Modelli in azione | I segreti dei modelli numerici

Una raccolta di articoli dedicati agli approfondimenti sui modelli fisico-matematici di simulazione atmosferica

"Le previsioni del tempo le fanno i modelli". Chi segue con interesse o passione la Meteorologia conosce questa frase. Ed è la verità, almeno in parte. Come ogni disciplina scientifica la materia è vasta e complessa. Inoltre la ricerca e le tecniche a disposizione per descrivere il comportamento dell'atmosfera, lungi dall'aver raggiunto una comprensione esaustiva, sono allo stesso modo complessi.

Se si vuole prevedere l'evoluzione del tempo occorre tener conto di una quantità tale di variabili che non si può fare a meno dei calcolatori elettronici. E' in questo senso che le previsioni le fanno i modelli, i quali, come dice il nome, altro non sono che uno "schema" di rappresentazione dell'atmosfera, dei fenomeni al suo interno e delle sue relazioni con il resto del pianeta. Una rappresentazione che tiene conto delle leggi della fisica, in particolare quelle della meccanica dei fluidi e della termodinamica.

Importante però rimane l'esperienza del meteorologo, almeno per 2 motivi:

1) Meteorologi, fisici, informatici e matematici costruiscono i modelli impartendo ai computer leggi, regole e calcoli da fare;
2) Soprattutto a livello locale, un meteorologo può ancora tener conto di fattori acquisiti con l'esperienza e che magari il software non è ancora in grado di valutare. Basti pensare al problema della risoluzione orografica e di calcolo, dove un modello deve più o meno "smussare", "mediare", e così via. Inoltre il meteorologo deve conoscere pregi e difetti del modello che usa, tenendo conto il più possibile di eventuali "derive" o errori sistematici (i vari modelli matematici sono diversi tra loro).

Ma occorre ricordare che solo un modello può tener conto di tanti fattori contemporaneamente, cosa che nessun essere umano può fare. L'atmosfera è tridimensionale, interagisce, al suo interno avvengono scambi di energia e il tutto evolve nel tempo. Servono dunque miliardi di calcoli per elaborare una previsione in tempi utili. Nonostante ciò, non è esente da errori, talvolta anche grossolani. Per questo i risultati vanno sempre interpretati in termini probabilistici, sebbene l'atmosfera e il modello che la rappresenta, siano in sé deterministici.

Secondo le "squadre" di ricercatori che li implementano, le tecniche usate e lo scopo specifico per cui vengono implementati, esistono diversi modelli numerici, ricordando che una prima grande classificazione consiste nel dividerli in "globali" (simulazione dell'intero globo o di un suo emisfero) e "locali" (o Lam, ad alta risoluzione, per simulazioni regionali dedicate).

Di seguito alcuni approfondimenti su quelli che noi riteniamo essere i più importanti modelli fisico-matematici in circolazione, che rappresentano lo stato dell'arte nel campo della simulazione meteorologica.


Per chi si volesse cimentare su alcune verifiche delle performance dei modelli (specie GFS e ECMWF) può dare un'occhiata a questa pagina dedicata proprio alle statistiche dei modelli globali.