Che tempo farà domenica? La gestione dell’incertezza nella previsione meteorologica

La previsione delle precipitazioni e della loro quantità, in particolare nel semestre caldo quando queste sono in gran parte di origine convettiva (ne abbiamo parlato in questo articolo: https://www.iconameteo.it/news/approfondimenti/temporali-e-previsioni-meteo-istruzioni-per-luso/) resta un compito molto impegnativo anche per i modelli fisico matematici più evoluti che “girano” sui calcolatori di ultima generazione. Se è vero, in generale, che prevedere un temporale può essere difficile anche a un’ora di distanza, è ancora più vero che una previsione meteorologica diventa tanto meno affidabile quanto più lontana nel tempo. Una previsione oltre 4-6 giorni, fatto salvo per situazioni particolari (ad esempio la presenza di vaste aree anticicloniche) è sempre da prendere con le pinze! Se un martedì al meteorologo viene richiesta una previsione per il weekend successivo può succedere che il malcapitato venga a trovarsi in serio imbarazzo. Osservate con attenzione le due figure che seguono:

Figura 1: Precipitazioni sull’Italia previste per il pomeriggio di domenica 4 luglio dal modello ECMWF (corsa inizializzata alle ore 12Z di lunedì 28 giugno). I colori azzurri sulle Alpi indicano quantitativi di pioggia compresi tra 0.5 e 10 mm cumulati in 6 ore. (da https://apps.ecmwf.int/webapps/opencharts/)

Figura 2: Precipitazioni sull’Italia previste per il pomeriggio di domenica 4 luglio dal modello ECMWF (corsa inizializzata alle ore 00Z di martedì 29 giugno). La tinta viola indica quantitativi di pioggia compresi tra 10 e 25 mm cumulati in 6 ore. (da https://apps.ecmwf.int/webapps/opencharts/)

Le due immagini raffigurano la quantità di pioggia prevista domenica 4 luglio nell’intervallo tra le ore 14 e le 20 locali dallo stesso modello (il modello europeo del centro ECMWF, European Centre for Medium range Weather Forecast): nella prima figura il modello è stato inizializzato (cioè aggiornato con tutte le osservazioni più recenti) alle ore 12Z del giorno 28 giugno, nella seconda l’inizializzazione è di 12 ore dopo. Attualmente il centro europeo ECMWF mette a disposizione l’output del modello più recente verso le 8 del mattino. Come avrete notato la previsione per il Nord Italia è radicalmente diversa nei due “run” dello stesso modello, pur essendo trascorse solo 12 ore tra le due successive inizializzazioni: siamo di fronte ad un esempio particolarmente illuminante del caos deterministico o, se preferite, dell’”effetto farfalla”, e per di più in una previsione a soli 5 giorni. Non si tratta di una situazione comune, ma neanche particolarmente rara; e non dobbiamo nemmeno pensare che siccome la seconda previsione è più recente (realizzata con dati più freschi) sia necessariamente molto più affidabile della prima. Quello che sicuramente questi dati ci stanno suggerendo è che siamo di fronte a una situazione di elevata incertezza e che è doveroso procedere con molta cautela.

Figura 3. Mappe del modello d’ensemble ECMWF relative a domenica 4 luglio, inizializzate alle 12Z del giorno 28 giugno. La linea fucsia è stata aggiunta per indicare l’asse di promontorio anticiclonico. (da https://apps.ecmwf.int/webapps/opencharts/)

I meteorologi sono abituati ad avere a che fare con l’incertezza, si può quasi affermare che essa sia l’essenza del loro mestiere. Per fortuna, grazie al progredire delle conoscenze e della capacità di calcolo, essi oggi hanno a disposizione strumenti che permettono loro di gestirla, almeno entro certi limiti. In una situazione come l’esempio che stiamo esaminando la prima cosa da fare è cercare di capire se quello che abbiamo di fronte (l’output “piovoso al Nord” delle ore 00Z) è un qualcosa da prendere seriamente in considerazione ovvero si tratta di una specie di “outlier”, una sorta di corsa “anomala” del modello. Intendiamoci: tutte le corse di un modello sono valide allo stesso modo, ma può capitare (pensate ancora all’effetto farfalla) che in una di esse alcune piccole perturbazioni presenti nel dato iniziale nel corso dei giorni si ingigantiscano eccessivamente andando a generare scenari che si rivelano poco realistici. I fisici dell’atmosfera, per questo motivo, hanno ideato la “tecnica dell’ensemble” che consiste nell’eseguire la stessa simulazione molte volte (di solito, per esigenze di calcolo, ad una risoluzione inferiore) partendo da dati iniziali resi leggermente e opportunamente diversi, un modo intelligente per tentare di imbrigliare il caos. Nella figura 3 vediamo ancora una volta un prodotto dell’ECMWF per mostrare l’utilità di questa tecnica: a destra è rappresentato il campo di geopotenziale a 500 hPa relativo alle ore 12Z del 4 luglio previsto dalla corsa “ufficiale” inizializzata alle ore 12Z di lunedì 28 giugno (ricordiamo che si tratta della corsa associata ad una domenica asciutta sulla valle padana), a sinistra la media dell’ensemble. Possiamo vedere facilmente che nella media ensemble il forte promontorio anticiclonico previsto sopra l’Italia appare decisamente ridimensionato. E’ un indizio interessante, che avevamo a disposizione 12 ore prima dell’uscita degli output della notte, che suggeriva che quest’ultimo non fosse lo scenario più probabile.

Figura 4. Un altro prodotto reperibile sul sito del centro europeo, derivato dall’ensemble: i “cluster scenarios”. Da https://apps.ecmwf.int/webapps/opencharts/

Il nuovo sito del centro europeo ECMWF è una vera miniera di dati e di elaborazioni utilissime. A puro titolo di esempio presentiamo un altro paio di mappe che si possono reperire liberamente, sempre con riferimento alla previsione a 5 giorni relativa domenica 4 luglio. Quello della figura 4 è anch’esso un prodotto derivato dai modelli che costituiscono l’ensemble e, va detto, non è di interpretazione immediata per un profano. Senza annoiarvi con dettagli troppo tecnici possiamo dire che queste carte (inizializzate alle 00Z del 29 giugno) rafforzano moderatamente l’ipotesi di una domenica perturbata sull’Italia settentrionale: il cluster più popolato, infatti, rappresentato nella prima fila, indica una piccola “saccatura” in formazione nel corso del 4 luglio sopra il nord della penisola.

Figura 5. Probabilità che in 24 ore cadano più di 5 mm di pioggia, relativa a domenica 4 luglio e basata su dati ensemble ECMWF inizializzati alle 00Z del 29 giugno. Il verde chiaro corrisponde a una probabilità compresa tra il 35 ed il 65%; probabilità maggiori si riscontrano su parte dell’arco alpino.

La figura 5 invece è una mappa decisamente più intuitiva e facile da leggere, che illustra la probabilità che nell’arco delle 24 ore del giorno 4 luglio cadano più di 5 mm di pioggia. Nel sito si può scegliere fra quattro soglie diverse (1,5,10,20 mm) e naturalmente alle soglie più alte corrispondono probabilità inferiori. Un altro modo per vagliare l’incertezza di una previsione e consolidare le nostre ipotesi è quello di esaminare gli output di modelli diversi. Fin qui abbiamo fatto riferimento solo ad ECMWF, ma la rete mette a disposizione le mappe di molti altri modelli globali, grazie alle quali anche un profano può farsi un’idea di quello che potrebbe essere lo scenario più probabile sulla zona di suo interesse.
Conclusione
L’esempio che abbiamo analizzato, seppur sommariamente, dovrebbe ricordarci almeno un paio di insegnamenti importanti. Il primo, e non ci stancheremo mai di sottolinearlo, è che in generale l’affidabilità di una previsione meteorologica decade piuttosto velocemente dopo 3-4 giorni, anche se vi possono essere eccezioni a questa regola. Il secondo è che la domanda “che tempo farà domenica?” è essenzialmente sbagliata. La domanda giusta dovrebbe essere: “qual è la probabilità che domenica piova, quale quella che splenda il sole?”.

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