“La previsione sub-stagionale, che guarda a circa due settimane-un mese, può fornire un’allerta precoce vitale in caso di condizioni meteorologiche estreme ed è un’area chiave di ricerca e interesse operativo. Anche il miglioramento delle previsioni di eventi estremi è un obiettivo chiave all’interno della Strategia di ECMWF”. Lo si legge in un articolo di Emmanuel Rouges e Nikolaos Mastrantonas pubblicato sul sito di ECMWF.
Mastrantonas e Rouges sono scienziati dell’ECMWF che si occupano delle previsioni sub-stagionali di eventi meteorologici estremi in Europa, sfruttando la previsione basata su pattern, nell’ambito del progetto CAFE (Climate Advanced Forecasting of sub-seasonal Extremes) finanziato dall’UE. Il progetto quadriennale CAFE sta volgendo al termine e i due scienziati condividono i principali risultati dei loro progetti.
Il progetto di Emmanuel: previsione delle ondate di caldo a scala sub-stagionale
“Il progetto in cui sono coinvolto, insieme a Laura Ferranti (ECMWF) e al Prof. Holger Kantz (Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems), si concentra sull’identificazione dei fattori scatenanti delle ondate di caldo in Europa e sull’utilizzo di tali fattori per prevedere le ondate di calore a scala sub-stagionale. L’obiettivo è utilizzare caratteristiche atmosferiche su larga scala, chiamate schemi di circolazione, associate alle ondate di calore per prevedere temperature estremamente alte. L’idea è che i modelli di previsione possono prevedere queste grandi caratteristiche a scala sub-stagionale più facilmente rispetto ai parametri di superficie come la temperatura”, scrive Rouges.
“Il processo è iniziato raggruppando gli eventi di ondata di caldo in base alla loro circolazione atmosferica utilizzando il clustering k-means (Michelangeli et al., 1995; Hannachi et al., 2017), per identificare i principali tipi di ondate di caldo europee. Ciascun tipo è caratterizzato da uno schema di circolazione distintivo con un grande anticiclone situato sopra la regione dell’ondata di caldo (Figura 1). Quando questi schemi di circolazione persistono (per cinque giorni o più) sono fattori chiave delle ondate di caldo e forniscono una potenziale fonte di prevedibilità”, viene spiegato.
“Per identificare ulteriori fonti di prevedibilità a scala sub-stagionale, abbiamo studiato il ruolo del precondizionamento dell’umidità del suolo e della convezione tropicale. Le condizioni di umidità del suolo secco possono avere un legame fisico diretto con le ondate di calore riducendo il raffreddamento latente e quindi esacerbando ulteriormente gli estremi di caldo, ma abbiamo trovato pochissimi collegamenti sistematici con le ondate di caldo. Solo le regioni meridionali e casi specifici (ad esempio l’ondata di caldo del 2003 sull’Europa occidentale) sono collegati a un contenuto di umidità del suolo significativamente ridotto”, spiega Rouges.
“La convezione tropicale associata alla Boreal Summer Intra-Seasonal Oscillation (BSISO; Lee et al., 2013, Kiladis et al., 2014) ha un effetto meno locale, in quanto può essere una fonte di treni d’onda Rossby che si propagano dai tropici all’Europa. Nei nostri studi, abbiamo trovato una correlazione tra le fasi attive della BSISO e le ondate di caldo russe in particolare”.
“Nelle ultime fasi della ricerca, abbiamo valutato l’accuratezza della previsione a range esteso dell’ECMWF e determinato il potenziale guadagno derivante dall’utilizzo degli schemi di circolazione come predittori di temperature estremamente alte. Gli schermi di circolazione sono correlati con un’alta probabilità di temperature estremamente alte, significativamente superiori alla climatologia (da tre a cinque volte superiori). Utilizzando 20 anni di dati previsionali, abbiamo testato l’abilità della previsione basata sugli schemi. I risultati mostrano che una previsione basata sugli schemi ha una migliore abilità oltre i dieci giorni rispetto alla previsione regolare, estendendo essenzialmente il raggio di previsione del modello ECMWF fino a sette giorni (Figura 2)”, continua l’esperto.
“L’estensione del raggio di previsione è essenziale per i sistemi di allerta precoce che consentono di prendere/attuare tempestivamente decisioni e mitigazioni e di ridurre l’impatto delle ondate di caldo sui settori agricolo ed energetico e di proteggere le comunità”, conclude Rouges.
Il progetto di Nikos: previsione di precipitazioni estreme nel Mediterraneo a scala sub-stagionale
“Negli ultimi tre anni, mi sono concentrato sulla previsione delle precipitazioni estreme nel Mediterraneo, osservando principalmente le scale temporali sub-stagionali e le connessioni tra precipitazioni estreme localizzate e variabilità atmosferica su larga scala”, scrive Mastrantonas.
“Inizialmente abbiamo utilizzato la funzione ortogonale empirica e il successivo clustering K-means per raggruppare la variabilità atmosferica giornaliera in nove gruppi di caratteristiche meteorologiche distinte. Questi gruppi, denominati “schemi mediterranei”, indicano posizioni di alta o bassa pressione su diverse parti del dominio (Figura 3). La nostra analisi ha mostrato che questi schemi sono in effetti sostanzialmente correlati alle precipitazioni estreme sulla regione, con probabilità condizionali di eventi di precipitazioni estreme oltre quattro volte superiori alle loro probabilità climatologiche per lo schema preferenziale per ciascuna località”, spiega l’esperto.
“Come passaggio successivo, abbiamo valutato l’abilità delle previsioni ECMWF nel prevedere gli schemi e abbiamo dimostrato che il modello fornisce previsioni valide fino a 10-14 giorni. Inoltre, l’utilizzo degli schemi previsti e delle loro connessioni climatologiche con gli eventi di precipitazioni estreme può migliorare le loro previsioni per tempi più lunghi ed estendere l’orizzonte di previsione di circa mezza settimana, raggiungendo un orizzonte di oltre sette giorni per la maggior parte delle regioni del Mediterraneo”, viene spiegato.
“Infine, abbiamo proposto strumenti che possono migliorare la previsione degli eventi di precipitazioni estreme in Calabria, un’area dalla topografia complessa che pone ulteriori sfide nella previsione delle precipitazioni. Oltre agli schemi mediterranei, abbiamo utilizzato le condizioni di precipitazioni locali e di umidità locali come predittori per gli eventi di precipitazioni estreme. L’analisi ha dimostrato che sono da preferire tecniche diverse per tempi diversi. In generale, per una scadenza fino a sette-dieci giorni, è preferibile utilizzare le precipitazioni previste per le previsioni di eventi di precipitazioni estreme. Per tempi più lunghi, fino a 15-18 giorni, la migliore capacità può essere ottenuta considerando gli schemi mediterranei previsti in combinazione con lo stato di estremità previsto delle condizioni di umidità locali”, conclude Mastrantonas.
