Modelli meteo

I modelli numerici di previsione meteorologica sono modelli meteo matematici dell’atmosfera che utilizzano le condizioni meteorologiche attuali (stato atmosferico) come input o inizializzazione delle equazioni fondamentali del modello stesso per la previsione meteorologica in momenti o istanti successivi (prognosi). Sono detti numerici perché la loro risoluzione, non possibile per via analitica data la complessità e non linearità delle equazioni coinvolte, passa attraverso opportune tecniche di analisi numerica e all’uso congiunto di supercalcolatori, vuoi anche per l’ingente mole di dati da elaborare in tempi brevi.

Definizione di un modello di previsione

Un modello, in questo contesto, è un programma per computer che produce informazioni meteorologiche per momenti futuri a determinate posizioni e altitudini. Il dominio spaziale orizzontale di un modello è detto globale, se copre l’intera Terra, o regionale, se copre solo una parte limitata del pianeta. I modelli regionali sono conosciuti anche come modelli di area limitata (LAM).

Le previsioni sono computate usando equazioni differenziali matematiche per la fisica e la dinamica dell’atmosfera dette anche equazioni primitive dei moti atmosferici. Si tratta di equazioni non lineari, impossibili da risolvere esattamente cioè analiticamente. Perciò, i metodi utilizzati, propri dell’analisi numerica, ottengono soluzioni approssimate cioè con inevitabili errori. Modelli diversi utilizzano metodi numerici di soluzione diversi. Alcuni modelli globali usano metodi spettrali per le dimensioni orizzontali e metodi delle differenze finite per la dimensione verticale, mentre i modelli regionali e altri modelli globali usano metodi delle differenze finite in tutte e tre le dimensioni. I modelli regionali possono utilizzare anche griglie a risoluzioni spaziali più raffinate, per risolvere esplicitamente fenomeni meteorologici su scala più ridotta, in quanto non devono risolvere equazioni valide per l’intero globo potendo così sfruttare al massimo la potenza di calcolo del computer.

I modelli sono inizializzati usando dati osservati da radiosonde, satelliti meteorologici e osservazioni meteorologiche di superficie ovvero stazioni meteorologiche su terraferma e oceano (boe e navi). Le osservazioni, compiute su spaziature irregolari, sono elaborate mediante assimilazione di dati e metodi di analisi obiettivi, che effettuano il controllo di qualità e ricavano i valori presenti nelle località utilizzabili dagli algoritmi matematici del modello (di solito una griglia a spazi uniformi). I dati sono poi usati nel modello come punto di partenza per una previsione. Le equazioni primitive dei modelli sono inizializzate dall’analisi dei dati e sono determinati i tassi di variazione. Questi permettono di predire lo stato dell’atmosfera a un breve intervallo nel futuro. Questo nuovo stato atmosferico diviene il nuovo punto di partenza a cui sono applicate le equazioni per trovare nuovi tassi di variazione, che permettono a loro volta di predire lo stato atmosferico a un ulteriore intervallo nel futuro. Questa procedura per “passi temporali” è ripetuta continuamente finché la soluzione non raggiunge il momento desiderato della previsione. La lunghezza del passo temporale è collegata alla distanza tra i punti della griglia computazionale. I passi temporali per i modelli climatici globali possono essere dell’ordine di decine di minuti, mentre quelli per i modelli regionali possono oscillare da pochi secondi a pochi minuti. I risultati (output) dei modelli sono visualizzati su carte meteorologiche pronte all’uso per il meteorologo.

Esempi di Modelli numerici meteorologici

• GFS, modello americano a scala sinottica
• ECMWF, modello europeo a scala sinottica
• NOGAPS, modello della marina americana (U.S. Navy) a scala sinottica
• UKMO, modello del Regno Unito a scala sinottica
• GEM, modello canadese a scala sinottica
• WMC, modello russo a scala sinottica
• JMA, modello giapponese a scala sinottica
• BOM ACCESS, modello australiano a scala sinottica
• RAMS, modello a mesoscala
• BOLAM, modello ad area limitata (LAM)
• DALAM, modello ad area limitata (LAM)
• MM5, modello ad area limitata (LAM)
• WRF 

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