Il modello Weather Research Forecast (WRF) è un sistema di previsione numerica ad area limitata (LAM) di nuova generazione progettato per le esigenze di ricerca e di previsione operativa dei fenomeni atmosferici. Il WRF è frutto della collaborazione tra il National Center for Atmospheric Research (NCAR), i National Centers for Environmental Prediction (NCEP) e l’Earth System Research Laboratory (ESRL) della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). La struttura del modello è costituita da un nucleo centrale, chiamato WRF Software Framework (WSF), che si compone di diversi schemi di assimilazione e parametrizzazione delle variabili fisico-chimiche, al quale sono connessi i moduli di pre e post processing. La fase di pre-processing (WPS), include 3 routine di calcolo, GEOGRID, UNGRIB e METGRID che in sequenza si occupano di elaborare i dati che vanno ad alimentare il modello.  GEOGRID crea i dati statici che includono i dati geografici e i dati di uso del suolo; UNGRIB assimila i dati meteorologici in formato GRIB raccolti dai centri di calcolo mondiali, METGRID interpola i dati meteorologici orizzontali, scalandoli sul dominio definito in origine.


I “core” che governano la dinamica del modello WRF sono due:

  • l’Advanced Research WRF (ARW), sviluppato da NCAR, è in grado di simulare diverse tipologie di eventi meteorologici con diverse risoluzioni spaziali;
  • il Non-hydrostatic Mesoscale Model (NMM), realizzato da NCEP.

Il “core” ARW è dedicato in genere ad applicazioni di ricerca, mentre il secondo ha uno scopo più operativo. Tuttavia per modelli ad area locale, laddove siano disponibili risorse di calcolo sufficienti, i risultati di ARW sono migliori di NMM.

 IL MODELLO AD AREA LOCALE PER LA SICILIA: IL WRF-AEROMAT

Il gruppo di ricerca operante in seno all’Università degli Studi di Messina ha reso operativo per scopi di ricerca il modello fisico-matematico ad area limitata Weather Research and Forecasting model. Attualmente viene utilizzato il core ARW alla versione 4.1.2.

La configurazione dei modelli, frutto dell’esperienza pluriennale nel campo delle previsioni meteorologiche acquisita dal gruppo UniMe, è specificamente ottimizzata per il territorio siciliano.

Le ottimizzazioni apportate riguardano: l’impiego di appositi compilatori (ifort), l’aumento della risoluzione dei dati geografici statici iniziali (dati DEM 20×20 m), l’ottimizzazione dei parametri locali di uso del suolo e copertura vegetativa (dati CORINE), l’acquisizione dei dati delle temperature del mare.

Gli interventi sulla fisica del modello in atto riguardano la configurazione degli schemi di seguito elencanti.

Per produrre previsioni meteorologiche più dettagliate viene impiegata la procedura di Nesting (annidiamento). In generale, le condizioni iniziali ed al contorno di un modello ad area limitata (LAM) vengono generate dal modello globale (GM). Nel caso di nesting, creato un nuovo sottodominio (d02 o d03) all’interno del dominio padre (d01) del LAM, le condizioni iniziali ed al contorno vengono generate dallo stesso LAM, mediante la simulazione a dominio maggiore (d01). E’ possibile impiegare due tipologie di nesting:

  • One way nesting: in questo caso le informazioni vengono scambiate solo dal dominio maggiore (d01) verso il dominio minore (d02);
  • Two way nesting: in questo caso lo scambio di informazioni è possibile in due versi ovvero dal dominio maggiore (d01) verso il dominio minore (d02) e viceversa.

Di seguito vengono riportati i domini presi in esame dal gruppo di ricerca dell’Università degli Studi di Messina per l’elaborazione delle previsioni meteorologiche:

Il modello WRF – AEROMAT consente di fornire una modellizzazione dettagliata dell’orografia della Sicilia, caratterizzata da una orografia complessa. In particolare, tramite il processo di nesting, si può progressivamente aumentare la risoluzione spaziale del modello e quindi l’orografia del territorio può essere riprodotta con grande precisione. Questo consente, ad esempio, di stimare l’altezza del vulcano Etna di poco superiore ai 3000 m, un valore abbastanza prossimo a quello reale. Un tale dato si evince calcolando la variazione di quota in una cross section orizzontale (ovest-est) posta in corrispondenza del comprensorio vulcanico dell’Etna.

Il modello WRF-AEROMAT  sviluppato da UniMe gira a diverse risoluzioni e con più corse giornaliere che permettono di produrre previsioni operative ad altissima risoluzione sino a 3 km di dettaglio spaziale.

Ulteriori sviluppi della catena modellistica hanno riguardato l’implementazione del Four-Dimensional Data Assimilation (FDDA). In questo quadro di riferimento, l’impiego del processo FDDA apporta notevoli benefici, in particolar modo quando ci si approccia alla simulazione di casi studio estremi, in cui le condizioni meteorologiche risultano essere particolarmente avverse. In questi casi, il modello potrebbe calcolare variabili meteorologiche lontane dalla realtà (potrebbe cioè divergere), mentre usando la procedura FDDA, ad ogni intervallo di ore prefissato (sei ore nel nostro caso) la catena modellistica viene “forzata” a confrontare i dati simulati con i dati  di inizializzazione (met_em) al fine di avvicinarsi il più possibile alla realtà osservata.