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I modelli di previsione numerica simulano ciò che avviene nell'atmosfera grazie a formule matematiche, derivate dalle leggi della fisica che descrivono i vari fenomeni meteorologici. Al giorno d’oggi l’uso delle simulazioni tramite i modelli numerici di previsione del tempo è indispensabile per elaborare le previsioni sul tempo. Negli ultimi decenni, sono stati fatti notevoli progressi nella comprensione dei processi fisico-chimici che avvengono nell'atmosfera e anche la risoluzione spaziale dei modelli numerici (la cosiddetta dimensione della maglia della griglia del modello) è migliorata significativamente.
Da dove prende origine l’incertezza di una previsione
Nonostante i progressi nella conoscenza scientifica degli ultimi decenni, alcuni processi che avvengono nell’atmosfera non sono ancora adeguatamente rappresentati dai modelli numerici. Alcuni di essi (per esempio una parte di quelli che avvengono all’interno dei una nuvola temporalesca) sono ancora descritti usando le cosiddette parametrizzazioni. Ciò significa che invece di descriverli tramite le formule derivate dall’applicazione delle leggi della fisica, questi processi sono descritti in modo molto semplificato, in alcuni casi addirittura “solo” tramite dei parametri. Queste semplificazioni possono essere una fonte di incertezza al momento del calcolo della previsione da parte del modello numerico.
Un'altra fonte da cui può derivare l’incertezza nella previsione nasce dal fatto che i valori misurati delle singole grandezze meteorologiche, che descrivono lo stato dell'atmosfera all'inizio della simulazione numerica, non sono sempre noti con sufficiente precisione o devono essere stimati. Nonostante il grande numero di osservazioni e misurazioni che sono eseguite ogni giorno in tutto il mondo, non è possibile misurare le singole grandezze meteorologiche in ogni angolo della Terra. I sistemi di misura e di rilevamento (per esempio le stazioni al suolo e le varie reti di monitoraggio dell'atmosfera sono in continuo miglioramento, ma per il momento lo stato dell’atmosfera ad un determinato istante non è ancora conosciuto ovunque perfettamente.
I valori delle grandezze meteorologiche che descrivono lo stato dell’atmosfera ad un determinato istante, chiamati anche condizioni iniziali, sono importanti per far “partire” le simulazioni del modello numerico. A causa della natura caotica dell'atmosfera, piccole differenze o incertezze nelle condizioni iniziali possono, infatti, portare a grandi differenze tra le simulazioni dello stesso modello di previsione numerica.
Come si quantifica l'incertezza
Ogni previsione meteorologica è dunque soggetta a un certo grado di incertezza. Per quantificare questa incertezza i meteorologi utilizzando il cosiddetto “approccio d’insieme” (in inglese "ensemble”). Con questa tecnica, diverse simulazioni sono calcolate per lo stesso periodo di tempo con lo stesso modello numerico, ma che viene calcolato apportando alcune piccole modifiche - per esempio cambiando leggermente le condizioni iniziali che sono inserite come valori di partenza per le simulazioni. Al contrario, un approccio in cui solo una singola simulazione è calcolata e presentata è chiamato "deterministico".