Il vento nei modelli di clima - meteoAM.it

Il vento nei modelli di clima
Alessandro Dell’Aquila
Sandro Calmanti
ENEA
UTMEA-CLIM
Unità Tecnica Modellistica Energetica Ambientale
Laboratorio Modellistica Climatica ed Impatti
CNMCA
Giovedì 29 Aprile 2010
Modelli climatici
MODELLI CLIMATICI 
Dominio suddiviso in reticolato. Si risolvono equazioni
che simulano diversi processi climatici (dinamici,
fisici, chimici,…) su ogni punto di griglia
Modelli climatici
OROGRAFIA
MODELLI CLIMATICI REGIONALI  Downscaling
dinamico.
Partendo dalla bassa risoluzione dei dataset globali
permette di avere informazioni a più alta risoluzione:
caratterizzazione climatica del territorio
REANALISI ECMWF
GLOBALE (ERA40)
Tmin Jan-Feb 1985
REANALISI
ECMWF (ERA40)
MODELLO REGIONALE
Tmin Jan-Feb 1985
MODELLO REGIONALE
Modelli climatici
Il vento superficiale
Strato limite planetario
Necessità di
simulare
interazioni e
processi ad
altissima
risoluzione
IL SISTEMA PROTHEUS
Componenti
RegCM3
18 livelli verticali sigma
30 Km risoluzione orizzontale
BATS + IRIS
BATS: Biosph.-Atmosph. Transfer
Scheme
IRIS: interactive RIvers Scheme
Vento-Flussi di
calore ed acqua
SST
OASIS 3
Freq. 6h
MedMIT
42 livelli verticali zeta (partial cell)
1/8° x 1/8°risoluzione orizzontale
Dominio del modello
IL SISTEMA PROTHEUS
Componenti
RegCM3 è sviluppato all’ICTP (Trieste)
Strato limite Planetario: Holtslag et al., 1990
RegCM3
Schema convettivo: Grell, 1993
18 livelli verticali sigma
Condizioni laterali: 6 ore , rilassamento a 12 punti. Profilo
esponenziale
30 Km risoluzione orizzontale
BATS + IRIS
BATS Landuse Model: 20 tipi differenti di suolo
IRIS: TRIP database e schema numerico IRIS
BATS: Biosph.-Atmosph. Transfer
Scheme
IRIS: interactive RIvers Scheme
Vento-Flussi di
calore ed acqua
SST
MedMIT: Sviluppato all’ENEA da
Sannino et al., OM 2009
OASIS 3
Freq. 6h
MedMIT
MedMIT si basa su MITgcm sviluppato da Marshall et al. 97;
42 livelli verticali zeta (partial cell)
Diffusione orizzontale e viscosità: biarmonica (1.5x1010 m4s-1).
1/8° x 1/8°risoluzione orizzontale
Viscosità turbolenta verticale: laplaciana (diffusività: 3.0x10-5m2s-1 in
superficie; 1.0x10-7 m2s-1 sul fondo).
Coefficiente viscoso : 1.5x10-4 m2s-1.
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
oCondizioni al bordo:
Reanalisi ERA40 1958-2000
SST (Atlantico)
oGISST - Global Sea Ice Coverage and Sea Surface
Temperature data -Met Office
Inizializzazione Oceano
oClimatologia MEDATLAS a riposo; rilassamento della SST e
SSS nei primi 6 anni di simulazione
Confronto:
•Reanalisi ERA40
•Datasets osservativi
OISST (dati giornalieri 1/16°x1/16° SST 1985-2000, Marullo et al. 2007)
HOAPS (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and fluxes from Satellite data)
CRU (Climatic Research Unit, UK)
GPCP (Global Precipitation Climatology Project)
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato: vento
Caso studio per il 2000
Reanalisi ERA40
QuikSCAT
PROTHEUS
Dati osservati:
QuikSCAT LEVEL3 wind data
Intensità del vento sul mare
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
Il vento sul mare
PROTHEUS ha una
distribuzione vicina a quella
dei dati da satellite
QuikSCAT comparabili con
boe marine in situ
Intensità del vento sul mare
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato : SST
Caso studio per il 2000
Serie temporali delle anomalie
delle SST simulate da
PROTHEUS (rosso) e osservate
da satellite OISST (black line). I
valori sono mediati sul’intero
bacino.
OISST
PROTHEUS
9 Luglio
11 Luglio
13 Luglio
15 Luglio
17 Luglio
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
PROTHEUS vs. Dati osservati su grigliato : Intensità del vento
Caso studio per il 2000
ERA40
PROTHEUS
Osservazioni
Dati osservati: QuikSCAT LEVEL3 wind data
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
Collaborazione
ENEA-CNMCA
Griglia Modello
&
Stazioni Meteo
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
Griglia modello
Stazione Meteo
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
PRECIPITAZIONE
Medie annuali:
tutte le stazioni
Tmax
Tmin
Campi simulati
da PROTHEUS
(rosso) e
osservati nelle
stazioni (black
line).
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
PRECIPITAZIONE
Tmax
Tmin
Stazione 400: Ustica
ciclo stagionale
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
PRECIPITAZIONE
Tmax
Tmin
Stazione 008:
S. Valentino alla Muta
ciclo stagionale
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
Il vento superficiale
Stazione 280:
Ponza
Validazione PROTHEUS: dati da stazione
Il vento superficiale
Stazione 263:
Trevico
Possibili sviluppi
Disaggregazione on–line dei campi superficiali
(e.g. da 30km  3-5Km)
OROGRAFIA
Possibili sviluppi
Downscaling statistico off-line di PROTHEUS fino a 1-3 Km
(RainFARM: modello autoregressivo, Rebora et al 2006)
da 30 km  3.5 km
Simulazioni Scenario XXI secolo: analisi preliminare
•Simulazioni programmate nell’ambito IPCC-AR5 (METEO-FRANCE, ECHAM5-MPIOM,
CMCC…)
•Simulazioni già prodotte : Modello globale al bordo:1951-2050 IPCC-AR4 ECHAM5MPIOM
PROTHEUS
trend
Analisi dei Trend: Temperatura Superficiale
Differenze
PROTHEUS-ECHAM5 globale
DJF
DJF
MAM
MAM
JJA
JJA
SON
SON
Conclusioni
•Modelli climatici regionali  caratterizzazione climatica ad
alta risoluzione
•Per riprodurre correttamente il vento superficiale
necessità di simulare interazioni e processi ad altissima
risoluzione orizzontale e verticale
•Il modello regionale accoppiato PROTHEUS può essere
uno strumento adeguato nella valutazione del Risk
Assessment legato al vento superficiale
•Necessità di aumentare ulteriormente la risoluzione
•Strumento utile nelle previsioni climatiche a diverse scale
temporali (da quella stagionale a quella decennale)
Validazione PROTHEUS: simulazione clima presente
Precipitazione su terra CLIMATOLOGIA
MD
ERA40
CRU
PROTHEUS
RegCM-SA
AL