Ecco che cosa c’è dietro una previsione numerica

I modelli globali principali che noi conosciamo e consultiamo ogni giorno, siano essi l’ECMWF, le MRF, le NGP, dell’UKMO, di Meteo France ecc., o i modelli ad area limitata (LAMBO, BOLAM, DALAM, ecc.) sono tutti modelli deterministici. Cioè, le 6 variabili meteorologiche fondamentali (i campi di: geopotenziale, temperatura, umidità, componenti orizzontali del vento e pressione superficiale) sono analizzati e previsti usando le leggi della fisica dei fluidi: il secondo principio della dinamica e il primo principio della termodinamica (ed altro) ne costituiscono l’ossatura.

Quindi cominciamo a sgombrare il campo da quanto non serve: nella parte che costituisce il cuore della previsione numerica, teoria della probabilità e del caos e statistica non hanno voce.
Si è anche parlato di quantistica, ma non ho capito a che pro. Intendiamoci, la fisica quantistica è, per così dire, la madre di tutte le fisiche, ma non va scomodata per così poco. La fisica classica (così definita dopo la formulazione delle teorie quantistiche) ne rappresenta una semplificazione, ma basta e avanza per gli scopi meteorologici.

L’atmosfera va vista come un mezzo continuo e non come costituita da molecole (o “quanti” di materia ed energia) che ne giustificherebbero la trattazione quantistica. E’ però anche vero che delle equazioni cosi come sono (già da qualche secolo) non sapremmo come trattarle: la soluzione analitica non è semplice.

Negli anni 50 sono arrivati i calcolatori ed un nuovo mondo si aperto ai previsori. Però si è dovuto considerare l’atmosfera non più come un mezzo continuo ma discreto ed il motivo è semplice: non è possibile conoscere lo stato fisico di ogni punto dell’atmosfera e le previsioni non possono essere fatte per gli infiniti istanti temporali che ci sono in un secondo.

Ecco quindi che sono state introdotte griglie di punti, di numero definito e facilmente affrontabile da un calcolatore, sui quali definire i valori delle variabili meteo.
Questa operazione è detta di “discretizzazione” (parolone orribile) e potrebbe portare qualcuno, in maniera impropria, a parlare di “quantizzazione”.

Ma la quantistica, ripeto, non c’entra, si tratta solo di una semplificazione matematica, attuata tramite le formule, appunto, dell’analisi numerica che permette di riscrivere le equazioni analitiche e di adattarle all’utilizzo del calcolatore.
Una volta che l’analisi iniziale è stata definita in tutti i punti del grigliato, si procede con il calcolo numerico dell’evoluzione dei 6 parametri suddetti a passi di tempo regolari, ad esempio 15 secondi.

Quindi per arrivare ad avere una previsione a +24 ore, si procede con la stima dei nuovi valori delle 6 variabili prima a +15 secondi, poi a +30, +45… fino ad arrivare alla scadenza voluta. Tutto quello che c’è im mezzo tra l’istante iniziale e finale è, dunque, perfettamente noto, il principio di indeterminazione, proprio della meccanica quantistica, non va applicato.

Anche le previsioni tramite le “Ensamble Prediction System”, che aggiungono una probabilità alla previsione operativa, sono previsioni deterministiche fatte con lo stesso modello usato in maniera operativa.

Tutto questo rappresenta quanto è attualmente in uso quotidiano in giro per il mondo. Teorie di altro tipo non sono da escludere, ma non sono di uso operativo.
Autore : Paolo (“radar” nel forum)