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Effettuazione e valutazione di simulazioni mediante modelli finalizzati allo studiodei cambiamenti climatici ed alla realizzazione di previsioni a scala stagionale ed annuale

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Effettuazione e valutazione di simulazioni mediante modelli finalizzati allo studiodei cambiamenti climatici ed alla realizzazione di previsioni a scala stagionale ed annuale

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:14 pm

I modelli di circolazione oceanica ed atmosferica costituiscono oggi lo strumento più avanzato per la realizzazione di previsioni future del clima. Essi sono in grado di produrre simulazioni su scale di tempo relativamente lunghe (dell’ordine di 100-200 anni), tipicamente basate sulle possibili variazioni della risposta radiativa ad input antropogenici (come ad esempio l’aumento della CO 2 ), ) e vengono a questo scopo utilizzati per produrre scenari futuri di cambiamento climatico (Tinarelli, 1999). Recentemente, l’interesse verso questi modelli si è spostato verso simulazioni climatiche su scale temporali più brevi, dalla stagione fino ad un anno circa ed in questo campo esistono già alcuni prodotti operativi, resi disponibili da alcuni servizi meteorologici di grandi dimensioni, in grado di fornire scenari globali di previsione per l’anno successivo. Da un punto di vista generale, i modelli di circolazione utilizzati a scopi climatici sono molto simili, e in molte parti identici, a quelli utilizzati per produrre previsioni meteorologiche a breve e medio termine (da 1 a 15 giorni circa). L’instabilità indotta dalla non linearità delle equazioni di moto e dalle parametrizzazioni fisiche presenti in questi modelli, limita le possibilità di un loro utilizzo per previsioni di tipo deterministico oltre queste scale di tempo. Piccole perturbazioni nelle condizioni iniziali, infatti, determinano dopo breve tempo lo sviluppo di soluzioni divergenti e quindi l’impossibilità di realizzare previsioni utilizzabili. Le simulazioni su scale di tempo superiori ritornano ad essere utili quando assumono carattere climatologico, ovvero quando si è interessati agli andamenti di dati statistici, quali i valori medi (mensili, stagionali od annuali) ed eventualmente le varianze. In questo caso rivestono una particolare importanza le variazioni temporali di flusso indotte dalla circolazione oceanica, che nelle simulazioni meteorologiche vengono in genere introdotte mediante valori medi rappresentativi del periodo, ma che su tempi più lunghi hanno un effetto visibile di trascinamento anche sulla componente atmosferica. In un certo senso, si può dire che mentre quello delle previsioni meteorologiche rimane un problema alle condizioni iniziali di un modello atmosferico, quello delle previsioni climatiche è invece un problema al contorno (rappresentato dall’interfaccia aria-oceano) e diventa quindi cruciale la simulazione accoppiata della parte atmosferica e della parte oceanica. L’accoppiamento viene realizzato mediante la grandezza che sintetizza meglio gli scambi di energia all’interfaccia, ovvero la temperatura marina superficiale (Sea Surface Temperature, o SST). Teoria ed esperimenti numerici indicano che le SST possono influenzare l’atmosfera principalmente attraverso il suo impatto con l’attività convettiva: le SST modulano le zone convettive, e la convezione, a sua volta, controlla le regioni di rilascio di calore latente. Questo è particolarmente evidente nei tropici, dove le SST sono il fattore dominante e la variabilità delle SST domina la variabilità totale su scale di tempo mensili e stagionali. A differenti regimi di SST corrispondono in maniera evidente differenti regimi climatici, come appare evidente in presenza di fasi opposte dei grandi sistemi oscillatori come ad esempio El-Nino/Southern Oscillation. Alle medie latitudini il rumore indotto dalla variabilità sinottica dovuta ad instabilità baroclina, su scale di tempo maggiori di una settimana domina l’effetto delle SST. Pur essendo possibile che le SST influenzino anche l’attività sinottica, l’estrazione di questa informazione risulta più difficoltosa. Essendo principalmente interessati alle previsioni climatiche alle medie latitudini, la migliore possibilità che è attualmente a disposizione per affrontare il problema di studiare e comprendere l’effetto delle SST sull’atmosfera è quella di realizzare un insieme di run numerici con un modello (ensemble) tutti con le stesse condizioni al contorno, ma condizioni iniziali leggermente diverse. Questo approccio

diventa uno strumento potente nello studio della riproducibilità delle variazioni climatiche: un piccolo cambiamento nello stato iniziale è sufficiente per lanciare l’evoluzione dell’atmosfera su una traccia diversa. Ci si aspetta quindi che in ogni membro dell’ensemble le instabilità si sviluppino in modo diverso, ma che la parte di variabilità determinata dalle SST venga simulata in modo simile dai diversi membri. La disponibilità di un elevato numero di simulazioni permette inoltre analisi statistiche più precise. Per quanto è stato detto finora, realizzare previsioni climatiche su scale temporali dalla stagione all’anno necessita sia dell’uso di modelli accoppiati Oceano-Atmosfera, che del ricorso ad ensemble di simulazioni. L’estrema complessità di questi sistemi, limita i prodotti operativi oggi ottenibili nei principali centri di previsione del clima a scale spaziali poco definite, difficilmente utilizzabili su scala nazionale o addirittura regionale, a scopi, per esempio, di programmazione per il Sistema Elettrico. Scopo del presente lavoro è quello di valutare un sistema modellistico di previsione a scala di tempo stagionale od annuale, che sia in grado di catturare dettagli regionali sull’area Europea, riproducendo le principali caratteristiche di variabilità osservate. Per fare questo, occorre preventivamente costruire il sistema modellistico, costituito principalmente da un modello accoppiato Oceano-Atmosfera a bassa risoluzione in grado di fornire previsione in regime operativo, e da modelli di circolazione atmosferica a scala più risoluta. Il presente rapporto descrive quindi il lavoro che è stato necessario per la messa in opera del sistema modellistico e le prove preliminari di funzionalità. Ove possibile, per facilitare il reperimento di informazioni sui modelli verranno affiancati ai tradizionali riferimenti di letteratura anche i link a siti internet, che contengono direttamente o indirettamente informazioni aggiuntive.

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