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Modellistica meteorologica

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I modelli meteorologici sono uno strumento essenziale per comprendere e prevedere la dinamica atmosferica. La loro attendibilità è migliorata negli ultimi anni specialmente con l’uso dei modelli ad alta risoluzione. Una buona previsione è un supporto essenziale a livello decisionale per la diramazione tempestiva delle allerta da parte della Protezione Civile in caso di rischio idrogeologico per precipitazioni abbondanti. In questo contesto è importante la scelta del modello da utilizzare: esso deve permettere, in base alla parametrizzazione della microfisica delle nubi, della modellizzazione del suolo e dello strato limite planetario di rappresentare al meglio i processi fisici che intervengono nella formazione della precipitazione ad alta risoluzione. Un codice siffatto può rivelarsi uno strumento molto efficace a riprodurre le caratteristiche meteorologiche dell’area geografica di interesse fornendo previsioni accurate.

A tal proposito il CETEMPS ha adattato al territorio italiano il modello meteorologico ad area limitata WRF-ARW che è stato sviluppato in collaborazione tra il National Center for Atmospheric Research (NCAR), il National Oceanic and Atmospheric Administration (rappresentato dal National Centers for Environmental Prediction (NCEP) ed il Forecast Systems Laboratory (FSL)), la Air Force Weather Agency (AFWA), il Naval Research Laboratory, la University of Oklahoma, e la Federal Aviation Administration (FAA) ed è costantemente aggiornato dal NCAR e dai suoi utenti. Il CETEMPS effettua giornalmente due corse di previsioni meteorologiche sull’Italia con una risoluzione di 3 km fornendo supporto tecnico al Dipartimento di Protezione Civile della Regione Abruzzo. Una corsa viene operata assimilando i dati del Radar di Monte Midia: il CETEMPS é uno dei pochi centri in Italia ad operare l’assimilazione variazionale del dato Radar operativamente.

Le attività del gruppo di modellistica meteorologica nel corso degli anni hanno toccato varie tematiche tra cui:

  • lo studio dinamico e termodinamico ad alta risoluzione di celle convettive nell’area del Mediterraneo e  tropicali, con particolare attenzione alla calibrazione di alcuni parametri della microfisica e del boundary layer;
  • lo studio dello strato limite planetario delle aree urbane attraverso il confronto con i dati da LiDAR, RADAR e SODAR;
  • l’integrazione di dati da InSAR nel modello con particolare attenzione al vapore acqueo nello strato limite delle aree urbane;
  • l’assimilazione di dati di riflettività e velocità radiale del vento del RADAR e dati da GPS usando la tecnica variazionale 3DVAR;
  • sperimentazione dell ’assimilazione di dati di riflettività e velocità radiale del vento del RADAR attraverso l´uso della tecnica 4DVAR;
  • verifica della previsione meteorologica attraverso l´uso di indicatori statici.

La partecipazione del gruppo di Modellistica Meteorologica a vari progetti internazionali (SCOUT, Metawave, ADRIARadnet, HyMeX etc., ) e campagne di misura ha permesso di estendere e finalizzare queste attivitá. La ricerca sull’assimilazione variazionale ha visto dapprima la finalizzazione delle attività legate al progetto ADRIARadNet, ed ha dato vita ad un ulteriore studio sull’assimilazione di più radar con tecnica variazionale 3D-Var con il modello WRF per un evento di flash flood che ha interessato il Centro Italia durante la campagna HyMeX. Questo stesso evento è stato preso come campione per la conduzione di un confronto 3D-Var/4D-Var. La verifica della previsione meteorologica operativa viene effettuata utilizzando le osservazioni della piattaforma Dewetra (Protezione Civile Nazionale). I campi analizzati sono la precipitazione accumulata a 6 e 12 ore e la temperatura superficiale. La statistica viene effettuata con il MET (Model Evaluation Tools), applicazione sviluppata presso il DTC (Developmental Testbed Center). Gli  studi di ricerca  da noi  sviluppati  hanno l´intento  di  migliorare la comprensione dei processi fisici  dell´atmosfera. Recentemente sono stati dedicati alla formazione di convezione frontale in orografia complessa al fine di individuare e migliorare  i meccanismi fondamentali di mesoscala che intervengono in tale fenomenologia.
Lo studio fa parte di una collaborazione in corso da molti anni con il Dr. Richard Rotunno del NCAR.

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Sito WRF model 

Manuale di WRF

 

 

Pubblicazioni

Ducrocq V. , Davolio S., Ferretti R., C. Flamant, Homar-Santaner V., Kaltho N., Richard E. and Wernli H., : Introduction to the HyMeX Special Issue on Advances in understanding and forecasting of heavy precipitation in the Mediterranean through the HyMeX SOP1 eld campaign. Q. J. R. Meteorol. Soc., 142 (Suppl 1): 2016.

Gentile S. and R. Ferretti.: Seeking key meteorological parameters to better understand Hector, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 16, 431-447, 2016, doi:10.5194/nhess-16-431-2016.

Khodayar S., Fosser G., Berthou S., Davolio S., Drobinski P., Ducrocq V., Ferretti R.,Nuret M., Pichelli E., Richard E.: A seamless weather-climate multi-model intercomparison on the representation of high impact weather in the Western Mediterranean: HyMeX IOP12. Q. J. R. Meteorol. Soc., 2016, DOI:10.1002/qj.2700

Maiello, I., Gentile, S., Ferretti, R., Baldini, L., Roberto, N., Picciotti, E., Alberoni, P. P., and Marzano, F. S.: Effects of Multiple Doppler Radar data assimilation on the numerical simulation of a Flash Flood Event during the HyMeX campaign, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., doi:10.5194/hess-2016-320, 2016.

Davolio S., R. Ferretti, L. Baldini, M. Casaioli, D. Cimini, M. E. Ferrario, S. Gentile, N. Loglisci, Maiello I., A. Manzato, S. Mariani, C. Marsigli, F. S. Marzano, M. M. Miglietta, A. Montani, G. Panegrossi, F. Pasi, E. Pichelli, A. Pucillo, A. Zinzi: The role of the Italian scientific community in the first HyMeX SOP: an outstanding multidisciplinary experience., METEOROLOGISCHE ZEITSCHRIFT 2015, ISSN: 0941-2948, DOI: 10.1127/metz/2014/0624.

Gentile, S., R. Ferretti and F.S. Marzano: Investigating Hector Convective Development and Microphysical Structure Using High-Resolution Model Simulations, Ground-Based Radar Data, and TRMM Satellite Data; Journal of the Atmospheric Sciences, Volume 71, Issue 4 (April 2014).

Ferretti, R., Pichelli, E., Gentile, S., Maiello, I., Cimini, D., Davolio, S., Miglietta, M. M., Panegrossi, G., Baldini, L., Pasi, F., Marzano, F. S., Zinzi, A., Mariani, S., Casaioli, M., Bartolini, G., Loglisci, N., Montani, A., Marsigli, C., Manzato, A., Pucillo, A., Ferrario, M. E., Colaiuda,V., and Rotunno, R.: Overview of the first HyMeX Special Observation Period over Italy: observations and model results, Hydrol. Earth Syst. Sci., 18, 1953-1977, doi:10.5194/hess-18-1953-2014, 2014

Maiello, I., Ferretti, R., Gentile, S., Montopoli, M., Picciotti, E., Marzano, F. S., and Faccani, C.: Impact of radar data assimilation for the simulation of a heavy rainfall case in central Italy using WRF–3DVAR, Atmos. Meas. Tech., 7, 2919-2935, doi:10.5194/amt-7-2919-2014, 2014.

Pichelli, E., Ferretti, R., Cacciani, M., Siani, A. M., Ciardini, V., and Di Iorio, T.: The role of urban boundary layer investigated with high-resolution models and ground-based observations in Rome area: a step towards understanding parameterization potentialities, Atmos. Meas. Tech., 7, 315-332, doi:10.5194/amt-7-315-2014, 2014.

Pichelli, E., Ferretti, R., Cimini, D.,  Panegrossi, G., Perissin, D., Pierdicca, N., Rocca F., and Rommen, B.: InSAR water vapor data assimilation into mesoscale model MM5: technique and a pilot study, JSTARS (IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing), Volume: PP , Issue: 99, DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2357685, 2014 , Article#: 2357685.

Cimini, D., Pierdicca, N., Pichelli, E., Ferretti, R., Mattioli, V., Bonafoni, S., Montopoli, M., and Perissin, D.: On the accuracy of integrated water vapor observations and the potential for mitigating electromagnetic path delay error in InSAR, Atmos. Meas. Tech., 5, 1015-1030, doi:10.5194/amt-5-1015-2012, 2012.

Sahoo S., S. C. Reising, S. Padmanabhan, J. Vivekanandan, F. Iturbide-Sanchez, N. Pierdicca, E. Pichelli, and  D. Cimini, 3-D Humidity Retrieval using a Network of Compact Microwave Radiometers to Correct for Variations in Wet Tropospheric Path Delay in Spaceborne Interferometric SAR Imagery, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, V. 49, 9, DOI: 10.1109/TGRS.2011.2119400, Sep. 2011.

Pichelli E., R. Ferretti, D. Cimini, D. Perissin, M. Montopoli F. S. Marzano, N. Pierdicca, 2010: Water vapour distribution at urban scale using high-resolution numerical weather model and spaceborne SAR interferometric data, Natural Hazards And Earth System Sciences (NHESS), vol. 10; p. 121-132, ISSN: 1561-8633.

Ferretti R. et S. Gentile: A study of the triggering mechanisms for deep convection in the Tropics using a Mesoscale Model: Hector events during SCOUT-O3 and TWP-ICE campaigns, Atmospheric Research, DOI information: 10.1016/j.atmosres.2008.11.004, 2009.

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Progetti

SCOUT_O3: scopo di questo programma europeo è quello di fornire indicazioni sull’ evoluzione del sistema climatico/chimica globale con particolare riferimento ai cambiamenti nella quantità di ozono nella bassa stratosfera.

METAWAVE: Mitigation of Electromagnetic Transmission errors induced by Atmospheric Water Vapour Effects. Progetto finanziato dall’agenzia spaziale europea ESA (numero di contratto N. ESTEC-21207/07/NL/HE) volto a valutare le correzioni da apportare ai dati del radar interferometrico ad apertura sintetica su piattaforma satellitare (InSAR) indotti per effetto della presenza di vapor d’acqua in atmosfera.

METAWAVE-ext: estensione del progetto METAWAVE allo scopo di riprodurre i risultati simili a quelli ottenuti sul centro Italia sul territorio olandese in supporto ad un gruppo di lavoro dell’ESA.

Convenzione CFA: progetto regionale con il Centro Funzionale d’Abruzzo per la fornitura operativa degli output del modello WRF per la previsione di eventi meteorologici severi.

Convenzione RAI-CETEMPS: il gruppo di modellistica meteorologica partecipa alla redazione e alla diffusione di bollettini meteorologici sul circuito informativo della RAI.

IDRA I e II: convenzioni con il Dipartimento della Protezione Civile Nazionale quale centro di competenza nazionale: progetto IDRA. IDRA è un progetto di trasferimento tecnologico di prodotti di ricerca applicata. Il programma delle attività previste è finalizzato allo sviluppo ed alla messa a punto di procedure di previsione meteo-idrologica ad alta risoluzione su aree urbane, alla realizzazione e distribuzione di prodotti meteo-idrologici ad alto contenuto modellistico-osservativo, ed inoltre alla progettazione ed all’implementazione di algoritmi per l’uso di radar meteorologici polarimetrici in banda C ed in banda X.

HyMeX: progetto che mira ad una migliore comprensione, quantificazione e modellizzazione del ciclo idrologico nel Mediterraneo, con l’accento sulla prevedibilità e l’evoluzione degli eventi meteorologici estremi.

AdriaRadNet: progetto transfrontaliero per la previsione e la gestione delle catastrofi idro-meteorologiche in Adriatico.

CapRadNet: progetto per la gestione e mitigazione del rischio idro-meteorologico nella macroregione Adriatico-Ionica.

RAISS-M/0010/01/X23: Remote-sensing Atmo-hydrological Integrated Survelliance System – Sistema integrato per la sorveglianza atmo-idrologica e il telerilevamento a scala locale.

SINERGY: Synthetic aperture Instrument for Novel Earth Remote-sensed MetereoloGy and IdrologY – Nell’ambito di questo progetto per l’Agenzia Spaziale Italiana, Cetemps è consulente DIET in ambito NWP model.

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Contatti

Prof. Rossella Ferretti (Coordinatore)
Tel.: 0862 433081
e-mail: rossella.ferretti@aquila.infn.it

Dr.ssa Sabrina Gentile (CNR-IMAA, Ph.D.)
Tel.: 0862 433087
e-mail: sabrina.gentile@aquila.infn.it

Dr.ssa Emanuela Pichelli (Ph.D.)
Tel.: 0862 433087
e-mail: emanuela.pichelli@aquila.infn.it

Dr.ssa Ida Maiello (Ph.D.)
Tel.: 0862 433087
e-mail: ida.maiello@aquila.infn.it