
iniziale dell’atmosfera, permettono di simulare il suo
comportamento utilizzando le opportune leggi fisiche che
Modello fisico-matematico
comportamento utilizzando le opportune leggi fisiche che
descrivono il sistema atmosfera e la sua interazione con
l’oceano, con la superficie terrestre e con la radiazione solare
È l’evoluzione futura delle principali grandezze meteorologicheosservate (pressione, vento, temperatura, umidità) ottenutatramite l’impiego di un modello fisico-matematico
Cos’è una previsione del tempo?
I processi fisici
effetto Stau
effetto Foehn
La complessità e il numero enorme di leggi fisiche necessarie a
descrivere il sistema atmosfera e la sua interazione con la
superficie terrestre impone una approssimazione di tali leggi e
una schematizzazione dell’orografia e della copertura del suolo
Approssimazione
di un modello fisico-matematico
una schematizzazione dell’orografia e della copertura del suolo
La complessità e il numero enorme di leggi fisiche necessarie a
descrivere il sistema atmosfera e la sua interazione con la
superficie terrestre impone una approssimazione di tali leggi e
una schematizzazione dell’orografia e della copertura del suolo
Approssimazione
di un modello fisico-matematico
La natura stessa di un modello è fonte
di errore nell’elaborazione di una previsione!
una schematizzazione dell’orografia e della copertura del suolo
Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell’atmosfera
Approssimazioni delle leggi fisiche
Approssimazioni degli algoritmi matematici
Fonti di errore di una previsione
Imperfetta schematizzazione dell’orografia
Imperfetta schematizzazione della copertura del suolo
Flavio Galbiati in visita al National Center for Atmospheric Research (NCAR)
Perché la previsione sia fruibile in tempo utile, la risoluzionedelle complesse e numerose equazioni fisiche contenute in unmodello necessita l’utilizzo di potenti calcolatori
Per una previsione di 3 giorni sull’Italia con un dettagliodi 8 km occorre risolvere:
300.000 miliardi di operazioni
1 milione di persone impiegate 24 ore su 24 e che svolgano a mano tale mole di
operazioni (5 sec per ogni operazione)
impiegherebbero 50 anni !
Il miglioramento delle previsioni meteorologiche va di paripasso con l’aumento delle performance dei computer
Computer e previsioni meteo
Aumentare la potenza di calcolo significapoter impiegare leggi fisiche dell’atmosferapiù precise e utilizzare una migliorerisoluzione dell’orografia e schematizzazionedel suolo
La superficie terrestre e l’atmosfera vengono suddivisi in box
tramite l’utilizzo di griglie orizzontali
Risoluzione dei modelli
In ciascun nodo del grigliato l’osservazione del tempo (pressione,
temperatura, vento, umidità) viene fatta evolvere risolvendo il
complesso sistema di equazioni del modello fisico-matematico
Risoluzione dei modelli
Risoluzione dei modelli e orografia
Risoluzione dei modelli e orografia
In giallo i punti ove sono state effettuate le osservazioni
In blu i nodi di griglia ove sono riportati i valori interpolati
Risoluzione dei modelli
L’interpolazione delle osservazioni nei nodi di griglia
è una ulteriore fonte di errore
nell’elaborazione di una previsione meteorologica!
Risoluzione dei modelli
nell’elaborazione di una previsione meteorologica!
Diminuire la risoluzione dei modelli vuol dire prevedere conmaggior dettaglio e precisione fenomeni a piccola scala qualitemporali, piogge convettive, venti locali (ad esempio lebrezze), la nebbia, la formazione di isole di calore
Risoluzione di un modello e previsioni
Diminuire la risoluzione dei modelli vuole però anche diremoltiplicare i nodi di griglia e quindi le operazioni di calcolo e iltempo di elaborazione di una previsione
Per poter abbassare la risoluzione dei modellie così prevedere con maggior dettaglio eprecisione fenomeni locali è innanzitutto
Risoluzione di un modello e previsioni
precisione fenomeni locali è innanzituttonecessario aumentare la potenza di calcolo ein secondo luogo possedere una più fitta retedi osservazioni
Imperfetta conoscenza dello stato iniziale dell’atmosfera
Approssimazioni delle leggi fisiche
Approssimazioni degli algoritmi matematici
Fonti di errore di una previsione
Imperfetta schematizzazione dell’orografia
Imperfetta schematizzazione della copertura del suolo
Interpolazione delle osservazioni nei nodi di griglia
Le previsioni del tempo: un mixing tra…
Osservazioni
Modelli fisico-matematici
Computer
Per tutti questi motivi le previsioni del tempo elaborate coni modelli, seppure basati su metodi rigorosamentescientifici, esprimono soltanto la probabilità del verificarsidei fenomeni meteorologici e non già, come la pubblica
Le previsioni del tempo come probabilità…
dei fenomeni meteorologici e non già, come la pubblicaopinione crede, la certezza che essi si manifestano
Se anche i fenomeni fisici fossero perfettamente conosciuti, se
le osservazioni iniziali fossero complete e, ancora, se si avessero
a disposizione una potenza di calcolo illimitata non sarebbe
comunque possibile fornire previsioni perfette
I modelli fanno acqua…
…anche per colpa delle farfalle
Motivo
l’atmosfera è un sistema caotico
Tutti i sistemi caotici, come appunto l’atmosfera, hanno il difetto di
essere molto sensibili alle condizioni iniziali, caratteristica nota come
effetto farfalla
È sufficiente una piccolissima perturbazione
nello stato iniziale dell’atmosfera, come il
Effetto farfalla
nello stato iniziale dell’atmosfera, come il
battito di una farfalla, per determinare
situazioni finali molto diverse
I modelli impiegano le medie d’ensemble
La statistica per superare i limiti spaziali e temporali di una
previsione del tempo
Il modello viene fatto “girare” decine edecine di volte a partire da condizioni inizialiappena diverse e da queste numerose corsedel modello si calcola la media
Medie d’ensemble del modello WRF del CEM
(Temperatura a 850 hPa per il Nord Italia)
Medie d’ensemble del modello GFS della NOAA
(Temperatura a 850 hPa per la città di Verona)
Le previsioni del tempo esprimono lo scenario futuro dell’atmosfera piùprobabile. Per essere completa una previsione dovrebbe essere sempreaffiancata da un numero che ne esprime la probabilità (Indice di affidabilità)
�� Le mappe al suoloLe mappe al suolo
�� Le mappe a 850 hPaLe mappe a 850 hPa
�� Le mappe a 700 hPaLe mappe a 700 hPa
Gli output dei modelli:
la carte o mappe di previsione
�� Le mappe a 700 hPaLe mappe a 700 hPa
�� Le mappe a 500 hPaLe mappe a 500 hPa
�� Le mappe degli spessoriLe mappe degli spessori
�� Le velocità verticaliLe velocità verticali
�� Le mappe di nuvolosità e precipitazioneLe mappe di nuvolosità e precipitazione
Le mappe al suolo
Le mappe al suolo
Utili per individuare i fronti e lo spostamento delle masse d’aria
Le mappe a 850 hPa
Utili per individuare lo zero termico e l’eventuale quota
delle nevicate
Le mappe a 850 hPa
Utili per inquadrare la circolazione generale dell’atmosfera e lo spostamento dei sistemi nuvolosi (perturbazioni)
Le mappe a 500 hPa
Le mappe dell’umidità relativa
Utili per individuare e valutare la copertura nuvolosa
Grazie per l’attenzione!Grazie per l’attenzione!
Daniele Izzo – Centro Epson Meteo
daniele.izzo@meteo.expert