Modello meteorologico

Un modello meteorologico è costituito da un insieme (set) di equazioni fisico-matematiche, anche dette equazioni primitive, che descrivono differenti proprietà e processi dei vari costituenti e aspetti dell'atmosfera:

• l'aria, è un fluido e la sua dinamica è descritta dalle equazioni differenziali alle derivate parziali, in particolare dalle equazioni di Navier-Stokes (Meteorologia dinamica);
• il vapore acqueo presente in atmosfera si condensa in nubi che possono dar luogo a precipitazioni o dissolversi senza nessun fenomeno rilevante (Microfisica delle nubi) nell'atmosfera ci sono tante particelle solide che svolgono ruoli fondamentali; si tratta di sale, granelli di polvere e inquinamento, chiamati aerosol atmosferico e che a loro volta svolgono l'azione di nuclei di condensazione;
• lo strato limite planetario (Planet Boundary Layer) è particolarmente turbolento e necessita particolari attenzioni e parametrizzazioni;
• il motore di tutto questo è il Sole che riscaldando la superficie terrestre le permette di irradiare all'aria la sua energia sotto forma di calore (trasferimento radiativo).

I modelli sono utilizzati per ottenere una previsione dell'evoluzione dello stato dell'atmosfera nel futuro a partire dallo stato presente iniziale.

Essi vengono cioè inizializzati a partire dai dati ricavati dalla strumentazione meteorologica, opportunamente filtrati (data assimilation) e, tramite risoluzione numerica (discretizzazione) su supercomputer delle equazioni che descrivono il moto dell'atmosfera (previsioni del tempo numeriche), producono una risposta, sulla base della quale è possibile formulare una previsione atmosferica.

Le previsioni sono però affette da errori, soprattutto nel lungo termine, poiché nei modelli vengono inevitabilmente operate alcune approssimazioni su alcuni processi (parametrizzazioni) e l'atmosfera stessa è propriamente un sistema caotico che amplifica esponenzialmente gli inevitabili errori di arrotondamento/troncamento sui valori delle condizioni iniziali.

La dinamica dell'atmosfera e dei suoi principali parametri (pressione, temperatura, umidità, densità, venti) è descritta da un set di 5 equazioni fondamentali (differenziali alle derivate parziali non-lineari); i molteplici e differenti modelli meteorologici in uso nascono da diversi metodi di risoluzione numerica del set di equazioni fondamentali e/o da diverse parametrizzazioni di alcuni processi fisici.

In questa sezione verranno analizzati 2 dei principali modelli meteorologici utilizzati:

• GFS (Global Forecast System) è un modello di previsione globale Statunitense curato dal NCEP (National Centers for Environmental Prediction) che a sua volta è gestito dal NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).
• ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecast) viene gestito dal più importante centro meteorologico europeo, con sede a Reading in Inghilterra (http://www.ecmwf.int/).