I modelli meteorologici alla mesoscala, quelli che vengono abitualmente utilizzati per produrre le previsioni meteorologiche locali e regionali, hanno un passo griglia che solitamente è tra 1 e 5 chilometri di lato.

Quando si è su un’area caratterizzata da orografia complessa, come le nostre Alpi, 1 km di passo griglia non è in grado di risolvere, e alle volte proprio di considerare i dettagli dell’orografia stessa. Bisogna ricordare che da un punto di vista modellistico la risoluzione effettiva è tra 3 e 6 volte superiore al passo griglia. Allora è quindi necessario scendere sotto al chilometro, in modo da rappresentare con maggiore fedeltà le forme del rilievo, e quindi poter descrivere al meglio anche la fisica dell’atmosfera e la sua interazione con il territorio.

Nevicate autunnali sopra l'Alpe Veglia, la descrizione fedele dell'orografia è necessaria per prevedere questi eventi con precisione
Formazione di cumuli pomeridiani alle pendici del Pizzo del Dosso e Pizzo Diei.

Per descrivere l’area di interesse con un dettaglio maggiore e quindi andare ad un passo griglia inferiore al chilometro sono necessari alcuni ingredienti:

  • una descrizione accurata dell’orografia, questa è data dal modello digitale di elevazione del terreno (DEM) che dovrà avere una risoluzione di almeno 100 m;
  • una descrizione accurata dell’uso del suolo (land use) che viene affidata ai dati land-cover, i quali classificano in vario modo vegetazione, pascoli, aree urbane, rocce nude e via dicendo. Anch’essa deve avere una risoluzione di almeno 100 m.
  • una scelta accurata delle parametrizzazioni che descrivono la microfisica e la fisica delle interazioni tra atmosfera e suolo, nonché di turbolenza.

In questo studio l’area di interesse è quella del Ghiacciaio dei Forni (Alta Valtellina, SO), posto nelle Alpi Retiche, dove dal 28 agosto al 11 settembre 2017 è stata installata una stazione micrometeorologica nell’area proglaciale. Queste due settimane di dati di turbolenza sono state simulate utilizzando il modello WRF con diverse impostazioni, concentrandosi però su risoluzione, topografia e land-cover. In totale sono state portate a termine 7 diverse simulazioni, quattro con 1 km e tre con 500 m di passo griglia.

La novità di questo studio è stata l’introduzione del land-cover CORINE utilizzando tutte le categorie di uso del suolo presenti in questo dataset (44). In alcuni studi precedenti esse venivano riclassificate sulla tabella di descrizione del land-use di USGS già presente in WRF.

I risultati hanno mostrato che delle tre modifiche testate la più consistente sui risultati è quella del land-use, mentre risoluzione e topografia hanno apportato solo marginali o teorici miglioramenti.

Per portare avanti questo studio è stato fondamentale avere misure di alta qualità e in un ambiente molto particolare come quello dell’area proglaciale del Ghiacciaio dei Forni, dove la stazione MiTo

I flussi di calore simulati dalle varie configurazioni del modello e quelli osservati nella stazione proglaciale.
La stazione micrometeorologica MiTo installata nella piana proglaciale del ghiacciiao dei Forni.

ha raccolto dati di turbolenza e dai quali è stato possibile calcolare i flussi di calore mostrati qui sopra.

L’utilizzo di misure e il confronto modello-osservato è di grande valore per il progresso della conoscenza dello strato limite montano, il semplice confronto tra più realizzazioni dello stesso modello, o solo con parametri meteorologici tradizionali non può dare lo stesso risultato, questo infatti è uno degli obiettivi del progetto MetAlp con la campagna di misura in corso all’Alpe Veglia.

I rusltati di questo studio sono presentati nell’articolo pubblicato su Boundary-Layer Meteorology disponibile al link sottostante e di cui riporto il riassunto qui sotto.

L'articolo

Land-Use Improvements in the Weather Research and Forecasting Model over Complex Mountainous Terrain and Comparison of Different Grid Sizes

Autori: Alessio Golzio, Silvia Ferrarese, Claudio Cassardo, Guglielmina Adele Diolaiuti, Manuela Pelfini

Abstract

Weather forecasts over mountainous terrain are challenging due to the complex topography that is necessarily smoothed by actual local-area models. As complex mountainous territories represent 20% of the Earth’s surface, accurate forecasts and the numerical resolution of the interaction between the surface and the atmospheric boundary layer are crucial. We present an assessment of the Weather Research and Forecasting model with two different grid spacings (1 km and 0.5 km), using two topography datasets (NASA Shuttle Radar Topography
Mission and Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010, digital elevation models) and four land-cover-description datasets (Corine Land Cover, U.S. Geological Survey land-use, MODIS30 and MODIS15, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer land-use). We investigate the Ortles Cevadale region in the Rhaetian Alps (central Italian Alps),  focusing on the upper Forni Glacier proglacial area, where a micrometeorological station operated from 28 August to 11 September 2017. The simulation outputs are compared with observations at this micrometeorological station and four other weather stations distributed around the Forni Glacier with respect to the latent heat, sensible heat and ground heat fluxes, mixing-layer height, soil moisture, 2-m air temperature, and 10-m wind speed. The different model runs make it possible to isolate the contributions of land use, topography, grid spacing, and boundary-layer parametrizations. Among the considered factors, land use proves to have the most significant impact on results.

 


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