Modelli fisico-matematici per le previsioni meteo

METEO ITALIA dispone di un modello fisico-matematico a media ed alta risoluzione di proprietà e ha accesso a diversi modelli fisico-matematici sia ad alta risoluzione e ad  limitata (LAM) che ad area globale, per fornire ai nostri clienti le migliori previsioni meteorologiche possibili.

METEO ITALIA si avvale altresì di altri strumenti all’avanguardia, come i multimodel, e di modelli stagionali per le previsioni mensili, per decadi o settimanali, utili per diverse aziende italiane ed estere per la pianificazione di pubblicità e dello stoccaggio dei prodotti.

Meteo Italia, per le proprie previsioni meteorologiche, si avvale del modello fisico-matematico ad area limitata Weather Research and Forecasting model (WRF), che viene ritenuto il migliore attualmente disponibile.
Pur essendo sviluppato alla base da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e da National Centers for Environmental Prediction (NCEP), Meteo Italia ha applicato modifiche proprietarie al codice sorgente relativo all’Italia, in modo da poter fornire un prodotto di precisione ed affidabilità ancora più elevate, grazie all’esperienza acquisita dal 1995 nel campo delle previsioni meteorologiche.

Frutto anche di una vasta collaborazione tra enti ed università statunitensi, WRF si presta per innumerevoli applicazioni su porzioni di territorio estese da pochi metri fino a migliaia di chilometri e consente alla nostra azienda di vendere diversi prodotti a molte grandi aziende italiane.
Puoi trovare una demo aggiornata del modello all’indirizzo WRF Italia 2km e WRF Italia 7km.
Il modello gira a diverse risoluzioni e con più corse giornaliere che ci permettono di produrre previsioni operative ad altissima risoluzione sino a 1km di dettaglio con step orario sino a 48 ore, per poi passare ad un dettaglio di 2 km con step triorario sino a 72 ore, 7 km sino a 180 ore. Diminuendo la risoluzione avremo le previsioni sino a 384 ore con una griglia di circa 45 Km.

Il nostro modello non idrostatico WRF è stato disegnato per risultare lo stato dell’arte nel campo della simulazione atmosferica, divenendo uno strumento flessibile, portabile ed efficiente.

Unico ad utilizzare un’approssimazione realistica dell’orografia, e dei differenti tipi di suoli, elabora i propri output in funzione del tipo di vegetazione presente, delle caratteristiche pedologiche del terreno, della copertura nevosa e di innumerevoli altri data set iniziali.
Lavorando a 0.1°C di risoluzione è capace di prevedere i fenomeni atmosferici anche su scale inferiori ai 5 km di diametro. Il nostro modello è dunque in grado di parametrizzare, con grande affidabilità, effetti micro-meteorologici locali quali isole di calore cittadine, foschie, nebbie, correnti di drenaggio, brezze marine e montane e persino di dare una sofisticata previsione della grandine, di cui al momento abbiamo l’esclusiva.
Siamo infatti in grado di prevedere con buona approssimazione persino le dimensioni dei chicchi che cadranno al suolo e di dare un indice alla probabilità dell’evento.

Il WRF ha ricevuto la più importante approvazione nel 2006 divenendo il modello di riferimento presso il National Centre for Enviromental Prediction (NCEP), la sezione del National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) incaricata di produrre output meteorologici. Il modello NMM è stato recentemente adottato anche dal National Hurricane Centre a Miami.

Il nostro sistema WRF-NMM è costituito da:

• Equazioni di Navier-Stokes non idrostatiche (con opzione per ipotesi idrostatica) per fluido compressibile
• Sistema di coordinate verticali ibrido: “terrain-following” e “sigma-pressure”.
• Griglia staggerata Arakawa E-grid.
• Stesso passo temporale per tutti i termini.
• La dinamica conserva un elevato numero di termini del primo e del secondo ordine, tra cui energia e entropia.
• Propagazione orizzontale con schema “Forward-backward”.
• Propagazione verticale delle onde sonore con “Implicit Scheme”.
• Avvezione orizzontale e verticale conservative (fino ai termini del secondo ordine). • Diffusione laterale e verticale. La diffusione verticale nel Boundary Layer e nell’atmosfera libera si esplicita attraverso la schema del terreno e lo schema “Mellor-Yamada-Janjic”. Quella laterale è formulata attraverso l’approccio non lineare di Smagorinsky (con parametro di controllo pari al quadrato della costante di Smagorinsky).
• Modelli fisici interagenti con il risolutore NMM attraverso una interfaccia standard.
• Microfisica.
• Schema radiativo a onda lunga.
• Schema radiativo a onda corta.
• Parametrizzazione fenomeni convettivi.
• Modello di interazione con la superficie.
• Inizializzazione standard delle condizioni iniziali ed al contorno da dati provenienti da modelli globali o regionali.
• Assimilazione dati con schema variazionale 3DVar, assimila cioè dati dai satelliti, dai radar e dalle stazioni meteorologiche sul mare e a terra in modo da reagire quasi in tempo reale alle variazioni atmosferiche

WRF è un modello numerico meteorologico perfettamente adatto alla simulazione degli eventi atmosferici anche ad alta risoluzione e su orografia complessa come quella del nostro paese, uno dei più difficili dal punto di vista meteorologico.
La versione operativa presso il nostro centro di calcolo è una versione modificata ed adattata all’Italia grazie a 4 anni di costante monitoraggio e tuning dei risultati da parte del nostro team di ricerca. I risultati delle simulazioni sono stati costantemente confrontati con casi di studio reali al fine di ottimizzare la resa del modello mediante opportuni correttivi sia in fase di run che di postprocessing.

Al momento il modello WRF viene utilizzato per fornire previsioni meteorologiche al 40% della popolazione mondiale. Esso è appena stato adottato dalle agenzie meteo nazionali di Cina, India, Corea del Sud e Taiwan e molte altre nazioni si stanno aggiungendo.

I test effettuati l’anno scorso hanno evidenziato che il nuovo modello offre molteplici benefici rispetto ai suoi predecessori. Ad esempio:
• Gli errori nella temperatura ed umidità notturne rilevate negli USA orientali sono ridotti del 50%
• Il modello rappresenta i venti a livello di volo delle regioni subtropicali in maniera più realistica, portando così a migliorare la sicurezza degli aeroplani
• Il nuovo modello supera il suo predecessore in più del 70% delle situazioni studiate dall’ AFWA
• WRF incorpora dati dai satelliti, radar e di una vasta gamma di altri strumenti con molta più facilità dei modelli precedenti

Una versione speciale di WRF, l’HWRF è in corso di elaborazione da parte degli scienziati del NOAA, del Naval Research Laboratory, dell’Università di Rodhe Island e dal Florida State University per dare appoggio alle previsioni fatte dal NOAA sugli uragani. L’HWRF ad alta risoluzione traccerà onde ed altri parametri dell’oceano e dell’atmosfera, inclusi il calore e l’umidità scambiati tra di essi. La sua rappresentazione dell’uragano e dell’oceano sottostante sarà ulteriormente migliorata dai dati provenienti da satelliti, aerei e altri mezzi di osservazione.

WRF è anche specializzata nella rappresentazione di intense “squall line”, supercelle ed altri tipi di tempo estremo. Sebbene nessun modello possa ancora predirre quando e dove un temporale colpirà, anche poche ore prima dell’evento, WRF supera molti modelli con la sua capacità di predirre quali tipi di tempesta si potrebbero formare e come potrebbero evolvere.

Noi forniamo anche una versione “simbolica” e numerica dei risultati del modello GFS e WRF-NMM, ovvero una sorta di “traduzione” il cui scopo è quello di rendere più comprensibile ciò che i modelli stessi prevedono. Il tutto avviene in modo automatico ma successivamente i nostri esperti modificano e aggiornano in continuazione le previsioni per renderle ancora più precise.
E’ possibile trovare il prodotto sulla nostra rubrica Meteo-città.

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