Cameo - Osservazioni e modelli per la meteorologia e il clima
Coordinatore: Mario Marcello Miglietta
Board: Elisa Adirosi – Susanna Corti
La macroarea CAMEO (Osservazioni e Modelli per la Meteorologia e il Clima) si concentra sulla comprensione dei cambiamenti climatici globali passati e futuri e dei processi fondamentali che li determinano. Studia pertanto la variabilità climatica, i cambiamenti climatici ed eventi meteorologici su differenti scale spaziali e temporali attraverso un approccio integrato. Per raggiungere questi obiettivi sono necessari strumenti e metodologie di osservazione avanzati, integrazione di dati storici e una gamma di strumenti modellistici, dai modelli concettuali a previsioni meteorologiche numeriche all’avanguardia e a modelli del sistema Terra.
Modellistica e variabilità climatica
Questa attività consente di migliorare la comprensione della variabilità e del cambiamento climatico producendo simulazioni di scenari climatici futuri su scala globale e regionale, sviluppando tecniche di “downscaling” e creando prodotti specifici per i servizi climatici. Valuta gli impatti e i rischi del cambiamento climatico, in particolare per l’Italia e le regioni “hotspot” come le aree montuose, il Mediterraneo e le regioni polari.
Questa attività si concentra sulla comprensione della variabilità e dei cambiamenti climatici, sul miglioramento delle ricostruzioni del clima passato, sulla produzione di proiezioni climatiche globali e regionali, di previsioni retrospettive stagionali e decadali, sullo sviluppo di prodotti specifici per i servizi climatici. Valuta gli impatti e i rischi del cambiamento climatico, in particolare per l’Italia e le regioni “hotspot” come le aree montuose, il Mediterraneo e le regioni polari.
Attività
- Ricostruzioni climatiche, scenari futuri, sensibilità climatica e predicibilità
- Impatti del cambiamento climatico sul ciclo idrologico, compresi gli estremi
- Accoppiamento e feedback del cambiamento climatico con la biosfera e gli ecosistemi
- Processi nella dinamica del clima, variabilità e bruschi cambiamenti climatici (punti critici)
- Downscaling dinamico e statistico/stocastico delle simulazioni climatiche
- Processi di trasporto e interazioni fisico-chimiche
- Teleconnessioni tropicali-extratropicali e loro variabilità come fonti di predicibilità stagionale e decennale
- Analisi e modellistica paleoclimatica
- Monitoraggio del clima in Italia
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Descrizione del modello EC-Earth
Modellistica meteorologica
Questa attività sviluppa strumenti numerici per simulare accuratamente i processi atmosferici dalla scala planetaria a quella turbolenta, supportando applicazioni nel campo della meteorologia, della composizione atmosferica e della dispersione. Questi strumenti sono disponibili anche per utenti esterni e supportano esigenze sociali come pianificazione energetica, valutazione del rischio e valutazioni di qualità dell’aria.
Attività
- Dinamica atmosferica e turbolenza
- Meteorologia e modellistica a mesoscala
- Modellistica accoppiata meteorologia-composizione
- Modellistica della dispersione atmosferica
- Modellistica a microscala
- Assimilazione dei dati e predicibilità
- Analisi del campo del vento in ambienti costieri
GLOBO BOLAM MOLOCH Modelli di previsione meteo CNR-ISAC
Osservazioni della Terra
Le tecnologie e le metodologie di osservazione della Terra (EO) migliorano la comprensione delle interazioni e dei feedback atmosferici nella parte superiore e inferiore della troposfera e all’interfaccia aria/suolo. Le attività si concentrano sullo sviluppo e l’integrazione di tecniche EO (satellitari e al suolo) per il monitoraggio di nubi, precipitazioni, vento, processi di interazione aria-mare e radiazioni, al fine di studiare fenomeni e processi correlati al ciclo idrologico, analizzare e monitorare eventi estremi nel bacino del Mediterraneo e studiare le dinamiche turbolente e dispersive dello strato limite atmosferico e il suo impatto su meteo e clima.
Attività
- Meteorologia satellitare e monitoraggio delle precipitazioni
- Meteorologia radar e disdrometri
- Elettricità atmosferica e tecniche multi-sensore
- Machine learning
- Fisica delle nubi e delle precipitazioni
- Assimilazione dati e nowcasting
- Fotometria e radiazione solare
- Studi sullo strato limite planetario
Per strutture di ricerca e strumenti di telerilevamento e in situ, visita: Osservazioni
Circolazione atmosferica
Questa attività migliora la conoscenza dei processi atmosferici come turbolenza, convezione e radiazione attraverso osservazioni della Terra e strumenti modellistici a diverse scale. Analizza inoltre i meccanismi di formazione, sviluppo, intensificazione e decadimento di fenomeni su scala sinottica e mesoscala come cicloni extratropicali, cicloni tropicali e di tipo tropicale, e sistemi convettivi alla mesoscala, e sviluppa schemi di parametrizzazione per modelli meteorologici e climatici.
Attività
- Teoria e modellistica dello strato limite planetario
- Instabilità e predicibilità
- Tecniche per previsioni a lungo termine
Grand Challenges
1) Il ciclo dell’acqua in un clima che cambia
Questa ricerca indaga i cambiamenti nel ciclo dell’acqua, tra cui la quantificazione e i regimi delle precipitazioni, la circolazione atmosferica, la copertura nevosa, i ghiacciai e le risorse idriche in un clima che si riscalda.
Metodi
- Modellistica e osservazione dei processi del ciclo dell’acqua su scala globale e regionale
- Valutazione dei “tipping point” e dei loro impatti
- Sviluppo di tecnologie di osservazione per studiare l’idrologia del suolo, le nubi, le precipitazioni, il vento e la radiazione
Argomenti di ricerca
- Fisica delle nubi e delle precipitazioni
- Cambiamenti del ciclo idrologico e monitoraggio della siccità
- Assimilazione dati
- Stima, tendenze e regimi di precipitazione
- Trasporto di umidità tramite circolazioni atmosferiche a larga scala (fiumi atmosferici)
- Gestione delle risorse idriche
2) Estremi climatici e meteorologici
Comprendere i meccanismi alla base delle precipitazioni e delle temperature estreme in un clima in cambiamento è una priorità. La ricerca si concentra sui processi che portano a eventi estremi, sulla loro previsione e sulle proiezioni future.
Metodi
- Modellistica ad alta risoluzione e catene di previsione integrate per la previsione, l’attribuzione e la proiezione futura di eventi estremi
- Analisi di eventi estremi storici utilizzando dati di rianalisi e strumentali, tra cui serie di temperature e precipitazioni giornaliere
- Sviluppo di tecniche di osservazione integrate con strumenti modellistici per la ricostruzione e l’analisi dei processi di formazione e sviluppo e per la caratterizzazione di eventi meteorologici estremi nel bacino del Mediterraneo
Argomenti di ricerca
- Meccanismi che causano eventi estremi
- Miglioramento delle previsioni meteorologiche e delle proiezioni climatiche
- Ricostruzione e analisi di serie storiche di eventi estremi
- Tecniche EO per il monitoraggio e la caratterizzazione degli estremi
3) Hotspot del cambiamento climatico
Questa ricerca esplora gli impatti del cambiamento climatico globale amplificati in “hotspot” come aree polari, montagne, Mediterraneo e aree urbane. Gli argomenti principali includono la comprensione dei processi, i meccanismi di accoppiamento e feedback, studi di predicibilità, riscaldamento dipendente dall’altitudine, amplificazione polare e cambiamenti climatici nel Mediterraneo.
Metodi
- Analisi di feedback e processi utilizzando set di dati e modelli osservativi
- Sviluppo di tecniche di “downscaling” stocastico
- Sviluppo di metodologie EO e analisi di set di dati osservativi a lungo termine
- Studio delle dinamiche turbolente e dispersive dello strato limite atmosferico e del loro impatto nelle aree “hotspot”
- Integrazione di tecniche osservative e di modellazione per le aree “hotspot”
Argomenti di ricerca
- Cambiamenti del ciclo idrologico ad alta quota
- Processi di amplificazione polare e artica
- Previsioni stagionali e decennali nel Mediterraneo
- Dinamiche turbolente dello strato limite atmosferico
4) Verso modelli senza soluzione di continuità vincolati alle osservazioni
Gli sforzi mirano a sviluppare modelli meteorologici e climatici con processi/parametrizzazioni vincolati alle osservazioni. Questo sistema di modelli senza soluzione di continuità migliora l’accuratezza delle previsioni su diverse scale e mira a rafforzare la catena modellistica atmosferica ISAC (Moloch/Bolam/Globo) perseguendo uno sviluppo “senza soluzione di continuità” di previsioni e modellistica.
Metodi
- Sviluppo di nuove parametrizzazioni per processi come dinamica dello strato limite e ciclo delle acque terrestri
- Applicazione di un approccio “senza soluzione di continuità” per garantire: (i) sfruttamento dei vincoli osservativi disponibili; (ii) progettazione di parametrizzazioni che possono essere integrate senza soluzione di continuità su diverse scale temporali e spaziali
- Integrazione di reti di calcolo ad alte prestazioni e infrastrutture per simulazioni ad alta risoluzione e per la gestione, l’elaborazione e l’analisi di grandi volumi di dati climatici e osservativi
Argomenti di ricerca
- Miglioramento delle parametrizzazioni di superficie e strato limite
- Miglioramento della rappresentazione di sistemi idrologici e processi di superficie
- Parametrizzazione realistica dell’emissività superficiale e dell’albedo superficiale
- Utilizzo dell’intelligenza artificiale per lo sviluppo della parametrizzazione fisica
