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CFS - Info sul modello

MODELLO CLIMATOLOGICO SPERIMENTALE V2.0

La seconda versione del modello climatologico del Consorzio LaMMA, ancora in fase sperimentale, è una catena previsionale operativa presso il centro di elaborazione dati (CED) da giugno 2017 e costituisce uno degli elementi che sono alla base delle previsioni stagionali rilasciate dal Consorzio LaMMA mensilmente (per dettagli consultare la metodologia). La risoluzione del modello è rimasta inalterata a 25 chilometri.

Gli output del modello, oltre ad un restyling grafico, sono stati notevolmente ampliati, introducendo, oltre alle mappe di anomalia media realizzate in modo analogo alla versione precedente del modello, anche mappe probabilistiche basate sui 40 membri del modello globale americano CFSv2 della NOAA / NCEP, che costituisce ancora il modello di riferimento per la nostra catena previsionale. In merito alla precipitazione sono state introdotte le mappe di anomalie di giorni piovosi, ovvero la previsione dell'anomalia del numero di giorni con precipitazioni superiori ad 1 millimetro. Per le temperature, sono state aggiunte anche le mappe di temperatura massima e minima. Le mappe probabilistiche principali sono la probabilità di avere temperature (massime, medie e minime) o precipitazioni superiori al 66° quantile della distribuzione climatologica, inferiori al 33° quantile e comprese tra il 33° e 66° quantile. Il 33° e 66° quantile (denominati anche terzile inferiore e superiore) di una distribuzione identificano rispettivamente i valori oltre i quali si hanno due terzi e un terzo della totalità dei valori. Queste mappe, unitamente a quelle di anomalia media, forniscono il livello di incertezza derivante dalla discordanza tra i 40 membri della previsione "ensemble" fornita dal modello globale di partenza. Quando la discordanza tra i 40 membri è elevata, la previsione restituisce pixel di colore bianco che corrisponde al valore "no signal" (livello di confidenza inferiore al 90%, calcolato attraverso il test statistico di Wilcoxon per ogni punto griglia), ovvero risulta più affidabile attenersi alla climatologia che non alla previsione elaborata dal modello stesso.    

Le procedure di test e validazione del modello sono in atto e verranno pubblicate non appena saranno terminate.


Il modello CFS

Il modello numerico climatologico del Consorzio LaMMA ha come modello globale di partenza il modello climatico americano CFS (CFSv2), che è sviluppato dal centro di modellistica ambientale (NCEP-NOAA), e costituisce uno dei principali modelli climatici a livello internazionale assieme a quello sviluppato dal Centro Europeo ECMWF- European Centre for Medium-Range Weather Forecasts.

Il CFSv2 è un modello globale di tipo “ensemble” (vedi http://www.lamma.rete.toscana.it/meteo/le-previsioni-probabilistiche) a fisica consistente che simula le principali variabili meteorologiche con orizzonte temporale di 6 mesi, tenendo in considerazione tutti i meccanismi di accoppiamento tra atmosfera, superficie terrestre, oceani ed estensione dei ghiacci (output del modello CFSv2).
Le mappe di anomalia fornite da questo modello numerico sono un importante fattore che sta alla base delle previsioni stagionali ufficiali che la NOAA-NCEP rilascia per gli Stati Uniti d’America, ma che di per sè non costituiscono gli outlook previsionali ufficiali.    

 

La catena operativa LaMMA

La principale novità tecnica della versione 2.0 del modello climatologico sta proprio nel cuore del sistema, ovvero nella metodologia di classificazione in tipi di circolazione. Nella precedente versione le 40 possibili evoluzioni della 500 hPa derivanti dal modello globale CFSv2 venivano classificate in 8 classi attraverso il metodo PCT (Principal Component Transversal sviluppato in ambito del progetto europeo COST Action 733). La nuova versione del modello sfrutta, invece, i risultati di un'analisi di sensibilità condotta dal Consorzio LaMMA e volta a valutare le migliori classificazioni per il territorio italiano tra tutte quelle sviluppate in ambito COST733, al fine di poter descrivere al meglio la precipitazione e la temperatura superficiale (tale studio è intitilato "Circulation Type Classifications for temperature and precipitation stratification in Italy" ed è stato pubblicato sulla rivista intarnazionale "International Journal of Climatology", DOI:10.1002/joc.5219). In pratica, per la temperatura viene usato il metodo di classificazione SAN (Simulated Annealing) su 9 tipi di circolazione ed applicato al geopotenziale a 500 hPa, mentre per la precipitazione il metodo è il PCT (Principal Component Transversa), sempre su 9 tipi di circolazione, ma applicato alla pressione al livello del mare. 

Schema della catena operativa
 
 

La catena previsionale operativa presso il Consorzio LaMMA estrae quotidianamente le 40 evoluzioni del geopotenziale a 500 hPa e della pressione al livello del mare (denominati “membri” della previsione “ensemble”) con orizzonte temporale di 3 mesi e classifica, mediante le due metodologie sopra descritte, ogni membro in una delle 9 tipologie di circolazione atmosferiche ritenute rappresentative per l'Italia. La scelta del numero e della tipologia di tipi di circolazione rappresentativa per l’Italia e la Toscana è quella descritta alla sezione denominata Tipi di circolazione, che verrà a breve aggiornata e ampliata secondo i risultati dello studio sopra menzionato.
In pratica per ogni giorno e per ogni membro viene previsto il tipo di circolazione più prossima all’evoluzione fornita dal modello climatico CFSv2 e vengono calcolati,  per ogni mese di previsione, le occorrenze di ciascun tipo di circolazione. Sulla base dei parametri statistici (media, mediana, deviazione standard e anomalia climatologica) caratteristici di ognuna delle 9 tipologie di circolazione atmosferica viene calcolato, su una griglia regolare di 25 chilometri di risoluzione, l’anomalia termica e pluviometrica prevista a 3 mesi pesata sulle occorrenze previste per ogni tipo di circolazione. Inoltre, come descritto precedentemente, vengono calcolate le probabilità di avere temperature (massime, medie e minime) o precipitazioni superiori al 66° quantile della distribuzione climatologica, inferiori al 33° quantile e comprese tra il 33° e 66° quantile.

La banca dati europea che sta alla base del modello numerico del Consorzio LAMMA è costituita dal dataset di osservazioni dell’ECA&D (European Climate Assessment & Dataset project) noto come E-obs, contenente le principali variabili atmosferiche osservate in Europa a livello giornaliero e spazializzate su griglia regolare a 25 chilometri di risoluzione.

 

Link

Modello climatologico LaMMA
Previsioni stagionali LaMMA
Modello CFS - Climate Forecast System CFSv2
E-Obs -Dataset di osservazioni dell’ECA&D