Meteo. Le previsioni del tempo ed il problema generale della predicibilità
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Uno dei maggiori problemi che si riscontra quando si tenta di risolvere le equazioni al calcolatore è rappresentato dalla loro non linearità. L'unico modo per risolverle è offerto dalle tecniche di calcolo numerico in cui le equazioni sono discretizzate e risolte su di un reticolo tridimensionale.
Nell'atmosfera esistono una infinità di moti che interessano diverse lunghezze (o scale) di moto. Ad esempio possiamo osservare movimenti su scala planetaria (pensiamo al veloce flusso in quota della corrente a getto) e movimenti che avvengono su scale più piccole (ad esempio le brezze), sino ad arrivare ai movimenti che interessano volumi infinitamente più piccoli (movimenti molecolari). Possiamo pensare ad una specie di Bambola Matrioska. Ogni bambola rappresenta un volume nel quale avviene un movimento.
Purtroppo i movimenti entro queste 'bambole' non siamo in grado osservarli e descriverli completamente tanto che la descrizione analitica dei processi che avvengono entro le bambole più grandi sono arrotondati così come il processo che avviene entro bambole più piccole.
L'energia proveniente dal sole e in parte anche dagli altri pianeti si distribuisce a tutte le scale di moto, che sono infinite. Se l'atmosfera, infatti, non comunicasse alle diverse scale di moto (cioè se non ci fosse la possibilità di comunicare tra una bambola e l'altra), le interferenze a piccola scala non si ripercuoterebbero a grande scala e viceversa. Considerato che l'atmosfera è di tipo non lineare lo scambio di energia riguarda tutte le scale di moto per cui un qualunque errore entro una delle nostre bambole andrà a contaminare le altre scale.
Dal momento che non si riesce a rappresentare attraverso le equazioni tutti i moti che avvengono, spesso per problemi di tempo e di velocità di calcolo si usano delle semplificazioni non considerando dei processi e quindi allontanandoci dal poter descrivere perfettamente la realtà dei fatti (ecco gli errori!). Inoltre, esistono dei processi fisici che il modello non è in grado di rappresentare nel dettaglio perchè si svolgono entro bambole più piccole di quelle risolubili dal modello (processi radiativi, convezione, flussi dal suolo, microfisica delle nubi) Questi processi non possono essere trascurati in quanto influenzano il flusso che si sviluppa alle scale più grandi (parametrizzazioni). Così, se tra due bambole in cui avviene il moto ci fossero dei moti entro bambole più piccole, il modello si allontanerebbe da una giusta rappresentazione del fluido atmosfera.
Poiche i modelli si basano su calcoli numerici, l'arrotondamento dei valori delle quantità meteorologiche potrebbe fare divergere i risultati a breve distanza come fece notare Lorenz nel 1984. Oggi giorno il grado di attendibilità di una previsione meteorologica è del 92% per il giorno successivo e tende a decrescere nel tempo.
L'atmosfera è un fluido caotico. Fisicamente significa che esiste un limite di predicibilità oltre il quale il sistema in esame dimentica le informazioni di partenza. Occasionalmente è possibile però indovinare paradossalmente previsioni ad una settimana e toppare quella del giorno dopo. E' un fenomeno conosciuto in tal contesto definito intermittenza e deriva dal fatto che il sistema atmosfera presenta delle instabilità. Ad esempio, stati iniziali che contengono regioni di forte instabilità (ad esempio convettiva, baroclina o barotropica) sono meno predicibili di quelle che contengono poca instabilità. Dove il sistema è più instabile è meno predicibile.
In sintesi possiamo dire:
1)Il limite massimo di predicibilità dell'atmosfera è attorno i 10 giorni.
2)La predicibilità decresce al decrescere delle scale (le nostre bambole in cui avvengono i moti) (Baumhefner, 1984)
3)La predicibilità è minore ai tropici che alle medie latitudini (Shukla, 1984).
4)La predicibilità è più alta nell'emisfero Nord durante l'inverno che in estate (Shukla, 1984).
5)La predicibilità varia al variare delle condizioni sinottiche
Le previsioni elaborate attraverso i modelli esprimono la probabilità del verificarsi degli eventi meteorologici, non la certezza e sono l'unico mezzo che abbiamo per avere una idea dell'evoluzione delle condizioni meteo.