Caricamento

CFS - Info sul modello

MODELLO CLIMATOLOGICO SPERIMENTALE V2.0

La seconda versione del modello climatologico del Consorzio LaMMA è una versione modificata e ampliata della prima versione, in cui si mantiene di fatto la natura probabilistica del modello climatico di partenza, ovvero il CFSv2 sviluppato dal centro internazionale NOAA / NCEP. Il modello, se pur ancora in fase sperimentale, è una catena previsionale operativa presso il centro di elaborazione dati del Consorzio LaMMA a partire da giugno 2017 e costituisce uno degli elementi che sono alla base delle previsioni stagionali rilasciate dal Consorzio LaMMA mensilmente (per dettagli sulle previsioni stagionali consultare il link sulla metodologia). Il modello gira tutti i giorni per i 3 mesi successivi e la risoluzione spaziale è rimasta inalterata a 25 chilometri. Il dominio di calcolo si estende all'intero continente europeo, anche se la catena previsionale è stata ottimizzata per la penisola Italiana.

Il modello è stato presentato alla European Conference for Applied Meteorology and Climatology tenutasi a Dublino dal 4 al 8 settembre scorso (http://meetingorganizer.copernicus.org/EMS2017/EMS2017-443-2.pdf) in cui è stato esposto il poster che potete trovare a questo link.

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. In merito alla precipitazione sono state introdotte le mappe di anomalia 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 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. Maggiore risulta la percentuale, maggiore sarà la probabilià che si verifichino anomalie negative, neutre o positive. Può succedere, come ad esempio nel caso della previsione della temperatura media per novembre 2017 (Fig.1, Fig.2, Fig.3 e Fig.4), che l'anomalia termica media sia leggermente negativa (temperature inferiori alla media di un valore compreso tra -0,5 e -1,0°C), mentre la probabilità che le temperature previste risultino inferiori al terzile inferiore climatologico sia inferiore in una determinata zona rispetto alla probabilità di rimanere all'interno del terzile mediano climatologico. Ciò significa che tra le 40 possibili evoluzioni previste (dette anche "membri") risultano più numerose quelle che ricadono nel terzile mediano, malgrado l'anomalia media risulti leggermente negativa. Queste mappe, unitamente a quelle di anomalia media, forniscono, oltre allo scenario più probabile, 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". Questo corrisponde ad un livello di confidenza inferiore al 90%, calcolato attraverso il test statistico di Wilcoxon-Mann-Whitney per ogni punto griglia, in cui si va a confrontare statisticamente la distribuzione dei 40 membri con la distribuzione climatologica per ognuna delle 5 variabili (precipitazione, giorni di pioggia, temperatura media, massima e minima). Ciò significa che le 40 possibili evoluzioni per il mese previsto sono talmente diverse tra loro che non è possibile determinare uno scenario sufficientemente attendibile, ovvero risulta più affidabile attenersi alla climatologia che non alla previsione elaborata dal modello stesso. A titolo di esempio si riportano in Fig.5 e Fig.6 le previsione rilasciate il 19 di ottobre rispettivamente per l'anomalia di precipitazione prevista a dicembre 2017 e l'anomalia di temperatura media prevista per novembre 2017. Nel caso di Fig.5 il valore "no signal" riguarda l'intero bacino del Mediterraneo a causa di una dispersione molto accentuata dei 40 membri di previsione; diversamente per la temperatura (Fig.6) per cui su buona parte della penisola italiana il segnale risulta statisticamente significativo.   

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

Fig.5 Fig.6


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 della variabili del modello globale 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 intitolato "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 (SAN a 9 classi per la temperatura e PCT a 9 classi per la precipitazione), 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