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Linee di ricerca

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 ed il confronto di dati osservati.

Di seguito vengono brevemente presentate le linee di ricerca:

Modellistica meteorologica

metereologia-iconaIl modello WRF-ARW, adattato al territorio italiano con risoluzione spaziale di 3km,viene utilizzato con la tecnica dell’assimilazione variazionale 3D-Var di dati radar e convenzionali in modalità operativa. E’ stata inoltre implementata una valutazione statistica periodica dei run operativi utilizzando come osservazioni i dati pluviometrici e di temperatura della piattaforma Dewetra. L’attuale attività di ricerca è incentrata su uno studio per l’identificazione di fattori chiave per la formazione di sistemi di convezione alla mesoscala tramite il confronto di modelli di diversa natura, nonché su uno studio comparativo delle tecniche di assimilazione variazionali 3D-Var e 4D-Var.

Modellistica climatica

cambiamenti-climaNell’ambito di questa linea di ricerca, il CETEMPS porta avanti un lavoro basato sull’analisi di serie storiche di dati, sperimentali e di rianalisi, e sui risultati di simulazioni modellistiche a scala globale e regionale, ottenuti con modelli climatici operativi presso il centro (CAM3/NCAR e RegCM).

Modellistica idrologica

idrologiaIn questo ambitoil CETEMPS ha sviluppato un proprio modello idrologico: CHyM (CETEMPS Hydrological Model). Questo modello è in grado di simulare il ciclo idrologico su qualsiasi dominio geografico a qualsiasi risoluzione sia spaziale che temporale. Allo stato attuale ChyM è utilizzato per fini di protezione civile e simulazioni di eventi di piena, per simulazioni climatiche e studi di impatto su altri sistemi collegati alla presenza di un fiume (ecologia fluviale, sfruttamento energetico, trasporto di inquinanti).

 

Modellistica chimica atmosferica

qualita_ariaPresso il CETEMPS vengono utilizzati e sviluppati diversi modelli per lo studio della composizione atmosferica (GEOS-Chem, CHIMERE, WRF/Chem). Tutti questi modelli sono cosiddetti “community models”, ovvero sviluppati primariamente da alcuni grandi centri americani ed europei e distribuiti gratuitamente alla comunità scientifica, che può contribuire con nuove funzionalità e correzioni in modo omogeneo e organizzato.Attualmente l’attività di modellistica si è incentrata maggiormente sull’ulteriore sviluppo e applicazione del modello WRF/Chem, che permette di simulare in modo accoppiato i processi meteorologici, chimici e radiativi.

 

Telerilevamento da terra

parabolaIl CETEMPS è coinvolto in attività di ricerca riguardanti le osservazioni dell’atmosfera tramite sensori disposti a terra, quali radar meteo e radiometri a microonde. E’ capofila di progetti europei che mirano all’organizzazione di reti di radar meteoed al loro utilizzo per fini di protezione civile. Il CETEMPS è coinvolto in azioni europee volte allo sfruttamento di osservazioni telerilevate da terra per l’assimilazione e la verifica di previsione meteo ad alta risoluzione spaziale e temporale.

 

Telerilevamento da satellite

teleril-da-satIn questo ambito, il CETEMPS ha sviluppato e testato un sistema di monitoraggio del tasso di precipitazione da osservazioni satellitari, ottenuto processando in tempo reale i dati osservati dal satellite geostazionario Meteosat Second Generation (MSG) e contemporaneamente della rete dei radar meteorologici nazionale.Il CETEMPS è inoltre coinvolto in un progetto Europeo che si pone come obiettivo la definizione delle linee di sviluppo del monitoraggio vulcanico del futuro, contribuendo con osservazioni satellitari a microonde.

 

Osservatorio atmosferico

osservatorioatmoLe osservazioni effettuate con strumenti al suolo, permettono un continuo monitoraggio delle condizioni dell’atmosfera in località specifiche. Il CETEMPS gestisce un’ampia varietà di questi strumenti. Tra questi si annoverano una stazione di radiosondaggio e ozonosondaggio situata nei pressi di L’Aquila per la misura di profili di temperatura, pressione, umidità relativa e concentrazione di ozono e dei sensori per la misura della radiazione UV-A e UV-B a terra. L’Osservatorio atmosferico di CETEMPS include anche un LIDAR (EARLINET) che fornisce profili delle proprietà ottiche degli aerosol, del contenuto di vapor d’acqua e di acqua liquida delle nuvole. Inoltre, le proprietà colonnari degli aerosol, come lo spessore ottico totale,sono misurate in maniera continua con un spettro-fotometro solare (AERONET).L’Osservatorio Atmosferico contribuisce con un sistema LIDAR automatico alla misura dei profili verticali dello spessore ottico degli aerosols nell’Osservatorio di Raggi Cosmici di alta energia AUGER a Malargue, Argentina e nel prossimo futuro all’esperimento Cherenkov Telescope Array a La Palma, Spagna.

 

Osservazione composizione atmosferica

osservazione-e-composizioneNella Stazione Climatica Portella del Gran Sasso a 2401 m.s.l.m. viene osservata l’atmosfera in condizioni di fondo, per comprendere il ruolo delle emissioni dovute alle attività umane. Vengono misurare, in maniera continuativa, i parametri meteorologici, ozono e la distribuzione dimensionale del particolato atmosferico.Per quanto riguarda la parte osservativa a bordo di aerei, vengono effettuate campagne internazionali periodiche con il sistema TD-LIF a bordo dell’aereo BAe-146 per lo studio di particolari fenomeni o situazioni atmosferiche. Ad esempio nella campagna BORTAS in Canada è stato studiato il ruolo delle emissioni dovute ad incendi boreali sulla composizione atmosferica, nella campagna RONOCO, il ruolo della chimica notturna degli ossidi di azoto nella formazione dell’ozono. Queste attività sperimentali sono integrate dall’utilizzo di modelli a box con chimica molto dettagliata, modelli regressivi e neurali.

 

Pubblicazioni

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    22. Sanderson, M.G., F.J. Dentener, A.M. Fiore, C. Cuvelier, T.J. Keating, A. Zuber, C.S. Atherton, D.J. Bergmann, T. Diehl, R.M. Doherty, B.N. Duncan, P. Hess, L.W. Horowitz, D. Jacob, J.-E. Jonson, J.W. Kaminski, A. Lupu, I.A. Mackenzie, E. Mancini, E. Marmer, R. Park, G. Pitari, M.J. Prather, K.J. Pringle, S. Schroeder, M.G. Schultz, D.T. Shindell, S. Szopa, O. Wild , P. Wind: A multimodel source-receptor study of the hemispheric transport and deposition of oxidised nitrogen, Geophys. Res. Lett., 35, L17815, doi:10.1029/2008GRL035389, 2008.
    23. Steinbrecher, R., Smiatek, G., Koble, R., Seufert, G., Theloke, J., Hauff, K., Ciccioli, P., Vautard, R., Curci, G. (2008), Intra- and inter-annual variability of VOC emissions from natural and semi-natural vegetation in Europe and neighbouring countries, Atmospheric Environment, available online 17 October 2008
    24. Tomassetti, B., M. Verdecchia and F. Giorgi, NN5: A Neural Network based Approach for the downscaling of precipitaion fields. Model description and preliminary results. Journal of Hydrology, in press.
    25. Tourpali, K., A. F. Bais, A. Kazantzidis, C. S. Zerefos, H. Akiyoshi, T. Nagashima, M. Yoshiki, J. Austin, C. Brühl, B. Steil, N. Butchart, M. P. Chipperfield, W. Tian, M. Dameris, V. Eyring, R.R. Garcia, A. Gettelman, D.E. Kinnison, D.R. Marsh, M. A. Giorgetta, P.A. Newman, S. Pawson, R.S. Stolarski, E. Mancini, G. Pitari, E. Manzini, D. A. Plummer, E. Rozanov, K. Shibata, M. Deushi, and J.F. Scinocca: Clear sky UV simulations in the 21 st century based on Ozone and Temperature Projections from Chemistry-Climate Models, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 8, 1343-1362, 2008.
    26. Verdecchia M, Coppola E, Ferretti R, Memmo A, Montopoli M, Rivolta G, Paolucci T, Picciotti E, Santacasa, Tomassetti B, Visconti G., Marzano F. Flood forecast in complex orography coupling distributed hydrometorological models and in situ and remote sensing data. Meteorology and Atmospheric 101, 276-285, 2008
    27. Visconti, G. and F.S. Marzano, An independent overview of the national weather service in Italy, Bull. Am. Meteor. Soc., 89, 1279, 2008
    28. Vulpiani G., P. Tabary, J. Parent Du Chatelet and F.S. Marzano, Comparison of Advanced Radar Polarimetric Techniques for Operational Attenuation Correction at C Band, J. Atm. Oceanic Tech., vol. 25, pp. 1118-1135, 2008.
    29. Weinman J.A. and F.S. Marzano, An exploratory study to derive rainfall over land from spaceborne synthetic aperture synthetic aperture Radars J. Appl. Meteor. and Climate, vol. 47, n. 2., pp. 562– 575, 2008
    30. Wang, X Boselli, A D’Avino, L., Pisani, G., Spinelli, N., Amodeo, A., Chaikovsky, A., Wiegner, M., Nickovic, S., Papayannis, A., Perrone, M. R., Rizi, V., Sauvage, L., Stohl, A., Volcanic dust characterization by EARLINET during Etna’s eruptions in 2001-2002, Atmospheric Enviroment, 42, 5 pp. 893-905, 2008.
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Progetti di ricerca

Di seguito sono elencati i progetti e le convenzioni nazionali ed internazionali a cui il CETEMPS collabora o ha collaborato:

  • RegAB: Convenzione con la Regione Abruzzo per la gestione della parte meteo-idrologica del Centro Funzionale regionale.
  • IDRA e IDRA-2: 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.
  • 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. Si tratta di un programma dellʼESA che tende a valutare le correzioni da apportare ai dati SAR per effetto della presenza di vapordʼacqua.
  • 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.
  • CCMVal: Chemistry Climate Model Validation è un programma della EU sotto lʼegida di SPARC (StartosphericProcesses and TheirRole in Climate). HTAP (Hemispherictransport for AtmosphericPollutants) è un programma multinazionale per lo studio del trasporto degli inquinanti su scala globale.
  • ASI-QUITSAT: Qualità dellʼaria mediante lʼIntegrazione di misure da Terra, da SAtellite e di modellistica chimica multifase e di Trasporto.
  • FLORAD: progetto per lo sviluppo di una Costellazione FLOreale micro-satellitare di RADiometri in banda millimetrica per l’Osservazione della Terra e dello Spazio a scala regionale. Si tratta di uno studio di fase A per partecipare alla selezione ASI sulle piccole missioni.
  • ASI-Marte: Si tratta di una parte di un progetto pilota ASI sulle scienze planetarie ove si è provveduto ad adattare un modello a mesoscalaallʼatmosfera marziana.
  • ASI-Trapani: Si tratta di una parte di un progetto pilota ASI orientato al supporto del lancio di palloni stratosferici.
  • ESMO: Sub-progetto per lʼosservazione dello strato sub-superficiale lunare nellʼambito del progetto ESMO (European Student Moon Orbiter), promosso dallʼAgenzia Spaziale Europea (ESA).
  • AEROCLOUDS: Progetto del MIUR in cui Cetemps entra nella modellistica climatica e di dispersione e nellʼosservazione di nubi.
  • PNRA-STAGE: Stato dell’arte della ricerca sulla stratosfera antartica: dinamica, chimica e microfisica. Conoscenze acquisite e problematiche aperte in vista di una possibile campagna aerea di misure con l’M55-Geophysica.
  • COST: Nell’ambito dell’azione denominata EG-CLIMET “European Ground Based observations of essential variables for climate and operational meteorology”.
  • HYDRORAD: Il progetto è finalizzato alla realizzazione di una rete di mini-radar polarimetrici in banda X con l’obiettivo di integrare le misure in tempo quasi reale con modelli meteo-idrologici durante la campana sperimentale in Moldavia.
  • MIVARS: Acronimo di “Model-based Integrated Volcanic Ash Remote Sensing”, il progetto, approvato da ESA/ESRIN per fornitura dati e supporto calcolo, è finalizzato allo sviluppo di tecniche integrate di stima di cenere da radar e satellite.
  • RainXSAR: Riguarda gli “Effetti atmosferici su immagini SAR” nell’ambito della Call of Opportunity per l’uso di dati di COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana presentata a settembre 2007. Membri del progetto: DIESAP, CNR-ISAC e HIMET. Progetto biennale rinnovabile approvato per acquisizione dati senza fondi di finanziamento con inizio novembre 2009.
  • FLORAD 2: Ha riguardato la proposta di missione spaziale, nell’ambito del bando ESA denominato EE8, costituita da un satellite in orbita bassa ellittica con un radiometro e radar a microonde per l’osservazione di nubi e precipitazioni stratiformi.
  • RONOCO:(ROle of Nighttime chemistry in controlling the Oxidising Capacity of the atmOsphere), è un progetto per lo studio del ruolo della chimica delle ore notturne nella formazione ed evoluzione dell’ozono ed aerosol secondari.
  • BORTAS: (Quantifying the impact of BOReal forest fires on Tropospheric oxidants over the Atlantic using Aircraft and Satellites). E’ un progetto per lo studio degli effetti degli incendi delle foreste boreali sulla qualità dell’aria regionale e globale.
  • AIACE: (An Interdisciplinary Approach for Climatic Evolutions in polar regions) è un progetto svolto in collaborazione col CNR ed altri centri di ricerca Europei ed Argentini ed è finanziato dal Programma Nazionale di Ricerche in Antartide.
  • EARLINET-ASOS-CE: Rete europea di lidar per il monitoraggio della distribuzione 4D degli aerosols.
  • EARLINET-CALIPSO-ESA: Campagna di validazione/calibrazione delle osservazioni lidar da satellite (CALIPSO).
  • AEROCLOUDS: Studio mediante osservazioni e modelli delle proprietà fisico-chimiche degli aerosol troposferici e delle nuvole.
  • AUGER-INFN: Nell’ambito dell’esperimento AUGER, osservazione del flusso di raggi cosmici di altissima energia, implementazione delle osservazioni Raman lidar per la stima del contributo degli aerosols alla trasmissione atmosferica.
  • ACQWA: Progetto finanziato dalla Comunità Europea il cui scopo è quello di studiare i possibili effetti sul ciclo idrologico indotto dai cambiamenti climatici.
  • PRIMES: (Uso sinergico dei prodotti PRISMA con simulazioni Meteo-chimiche ad Elevata risoluzione Spaziale e loro validazione a terra e da satellite), finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per il quadriennio 2011-2015. Gli obiettivi del progetto PRIMES, riguardano l’applicazione di prodotti di livello 1 e 2 di PRISMA, il satellite sperimentale ASI previsto per il lancio nel 2013 con strumentazione iperspettrale, più la validazione e lo sviluppo di nuovi prodotti di livello 2, riguardanti l’osservazione di variabili atmosferiche. Le attività del progetto sono unite dal filo comune di un modello di ultima generazione per la simulazione interattiva di meteorologia, chimica e radiazione denominato WRF/Chem. Il modello verrà utilizzato in sinergia con i dati satellitari sia al fine di migliorare il modello stesso (in particolare utilizzo del suolo e interazione aerosol-nubi), sia per validare/migliorare i prodotti satellitari della composizione atmosferica (in particolare spessore ottico degli aerosol e delle nubi, composizione degli aerosol).
  • NCAR/ASP: Graduate Visitor Program.
  • GEMINI: Geosynchronous SAR for Earth Monitoring by INterferometry and Imaging.
  • EUFAR: (European Facility for Airborne Research) progetto per la preparazione della campagna osservativa sul Centro Italia (CI) svolta in corrispondenza di quella dell’esperimento coordinato HyMeX (Hydrological cycle in the Mediterranean Experiment).
  • SHARE: (Stations at High Altitude for Research on the Environment). Il CETEMPS partecipa a questo progetto, per la realizzazione di un database di tutti i dati geofisici osservati nei principali siti di alta montagna del mondo e per l’installazione una stazione di misura della qualità dell’aria e della sua composizione a Campo Imperatore (la più alta stazione in Europa 2388m).
  • RashCast: Questo progetto ha come obiettivo quello di contribuire ad una migliore comprensione dei meccanismi fisici che permettono il monitoraggio e la stima quantitativa delle ceneri rilasciate in atmosfera in seguito ad eruzioni vulcaniche.
  • PICT 2011: Studio della variabilità del clima in Argentina e nelle zone adiacenti. Contributi per la valutazione di impatto ambientale e di adeguamento produttivo.
  • Convenzione con il Ministero dell’Ambiente e Tutela del Territorio e del Mare: Per la predisposizione di un rapporto annuale dettagliato sulla distribuzione verticale e sulla quantità di ozono totale misurato con tecniche di radiosondaggi, misura e previsione UVB.
  • 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.
  • SINERGY: (Synthetic aperture Instrument for Novel Earth Remote-sensed MetereoloGy and IdrologY) Nell’ambito di questo progetto per l’Agenzia Spaziale Italiana,Cetemps è consulenteDIET in ambito NWP model
  • RAISS: Progetto nazionale per il Ministero dello Sviluppo Economico per la realizzazione di un sistema integrato per la sorveglianza atmosferica e idrologica e telerilevamento a scala locale.
  • Convenzione RAI-CETEMPS: accordo di collaborazione a titolo gratuito per la fornitura e la diffusione di previsioni meteorologiche giornaliere in ambito televisivo, per il programma “Buongiorno Regione – Abruzzo” e radiofoniche per RADIOUNO, servizio meteo regionale.
  • Fondazione CARISPAQ: Produzione operativa di previsioni climatiche stagionali (temperature superficiali e precipitazioni mensili) sulla regione del Mediterraneo con downscaling ad alta risoluzione sulla regione Abruzzo.
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