La previsione del vento nei modelli meteorologici

T.Col. Lucio Torrisi

CNMCA – Pratica di Mare

Sommario

• Il processo di previsione e il modello numerico• Il sistema operativo di previsione numerica del CNMCA• L'accuratezza delle previsioni di vento• L'approccio probabilistico.

Il processo di previsione Dati (raccogliere tutte le osservazioni disponibili)

Analisi (che cosa sta accadendo)

Modelli di previsione: numerici o soggettivi(come i fenomeni atmosferici evolveranno)

Verifica (previsione corretta?, come migliorare?)

Il processo di previsione numerica

Modello numerico

L'atmosfera è un sistema dinamico con molti gradi di libertà. Lo stato dell'atmosfera è definito dalla distribuzione spaziale di vento (u,v,w), temperatura T, pressione p e altre variabili. La loro evoluzione temporale è descritta da un insieme di relazioni matematiche (equazioni) che rappresentano i processi fisico/dinamici agenti nell'atmosfera. Esse sono derivate applicando le leggi di conservazione della quantità di moto, del calore, della massa e dell’acqua (e di altri gas e aerosol).Le equazioni non possono essere risolte analiticamente; si fa uso di metodi numerici.

Modello numerico: rappresentazione matematica dei processi dinamici, fisici e chimici agenti nell’atmosfera.

V e l o c i t à o r i z z o n t a l e d e l v e n t o

uah M

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V e l o c i t à v e r t i c a l e

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P e r t u r b a z i o n e d e l l a p r e s s i o n e

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D e n s i t à t o t a l e d e l l ’ a r i a

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1.

Equazioni di un modello

Equazioni di un modelloTendenza di u = Avvezione di u + Coriolis +Gradiente di pressione+ FxTendenza di v = Avvezione di v + Coriolis +Gradiente di pressione+ Fy Tendenza di w = Avvezione di w +Coriolis+Gradiente di pressione+Gravità+Fz Tendenza di T = Avvezione di T + Moti adiabatici + QTendenza di ρ = Avvezione di ρ + Convergenza / DivergenzaTendenza di qv = Avvezione di qv + Sv Tendenza di qw = Avvezione di qw + Sw Tendenza di qi = Avvezione di qi + Si

Dove:Fx, Fy, Fz sono termini di attrito nelle direzioni x, y, e z, rispettivamente, rappresentanti il contributo superficiale and e quello turbolento dovuto al trasporto orizzontale e verticale di quantità di moto tramite vortici di varie dimensioni.Q è la somma dei contributi diabatici dovuti al rilascio di calore latente causato dai moti risolti (nubi e precipitazione a grande scala – grid scale) e dai moti non risolti (nubi e precipitazione “convettive” – sub-grid scale) dal modello, effetti radiativi e flusso di calore sensibile dalla superficie.Sv, Sw, Si sono le sorgenti o i pozzi delle varie fasi dell’acqua dovuti ai processi microfisici (grid scale e sub-grid scale), flussi dalla superficie, ecc.

Assimilazione datiTipicamente l’atmosfera è rappresentata tramite un grigliato tridimensionale, dove vengono integrate le equazioni.

La soluzione del sistema di equazioni richiede la conoscenza delle condizioni iniziali.

I valori iniziali delle variabili atmosferiche da specificare su ogni punto del grigliato sono ottenute tramite complesse procedure che fanno uso delle osservazioni.

Rappresentazione superficie

Es. orografia

E’ appiattita rispettoa quella reale. Impatto sulla previsione di vento, nubi e precipitazione.

Si utilizzano le parametrizzazioni fisiche per tener conto degli effetti dei fenomeni non risolti

14 km40 v.l.

7 km40 v.l.

2.8 km50 v.l.

- hydrostatic equations- parameterized convection

- compressible equations- parameterized convection

- compressible equations- explicit convection

Sistema di previsione numerica Sistema di previsione numerica CNMCACNMCA3DVAR PSAS FGAT (T,u,v,qv,ps) every 3h using TEMP, PILOT, SYNOP, SHIP, BUOY, Wind Profiler,AMSUA rad., AMDAR-ACAR-AIREP, MSG/MODIS AMV, METOP/QUIKSCAT/ERS2 scatt. winds + Land SAF snow mask, IFS SST analysis once a day

Modelli ad alta risoluzione: COSMO

Assimilazione Dati:

Post-Processing

LM- -

DMOCOSMO-MECOSMO-ME

MFS (Oceanic Model)

Field dissemination (rotation / interp.)

Grid point correction (det./statis.)

• FFAA / NATO/ NURC• Civilian Protection Department• RAI3 Regional Forecast (TV)• EUMETSAT-HSAF • SRNWP-PEPS• COSMO verification WG• RAI Teletext• Intranet - prometeo.meteoam.it• Internet - www.meteoam.it• Other users

AWIAWI ww

cloud type

temperature, humidity, cloudiness,

wind, pressure, precipitation, etc

Text / Graphics

DMOCOSMO-ITCOSMO-IT

NETTUNONETTUNO3'3'

NETTUNONETTUNO1'1'

Field disseminationGraphics

wind

wind

BC fields

sign.heightmean dir, etc

sign.heightmean dir, etc

prec., etc

Uso del vento previsto

Modelli oceanici

Modelli stato del mare

Es. vento previsto COSMO-ME

Es. vento previsto COSMO-IT

Verifica del vento previsto

Modelli oceanici

Modelli stato del mare

Quota

COSMO-MEGiugno,Luglio,Agosto 2009

Verifica del vento previsto

Modelli oceanici

Modelli stato del mare

Superficie (terra)

Confronto con osservazione in superficie SYNOP in Giugno, Luglio, Agosto 2009

.

Confronto con osservazione da satellite QSCAT.

COSMO-ME sottostima debolmente l’intensità del vento sul mare (come gran parte dei modelli atmosferici operativi!)

Verifica del vento previsto Superficie (mare)

Previsione di ensemble

Modelli oceanici

Modelli stato del mare

L'atmosfera è un sistema caotico. Piccoli errori nelle condizioni iniziali (dovuti al limitatonumero e alla non omogenea distribuzione delleosservazioni) possono crescere rapidamente durante la previsione. La predicibilità è limitata anche dagli errori dei modellinumerici (processi fisici descritti con un certo grado di accuratezza e rappresentati con una certa risoluzione spaziale e temporale, anche per limiti nelle risorse di calcolo). Queste due sorgenti di incertezza limitanola qualità di una singola previsione deterministica.

Previsione di ensemble Evoluzione della funzione densità di probabilità (pdf)

Forecast timeInitial condition Forecast

Le condizioni iniziali non saranno mai conosciute esattamente.Anche se il modello fosse perfetto, due stati iniziali, che differiscono leggermente, possono determinare due previsioni che divergono rapidamente col tempo. Con l’approccio ensemble si cerca di stimare la pdf degli stati previsti usando un numero finito di prev. determ.

Previsione probabilistica

Grazie per l'attenzione!

Circolazione a scala globaleCircolazione a scala globale

Circolazione a scala sinotticaCircolazione a scala sinottica

Ciclone extra-tropicale

Uragano

Circolazione localeCircolazione locale

Temporale

Circolazione localeCircolazione locale

Tornado

Downburst