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I modelli previsionali sono davvero cosi attendibili?

Le previsioni meteorologiche che noi leggiamo ogni giorno non sono altro che il frutto di un'elaborazione molto complessa delle leggi della fisica, attraverso gli strumenti più sofisticati e di ultima generazione messi a disposizione dalla scienza informatica e tecnica.

Numerosissimi satelliti che in tempo reale analizzano la situazione meteorologica globale e allo stesso tempo un numero considerevole di super computer che ogni ora tentano di risolvere, con minor approssimazione possibile, le complicatissime leggi fisiche poste alla base della circolazione atmosferica. Da sottolineare, "con minor approssimazione possibile", perché nonostante questo connubio scienza-informatica, le previsioni del tempo possono risultare ancora oggi alquanto imprecise e forse in parte lo saranno sempre. 

 (satelliti)

Innanzitutto prima di lanciarci in una previsione meteorologica che si rispetti bisogna conoscere le condizioni iniziali del sistema. Queste condizioni possiamo conoscerle attraverso gli strumenti che vengono messi a disposizione principalmente dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale (e anche da altri enti come il CNR, l'ISAC, la NOAA, la NASA ..).

Questi enti rendono consultabile un sistema costituito da reti di stazioni per l'osservazione delle condizioni meteorologiche al suolo e da una rete sinottica per l'osservazione del tempo alle varie quote (costituita da satelliti, palloni sonda e cosi via).

 (pallone sonda)

L'OMM ha a propria disposizione all'incirca 15.000 stazioni meteorologiche di superficie, 3300 boe oceaniche (più i riporti delle navi in rotta, circa 4400), 2000 postazioni che ad intervalli di 6 o 12 ore lanciano palloni sonda riempiti di elio, i quali riescono a sollevarsi fino a 30 km di altitudine segnalando le condizioni che rilevano alle varie quote, e infine circa 9000 aerei in rotta e qualche centinaio di osservazione da parte di satelliti geostazionari e polari.

Questo "mare" di dati viene poi trasmesso ai centri meteorologici di elaborazione previsionale.

Le leggi che descrivono l'evoluzione o meglio il comportamento dell'atmosfera sono quelle classiche della meccanica e della termodinamica  (note ormai da più di due secoli).

Tuttavia, a causa della difficoltà di calcolo delle suddette equazioni si è dovuto comunque attendere uno sviluppo tecnico-informatico degno di nota e in grado di assicurare una potenza di calcolo notevole; dagli anni 70 in poi si è assistito a un graduale miglioramento delle previsioni meteorologiche, di pari passo con i miglioramenti tecnologici.

 (super computer)

Ma come funziona un modello fisico-matematico?

Allora partiamo dicendo che in linea teorica le condizioni dell'atmosfera a un dato istante e la sua evoluzione nei momenti successivi possono essere conosciute con esattezza qualora siano note le sei variabili che ne definiscono lo stato iniziale: il vento geostrofico (vento risultante dal perfetto equilibrio fra forza di Coriolis e la forza del gradiente barico di pressione, diretto parallelamente alle isobare; in tutto quindi 3 componenti u, v, w disposte su un asse cartesiano), la pressione, la temperatura e l'umidità.

L'insieme dei metodi e delle approssimazioni impiegate per risolvere tale sistema di 6 equazioni differenziali in 6 incognite, costituisce il modello fisico-matematico.

 

Purtroppo molti dei processi fisici che lo compongono, come gli scambi turbolenti di calore, vapore e quantità di moto tra strati atmosferici adiacenti, sono ancora poco conosciuti e di conseguenza approssimati all'interno delle equazioni attraverso operazioni semi-empiriche (parametrizzanti).

Infine, nelle equazioni deve essere espressa anche l'influenza del tipo di suolo (terra, mare, oceano, prato, bosco, montagna ecc), della topografia del suolo e sopratutto delle catene montuose (molto importanti sul territorio Italico).

L'elaboratore delle equazioni, dopo aver completato l'assimilazione dei dati necessari a definire lo stato iniziale dell'atmosfera, si avventura nella risoluzione numerica del sistema di equazioni.

Una volta che vengono calcolate le derivate spaziali, le equazioni consentono di ricavare l'evoluzione del tempo, ovvero l'incremento o decremento delle singole variabili in un dato lasso di tempo.

Il calcolo, effettuato con tutte e sei le variabili, consente di prevedere quale sarà lo stato in cui verrà a trovarsi l'atmosfera nell'arco di tempo successivo. Si ottengono quindi i valori di temperatura, pressione, umidità e vento per la validità temporale presa in esame.

 (previsione compiuta del modello)

La previsione di tali grandezze risulta comunque imprecisa, in parte a causa delle approssimazioni matematiche sopra accennate e in parte per l'incertezza delle condizioni iniziali derivate dall'osservazioni (dovute a mancanza di dati).

Proprio per questo le previsioni dei modelli matematici globali, quali ECMWF, GFS, GEM e cosi via, risultano comunque affetti da errori e in grado di esprimere soltanto una probabilità, un numero di possibilità che quel determinato scenario venga a palesarsi e non già, come credono i media e la pubblica opinione, una vera e propria certezza.

In linea di massima va considerato che una previsione a 24-48 ore ha una probabilità di verificarsi pari all'80-90%. Una previsione a 72-96 ore già scende al di sotto del 50%, per non parlare poi delle previsioni a lungo termine (oltre i 6 giorni), le quali solitamente hanno un attendibilità inferiore al 20-30%.

 (possibili scenari a lungo termine: ogni spago una possibile evoluzione)

Spero personalmente che questo articolo sia stato utile a chiarire una volta per tutte che non bisogna lasciarsi trascinare dalla corrente indotta da televisioni e media vari, ma che bisogna rimanere ancorati alla scientificità delle cose creandoci sempre una nostra opinione e rifiutando il caos semplicista indotto dalla società odierna.

 

11-01-2019

Gianni Ferri Bontempi