Carta sinottica classica con fronti caldi e freddi

Se ne sente sempre parlare citando strane sigle come ECMWF, NGP, GFS, UKMO; ma al di la di questi incomprensibili acronimi (per i più) cosa si cela dietro ad un modello per le previsioni del tempo? Sono sempre stati utilizzati oppure fanno parte della moderna meteorologia? Cerchiamo con questo approfondimento di dare qualche notizia in più a chi fosse interessato a capire da dove provengano tutte le informazioni che abitualmente trova in rete, in televisione o anche per radio. Alla base del ragionamento c'è sempre l'interpretazione personale del meteorologo ma la sua azione di sviluppo di una previsione non può mai prescindere dai suggerimenti offerti da un 'calcolo' computerizzato che si avvale di numerose elaborazioni. Numerose è forse un eufemismo, si tratta di miliardi di operazioni. Come si arrivi ad una cifra così ragguardevole è presto detto ma prima una piccola premessa. Prima dell'avvento dei grandi calcolatori, la stesura di una carta sinottica veniva effettuata a mano.

Schema di interpretazione di un modello matematico

Gli spaghetti di ENS

Tramite compassi, righelli e matite, il previsore raccoglieva le informazioni dei palloni sonda lanciati su un territorio molto vasto e le metteva insieme per ottenere un quadro globale di comportamento dell'atmosfera in quel determinato giorno. Attraverso poi la conoscenza delle variazioni di elementi come intensità del vento, pressione ecc (sempre determinati dai palloni sonda) riusciva in qualche modo a tracciare un modello di circolazione globale da cui estrapolare i contesti futuri. Un futuro molto prossimo però perché quel tipo di previsione rimasta in vigore fino agli anni ‘70 perdeva di attendibilità già entro le 48ore divenendo a prima vista simile alla normale osservazione del cielo da parte di un pescatore! Ma i vecchi saggi di mare o di montagna sarebbero ben presto stati soppiantati da un 'mostro' di tecnologia in grado di elaborare in un solo istante quello che milioni di meteorologi non avrebbero potuto fare in mesi di lavoro. Tuttavia se la costruzione del primo computer ha determinato il primo vero balzo in avanti della scienza meteo, solo di recente con l'avvento del supercomputer è stato possibile introdurre nei calcoli dei parametri che per questioni di velocità venivano trascurati o assunti come costanti. Le variabili in gioco sono sostanzialmente sei: le tre componenti del vento (x, y, z) praticamente la terna di assi che identifica nello spazio la posizione di una particella, componente verso est, componente verso nord e componente verso l'alto; la pressione p, la temperatura t e l'umidità q. Si tratta di risolvere un sistema di sei equazioni che lega assieme queste sei variabili. Ma quali sono queste equazioni? Innanzitutto ci sono le leggi del moto lungo le tre componenti del vento (x,y,z), la legge di stato dei gas per la pressione, quella che esprime la variazione della temperatura nel tempo, quella che esprime la variazione del contenuto di vapor d'acqua a livello locale sempre nel tempo. L'insieme dei metodi fisico-matematici utilizzato per la risoluzione di questo sistema di equazioni costituisce un 'modello matematico di previsione'. Queste equazioni però proprio perché legate alla rapidità di variazione nello spazio e nel tempo non sono lineari ma differenziali e devono tener conto di tutte (o quante più possibili) le interazioni tra l'ambiente circostante e i suddetti parametri. Per la temperatura ad esempio non basterà tenere conto solo della sua variazione con l'altezza ma anche delle sue modifiche in base alla radiazione solare nei vari periodi stagionali ed alle diverse latitudini oltre alla perdita di calore per irraggiamento da parte del suolo nelle ore di oscurità. In aggiunta tali variazioni si riflettono inevitabilmente sugli altri parametri. Se ad esempio supponiamo vi sia una forte radiazione solare tale da creare un sollevamento verticale dell'aria ed una sua condensazione in nube, si dovrà anche tener conto del fatto che la presenza delle nubi diminuirà la radiazione solare, con effetto finale di feedback sulla causa scatenante. Si dovrà inoltre tener conto della superficie del terreno, dei rilievi, delle eventuali aree verdi attraversate...... Vedete che la cosa comincia già a diventare complicata. In realtà è un groviglio di interazioni tra una serie di soggetti che non trova altra risoluzione se non quella della 'parametrizzazione' ovvero una semplificazione degli stessi attraverso leggi semi empiriche. Tutti questi elementi sono capaci di agire-reagire tra loro ripercuotendosi sugli altri con effetto cascata. Con una figura possiamo aiutarci a capire come vengono interpretati questi soggetti da parte del modello. Nella matrice viene rappresentato un modello qualunque in cui vi sono dei soggetti (parametri) che agiscono tra di loro, supponiamo che occupino la diagonale principale della nostra matrice. Il modello comincia dal primo elemento e va a calcolare tutte le interazioni che questo elemento ha con gli altri riempiendo gradualmente anche i settori esterni alla diagonale col tipo di interazione che trova. Analizzerà anche il feedback, cioè l'effetto che una tale interazione potrà avere sul punto di partenza. Si generano cosi cause ed effetti che vanno a riempire anche tutti gli altri settori della matrice con una serie di parametri secondari da calcolare. Se si parte dai soli 4 soggetti come nell'esempio si arriva ad identificare ben 16 parametri. Purtroppo per noi in meteorologia questi soggetti sono molti di più. Ne citiamo soltanto alcuni per semplicità: I venti, la temperatura dell'aria, la copertura nuvolosa, l'umidità, la radiazione solare, la condensazione, l'evaporazione, la temperatura del terreno, la presenza di neve, i rilievi......Si arriva pertanto alla definizione di centinaia di parametri tutti da calcolare e nel minor tempo possibile......ci vuole un PC!!!! Uno di quelli capaci di eseguire miliardi di operazioni al secondo poiché la storia non finisce così semplicemente. Non pensate che una volta definiti i parametri iniziali il calcolo sia terminato perché si dovranno ammettere anche piccoli scostamenti, naturali in un ordine di cose in cui regna uno pseudo caos. Motivo per il quale i calcoli devono essere eseguiti più volte variando qualche elemento anche se di poco (i famosi RUNS). I risultati possono essere estremamente diversi tra loro portando sensibili cambiamenti nello scenario finale. Un primo run restituirà una depressione gelida sull'Italia, un altro una saccatura sulla Spagna con scirocco sull'Italia, un altro ancora vedrà un alta pressione con valori barici elevatissimi su tutta l'Europa. Come si conciliano tali risultati tra loro? Si accorpano secondo similitudini per cui tutti quelli che vedranno un alta pressione nello stesso punto saranno riuniti insieme, stessa cosa per gli altri. Otterremo cosi una serie di 'visioni' possibili che saranno presentate all'esterno attraverso un interfaccia grafica che ci visualizzerà il tipo di dato richiesto (gli spaghetti di Ensable ad esempio). Temperatura, pressione, precipitazioni...Ogni modello utilizza una parametrizzazione diversa per cui ogni modello sul lungo periodo darà risultati diversi. Sarà poi compito del previsore attraverso una buona conoscenza del territorio e della storia pregressa, stabilire quale scenario sarà il più accettabile. Infine c'è la presentazione all'utente della grafica con le nuvolette e le piogge. Un lavoro immenso che parte da semplici assunti iniziali che come ben si sa, possono essere messi in forse persino dal battito d'ali di una farfalla. Può sembrare assurdo ma è così. Quando abbiamo detto che i runs diversi vengono effettuati su piccoli scostamenti dei parametri, non abbiamo detto che queste variazioni sono pressoché infinitesimali, approssimabili in taluni casi all'effetto che il battito d'ali di una farfalla può avere sull'aria che la circonda. Questo per rimarcare l'estrema labilità dei modelli che come ben si sa col decorrere dei giorni perdono attendibilità, ed è anche il motivo per cui anche in un prossimo futuro, ci saranno sempre degli errori. Non ci stancheremo mai di ricordarlo, anche se le previsioni elaborate con i modelli si basano su metodi rigorosamente scientifici, esse esprimono soltanto la probabilità di verificarsi di un fenomeno, non la certezza che esso si verifichi.