L'attività di ricerca del CETEMPS abbraccia diverse aree tematiche ed è finalizzata allo studio dei fenomeni atmosferici e delle loro ripercussioni sul clima e sul suolo. In generale queste attività vengono svolte attraverso l'utilizzo di modelli teorici e/o l'analisi e il confronto di dati osservati. Di seguito vengono descritte le varie attività svolte dal Centro di Eccellenza:

• Modellistica meteorologica: i modelli meteorologici sono diventati uno strumento essenziale per le previsioni del tempo. La loro attendibilità è diventata ormai cruciale, ad esempio, per Ia diramazione tempestiva delle allerte da parte della Protezione Civile in caso di rischio idrogeologico per precipitazioni abbondanti.  In questo contesto diventa importante la scelta del modello da utilizzare. Un modello che permette un'ampia scelta di parametrizzazioni come, ad esempio, per la microfisica delle nubi, per la modellizzazione del suolo o per  il modello radiativo dell'atmosfera, nonchè offra anche la possibilità di agire direttamente sul codice stesso, può rivelarsi uno strumento estremamente efficace a riprodurre le caratteristiche climatiche dell'area geografica di interesse fornendo previsioni accurate. A tal proposito il CETEMPS, attraverso l'utilizzo di un modello meteorologico  ad area limitata (MM5) sviluppato da PSU/NCAR (Penn State University/National Center for Atmospheric Research) effettua giornalmente previsioni meteorologiche sull'Italia con una risoluzione di 27 km su scala nazionale, 9 km sull'Italia centrale  e 3 km sull'Abruzzo, fornendo supporto tecnico al  Dipartimento di Protezione Civile della regione Abruzzo. Altre attività di supporto meteorologico vengono svolte per l'ASI (Agenzia Spaziale Italiana) per l'assistenza al lancio di palloni stratosferici. Dal punto di vista della ricerca e dello sviluppo il CETEMPS si sta dedicando in particolare allo studio dinamico e termodinamico ad alta risoluzione di celle convettive, all'assimilazione di dati GPS e da satellite e allo sviluppo MM5-MARS per l’atmosfera di Marte. Inoltre, in via sperimentale, produce operativamente previsioni meteorologiche con assimilazione di telemisure fino a scala urbana (0.5 km) sul Lazio, sull’Abruzzo e sulle Marche.

• Modellistica idrologica: l'accoppiamento di modelli idrologici con modelli meteorologici o climatici ha due importanti aspetti applicativi, da un lato la possibilità di prevedere i possibili pericoli di esondazione conseguenti ad eventi meteorologici severi, dall’altra la possibilità di studiare in dettaglio le modificazioni che i cambiamenti climatici inducono sul ciclo idrologico. Nell’ambito delle attività di ricerca del un’attività particolarmente rilevante è stata lo sviluppo di nuovo modello di simulazione idrologica chiamato CHYM (Cetemps HYdrological Model).

• Modellistica di qualità dell’aria: I modelli deterministici di chimica e trasporto sono tra gli strumenti più accreditati per lo studio e il monitoraggio della qualità dell’aria. Sono in grado di riprodurre in maniera soddisfacente le concentrazioni degli inquinanti osservati dalle centraline di monitoraggio e in più possono essere utilizzati per diagnosticare i livelli di inquinamento laddove le osservazioni non sono disponibili. Inoltre, i modelli sono gli unici strumenti in grado di fornire previsioni a breve termine sullo stato della qualità dell’aria utili a limitare gli effetti nocivi dell’inquinamento sulla salute umana. Tra i progetti del  CETEMPS c'è la messa in opera di un servizio operativo sperimentale di previsione di qualità dell’aria. Il sistema si baserà sul modello di chimica e trasporto Chimere, sviluppato in Francia, in cascata al modello di previsione meteorologica MM5. In Uscita fornirà mappe di particolato (PM10 e PM2.5) e gas (ozono, ossidi di azoto e di zolfo) su un’ampia regione europea.

• Studio dei cambiamenti climatici: Il comportamento medio dell’atmosfera alle alte latitudini dell’emisfero meridionale ha subito sensibili variazioni nel corso degli ultimi decenni. La diminuzione stagionale della colonna di ozono ha superato il 50% nel mese di ottobre durante tutti gli anni ’90 e il fenomeno del “buco di ozono” sull’Antartide ha raggiunto dimensioni record durante la primavera del 2000. Altri cambiamenti sono evidenti sulla superficie Antartica: la penisola Antartica si è riscaldata di vari gradi negli ultimi decenni, mentre le zone interne del continente sembrano mostrare un trend inverso, con un lieve raffreddamento. Inoltre, c’è evidenza sperimentale della diminuita estensione dei ghiacci nei mari orientali della penisola Antartica. Al CETEMPS, modelli atmosferici di circolazione generale vengono utilizzati per individuare le cause e i meccanismi all’origine dei cambiamenti in atto. In particolare ci si è concentrati sull’individuazione di possibili relazioni esistenti tra i cambiamenti climatici antartici e gli andamenti delle temperature superficiali degli oceani tropicali.

• Telerilevamento da satellite: le osservazioni satellitari stanno assumendo sempre maggiore importanza nel campo delle scienze dell’atmosfera e dell’oceano. Il CETEMPS, tramite un’antenna posizionata presso la Facoltà di Scienze a Coppito, riceve direttamente e processa in tempo reale i dati osservati dal satellite geostazionario Meteosat Second Generation (MSG). Immagini satellitari da sensori quali Special Sensor Microwave Imager (SSM/I), Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR) o altri sensori in orbita sui satelliti CloudSat, Calipso, Envisat ed altri ancora, vengono regolarmente raccolte e processate al CETEMPS per molteplici applicazioni. Inoltre, il CETEMPS partecipa ad attività di ricerca e sviluppo dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’European Space Agency (ESA), nonché si propone tra gli ideatori di nuove missioni satellitari, come la Costellazione FLOreale micro-satellitare di RADiometri in banda millimetrica per l'Osservazione della Terra e della spazio a scala regionale (FLORAD).

• Osservazioni da terra: le osservazioni effettuate con strumenti al suolo, permettono un continuo monitoraggio delle condizioni climatiche in località specifiche. Il CETEMPS gestisce un'ampia varietà di questi strumenti, in particolare: un radar meteorolgico che permette un monitoraggio continuo della precipitazione su buona parte dell'Italia centro-meridionale ed in particolare sull'Abruzzo; una stazione meteorologica a L'Aquila che misura con continuità variabili al suolo come temperatura, pressione, umidità relativa, indice UV, ecc...; una stazione di radiosondaggio e ozonosondaggio sempre nei pressi di L'Aquila per la misura di profili di temperatura, pressione, umidità relativa e concentrazione di O₃; nello stesso sito sono installati anche due Lidar che forniscono profili di: concentrazione degli aerosol, densità di ozono, contenuto di vapor d’acqua e di acqua liquida delle nuvole. Il CETEMPS ha anche sviluppato un sitema a fluorescenza indotta (LIF) per la misura del biossido di azoto, perossinitrati, alchilnitrati ed acido nitrico. Questo strumento, utilizzato nella campagna OP3 (Oxidant and Particle Photochemical Processes above a South-East Asian tropical rain forest) nella foresta del Borneo (Malesia), è stato installato sul BAe-146, aereo inglese per ricerche atmosferiche. Inoltre, il suo personale spesso collabora a campagne osservative sia nazionali che internazionali, citiamo ad esempio: Radiative Heating in Underexplored Bands Campaign (RHUBC) tenutasi sulle coste dell’oceano artico in Alaska; Program for Research on Oxidants: Photochemistry, Emissions, and Transport (PROPHET) avutasi in una foresta nella regione dei Grandi Laghi in Michigan; Airborne Platform for Earth Observation (APE) protrattasi per diversi anni a latitudini artiche, antartiche e tropicali.