L’abilità di prevedere piogge torrenziali in aree ridotte potrebbe cambiare il modo in cui gli urbanisti pianificano la gestione delle alluvioni e, potenzialmente, salvare delle vite.
di Emerging Technology di arXiv
Le previsioni meteorologiche sono sorprendentemente accurate se si considera il variabile e talvolta caotico clima della Terra. Spesso è possibile effettuare previsioni di 10 giorni con un ragionevole livello di accuratezza. Resta ancora molto da fare, però. Una delle principali sfide per i meteorologi è rappresentata dalla possibilità di elaborare previsioni “nowcasting” che sappiano illustrare le variazioni climatiche che si verificheranno nell’arco di sei ore all’interno di una superficie ridotta, pari o inferiore al km2.
Nelle regioni dove le condizioni climatiche possono variare rapidamente, questo genere di previsione risulta difficile. E la posta in gioco è alta. La dipendenza delle imprese agricole da questa tecnologia è in aumento, così come la sicurezza di eventi sportivi o, nel caso di alluvioni improvvise, la vita delle persone. Il problema delle alluvioni è sempre più grave a causa del cambiamento climatico e di opere urbanistiche incapaci di affrontarle.
I meteorologi sono comprensibilmente in cerca di una soluzione che consenta loro di effettuare previsioni sempre più precise. È qui che fa il suo ingresso in scena Blandine Bianchi dell’EPFL di Losanna, in Svizzera, che assieme ai colleghi ha sviluppato un metodo per abbinare i dati meteorologici raccolti da fonti differenti per produrre nowcast più accurati. Questo lavoro presenta il potenziale per cambiare l’utilità di questo genere di previsione per tutti; da coltivatori e giardinieri a servizi di pronto intervento e ingegneri.
Le attuali previsioni sono limitate dai dati e dalla portata dell’area cui fanno riferimento. I dati satellitari, ad esempio, offrono una risoluzione spaziale compresa fra i 50 e i 100 km e permettono di tracciare e prevedere l’evoluzione di grossi banchi di nuvole in un arco di tempo compreso fra le sei e le nove ore. D’altro canto, i dati radar vengono aggiornati ogni cinque minuti con una risoluzione spaziale di circa 1 km2 e permettono di effettuare previsioni per un arco di tempo di tre ore. Un’altra fonte di dati sono i collegamenti microonde utilizzati dalle società di telecomunicazioni; la precisione di questa fonte, però, viene compromessa dalle precipitazioni.
La tecnologia radar ha certamente un grande potenziale per le previsioni nowcast, e i meteorologi hanno indubbiamente investito notevoli risorse per studiarla. L’approccio più semplice consiste nell’immortalare la condizione attuale di un fenomeno atmosferico come la pioggia, misurandone velocità e direzione, e trasferirne il pattern all’interno dell’area circostante.
Questa soluzione funziona nei brevi periodi ed entro i 4 km di distanza. Dopo circa 40 minuti, qualunque possibilità di previsione va perduta, spiegano Bianchi e co. Con una risoluzione maggiore su un’area di 1 km, questa funzione si riduce ulteriormente ad appena 15 minuti di autonomia.
Un modo per migliorare queste previsioni consiste nel correlare le immagini radar e le misurazioni a terra dei livelli di precipitazioni. Questo approccio consente di vincolare e affinare i modelli meteorologici e, in sostanza, è la tecnica sviluppata da Bianchi e dai suoi colleghi.
Il team ha unito i dati raccolti nel 2009 da 14 pluviometri, 14 collegamenti a microonde e le misurazioni radar di MeteoSwiss sull’area di 20×20 km attorno a Zurigo, in Svizzera, e utilizzato i dati relativi un preciso lasso di tempo per prevedere le precipitazioni in lassi di tempo della durata massima di 30 minuti.
Trattandosi di dati storici, i ricercatori hanno potuto confrontare le previsioni con i rilevamenti reali ed appurarne l’accuratezza. I risultati sono promettenti. Una delle deduzioni più importanti di questi modelli meteorologici è risultata la costante variazione atmosferica, conosciuta come persistenza Lagrangiana e nota per la sua frequente accuratezza.
Quando questa previsione risulta corretta, spiegano Bianchi e colleghi, la loro nowcast produce previsioni accurate di ciò che accadrà fino ai 20 minuti successivi ed entro un’area ridotta di 500 metri; un risultato sorprendente. Le implicazioni sulla gestione in tempo reale delle vie d’acqua nei sistemi fognari delle città, così come nelle attività agricole, sarebbero notevoli.
La persistenza del moto di Langrange, purtroppo, non è sempre reale. Talvolta l’atmosfera manifesta cambiamenti imprevisti – aumenti di temperatura improvvisi, ad esempio, che possono scatenare celle di convezione. In queste circostanze, la precisione del sistema predittivo decade drasticamente. “Nel caso degli eventi convettivi, le prestazioni dell’algoritmo di nowcast decade rapidamente dopo appena 15 minuti, a causa dei rapidi sviluppi nei movimenti delle celle di pioggia”, spiegano Bianchi e co.
Questa circostanza pone dei seri vincoli alle potenzialità di questo genere di nowcasting. Ciononostante, persino la capacità di caratterizzare l’incertezza di un nowcast rappresenta un importante passo in avanti. Resta ancora molto lavoro da svolgere, ma nowcast più accurati su aree di centinaia di metri rappresentano già un traguardo prossimo per i meteorologi.
Per approfondimenti: Rainfall Nowcasting By Combining Radars, Microwave Links And Rain Gauges
