Il mondo della meteorologia è affascinante e complesso, costellato di modelli matematici, dati e grafici che cercano di interpretare il comportamento caotico dell'atmosfera. Tra questi strumenti, un posto di rilievo è occupato dai grafici a "spaghetti", un metodo intuitivo per valutare l'incertezza nelle previsioni meteo a medio-lungo termine. Questo articolo esplorerà in dettaglio il significato di questi grafici, come interpretarli e quali informazioni preziose possono offrire.
Cosa Sono gli Spaghetti Meteo?
Il termine "spaghetti meteo" deriva dalla somiglianza visiva del grafico con un piatto di spaghetti, grazie alle numerose linee multicolori che si intrecciano e si diramano. Questi grafici offrono un'indicazione di come potrebbe evolvere il tempo in un periodo fino a 15 giorni.
Origine del Termine
L'appellativo "spaghetti" è stato adottato proprio per la presenza al centro del grafico di linee mosse multicolori che si diramano da un asse all'altro, ricordando la forma della pasta italiana.
Come si Presenta il Grafico
Un tipico grafico a spaghetti meteo è strutturato come segue:
- Asse delle ordinate (verticale): Indica la temperatura a circa 1400 metri di quota, con valori che variano da -30 a +30 gradi Celsius e lo 0 al centro.
- Spaghetti multicolori: Rappresentano le diverse possibili evoluzioni delle variabili atmosferiche calcolate dai modelli matematici.
- Linee principali: Tra le numerose linee, spiccano:
- Linea bianca: La media di tutti gli "spaghi", che rappresenta la previsione più verosimile.
- Linea verde: La corsa principale del modello, ovvero la previsione ottenuta con i dati iniziali misurati.
- Linea rossa: Una media storica della temperatura, utilizzata come riferimento per confrontare le previsioni attuali.
- Asse delle ascisse (orizzontale): Indica i giorni di riferimento e, tramite i sali-scendi degli spaghetti, le possibili evoluzioni delle precipitazioni, con la linea bianca centrale che ne indica la media.
- Ordinata di destra: Esprime i possibili millimetri di pioggia, con numeri che vanno da 0 a 50.
Uscite Giornaliere dei Modelli
I modelli matematici utilizzati per le previsioni meteo, come il Global Forecast System (GFS), effettuano corse giornaliere (uscite) per calcolare le variabili atmosferiche. Queste corse vengono eseguite mediamente quattro volte al giorno (00:00, 06:00, 12:00, 18:00 UTC). Ad ogni uscita, il modello, inizializzato con dati reali presi in atmosfera all'ora zero di partenza, esegue miliardi di calcoli e stima l'evoluzione delle variabili iniziali a distanza di ore e giorni. Questo viene fatto a livello globale, fornendo dati di riferimento per ogni punto della terra individuato con coordinate di longitudine e latitudine.
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Cluster e Run Perturbati
Per cercare di limitare gli errori inevitabili dovuti alla natura dei dati calcolati a distanza di giorni, vengono eseguiti run "perturbati" parallelamente alla corsa principale del modello. Questi run inseriscono parametri non calcolati nella corsa principale. Questa metodologia, detta "perturbazione", viene applicata a due gruppi di 10 run ciascuno: uno perturbato positivamente e l'altro negativamente. L'insieme dei run assemblati tra loro nella rappresentazione grafica viene detto cluster modellistico. Lo scopo è ottenere una diversità di calcolo rispetto al run principale e valutare quanto si discosta da esso. La linea media risultante, di colore bianco, rappresenta la tendenza più valida in termini di temperatura e precipitazioni.
Esempio di Lettura del Grafico
Facendo un esempio di lettura del grafico, si possono dedurre le seguenti informazioni:
- Le fasi maggiormente perturbate si verificheranno in determinati periodi, identificabili dai picchi di piogge lungo l'asse delle ascisse.
- La temperatura può essere vista sopra o sotto la media, a seconda della posizione della linea bianca rispetto alla linea rossa.
Interpretazione Dettagliata
Analizzando un grafico specifico, ad esempio quello relativo all'area intorno a Roma, si possono individuare periodi con maggiori picchi di pioggia, indicando fasi più perturbate. Confrontando la linea bianca (media delle previsioni) con la linea rossa (media storica), si può determinare se la temperatura prevista sarà sopra o sotto la media stagionale.
Spaghetti Ensemble (ENS)
Stilare previsioni meteo significa imbattersi quotidianamente in probabilità e scenari diversi. Gli Spaghi Ensemble (ENS) aiutano i previsori a consultare tali proposte dei modelli in modo pratico.
Il Processo di Calcolo
La previsione del tempo è soggetta a errori. Le equazioni impiegate nelle simulazioni subiscono evoluzioni che portano agli scenari che vediamo nei pannelli dei modelli, dall'orario 0 al fine run. Le evoluzioni avvengono a partire da un insieme di stati iniziali, ossia un insieme di valori dei vari parametri misurati ad un determinato orario (solitamente in simultanea a livello globale, alle ore 00 e 12 UTC). La raccolta di tali dati (temperatura alle varie quote isobariche, umidità, vento) avviene per mezzo dei radiosondaggi.
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Il processo di calcolo introduce, ai valori iniziali misurati, delle variazioni ponderate dette perturbazioni, che apportano alcune differenze al dato misurato. Una volta scelto il parametro, si avrà il pannello che riassume tutte le probabilità proposte dal modello. Nella legenda laterale si troverà l’elenco degli spaghi “pertubatori”, che rappresentano ciascuno una riproduzione, con parametri differenti, del perturbatore di Controllo.
Spaghi Importanti
Tra le varie decine di spaghi, ne troveremo alcuni importanti che sono evidenziati da un maggiore spessore:
- Controllo: l’elaborazione principale dei vari spaghi, ed inserisce i dati di partenza in maniera pura, senza alcuna variazione.
- Operativo: rappresenta la corsa ufficiale del modello preso in considerazione, diverso da un punto di vista operazionale e che spesso cerca di fiutare nuove condizioni da poter prendere in considerazione.
Attendibilità delle Previsioni
Una volta ottenuto il fascio di spaghi, si avrà un’idea più chiara di quella che può essere l’evoluzione: se il gruppo di spaghi si presenta piuttosto compatto, vuol dire che l’evoluzione ha un elevato grado di attendibilità e dunque di possibilità che si realizzi. Nel medio termine, invece, può capitare di trovare spaghi ancora compatti oppure diversi fasci di spaghi: in questo caso, con più di un possibile scenario, l’attendibilità scende. Nel lungo termine, oltre le 120 ore, è invece raro trovare scenari concordi, per cui avremo sempre spaghi aperti a ventaglio, con bassa affidabilità.
La lettura della temperatura a 850hpa è quella più frequente: da questo parametro è possibile (assieme ad altri dettagli) ricavare una possibile temperatura al suolo.
Modelli Matematici e Previsioni
Un modello matematico di previsione meteorologica si basa sulle misure di una serie di parametri (temperatura, pressione, umidità ecc.), effettuate simultaneamente a livello globale (ore 00 e 12 UTC, ora del meridiano di Greenwich), che poi vengono utilizzate in formule, così detti algoritmi, per calcolarne l’evoluzione futura. Trattandosi di simulazioni e semplificazioni, il calcolo può essere affetto da una serie di imprecisioni, che rendono la prognosi incerta.
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Metodo ENSEMBLE (ENS)
Una tecnica che consente di valutare l’attendibilità della proiezione modellistica è il così detto metodo ENSEMBLE (ENS), che consiste nell’introdurre, nel valore iniziale misurato, delle perturbazioni (variazioni ponderate), ovvero apportare delle piccole differenze rispetto al dato effettivamente misurato. Il modello viene quindi rilanciato più volte con valori iniziali ogni volta leggermente modificati. Il risultato è un ventaglio di possibili evoluzioni.
Interpretazione dei Grafici "Spaghetti"
La rappresentazione di queste possibili evoluzioni avviene attraverso dei grafici, chiamati “spaghetti”. Il grafico rappresenta il possibile andamento della temperatura nella libera atmosfera alla quota di circa 1450 m. La linea rossa rappresenta la media storica, ovvero il valore “normale” che ci si dovrebbe attendere, la linea verde chiaro in grassetto la proiezione del modello operativo (OP nel grafico), ovvero quello ottenuto con l’inserimento iniziale dei dati effettivamente misurati, e ogni ulteriore singola linea rappresenta un insieme di possibili risultati ottenuti introducendo le piccole “perturbazioni” iniziali; la linea nera rappresenta la media di tutti i possibili scenari.
Quando le linee risultano molto ravvicinate significa che il modello ha una buona attendibilità, poiché, introducendo delle modeste variazioni al dato iniziale, la prognosi non diverge in maniera significativa. Quando invece le diverse linee, rappresentanti ognuna una diversa previsione modellistica e quindi un diverso possibile scenario, risultano lontane tra di loro significa che la proiezione modellistica ha una bassa attendibilità, poiché è sufficiente una piccola variazione iniziale a determinare prognosi molto diverse.
Generalmente, tanto più ci si allontana dal punto di partenza, cioè dal momento della misura dei dati iniziali, tanto più i possibili scenari tendono a divergere. Le previsioni a lungo termine hanno una bassa attendibilità e vengono normalmente utilizzate per tracciare una linea di tendenza.
Attendibilità dei Modelli
Gli spaghetti ensemble si basano sulle emissioni modellistiche GFS (Global Forecast System) dette runs (corse). Tali emissioni vengono elaborate 4 volte al giorno, ogni 6 ore. Ogni run è caratterizzato dall’indicazione dell’orario di emissione e seguìto dalla lettera z (ora zulu). Lo scopo degli spaghetti è quello di verificare come il modello si comporta nei vari, piccoli, scostamenti nei parametri di previsione; in pratica, viene fatta l’elaborazione per più volte, 21 per l’esattezza, e ognuna di esse calcola un determinato evento che viene rappresentato da uno “spago”. Su ognuno di essi viene applicato una sorta di “micro evento” esterno, non preventivamente inserito nel modello stesso, che ne distorce il suo corso e che, quindi, prende il nome di “perturbazione“.
Analisi dei Parametri Previsionali
Alla fine avremo, quindi, una serie di linee per ogni parametro previsionale. Interpretare gli SPAGHI non è poi così difficile. Nella parte centrale del grafico viene analizzato l’andamento delle termiche alla quota isobarica di 850 hpa (circa 1500 metri di quota) - Considerando una variazione di circa 0,7°C per ogni 100 metri di quota, si ricava facilmente la temperatura alla quota da noi desiderata - mentre i valori riportati sull’asse verticale lato sinistro mostrano la scala delle temperature; nella parte bassa sono indicate le possibili evoluzioni delle precipitazioni, mentre i valori riportati sul suo lato verticale destro mostrano i riferimenti delle precipitazioni espresse in millimetri.
Tendenze a Breve, Medio e Lungo Termine
Tutti gli spaghi saranno caratterizzati da una tendenza a breve termine abbastanza concorde, quella a medio termine più discorde e per finire quella a lungo termine in cui la tendenza sarà molto vaga e di difficile lettura.
L'Effetto Farfalla
Dall'inizio degli anni '90 i principali centri di previsione americani (NCEP) ed europei (ECMWF) hanno iniziato ad utilizzare le previsioni ensemble per stimare oggettivamente l'incertezza delle previsioni. Le linee mostrano generalmente un andamento fortemente omogeneo nel breve periodo (primi due giorni), in cui risultano tutte accorpate sui medesimi valori di previsione, mentre con l'allungarsi dell'orizzontale temporale le diverse simulazioni divergono creando il cosiddetto effetto "a spaghetti", tipico dell'ensemble.
Sensibilità alle Condizioni Iniziali
Si tratta, di fatto, dell'"effetto farfalla" di Lorenz, per cui all'aumentare del tempo di simulazione anche infinitesime variazioni nello stato iniziale possono portare a grandi variazioni dello stato dell’atmosfera. In generale, la predicibilità dell’atmosfera dipende dalle aree in cui si studia la sua dinamica: laddove sono presenti forti gradienti di temperatura (per esempio, tra la terra e l’oceano) o dove un’orografia complessa (per esempio, il Mediterraneo) ostacola e modifica il movimento delle masse d’aria, il comportamento delle traiettorie di evoluzione è più irregolare e, quindi, è più probabile ricadere quanto prima nel caso di scarsa predicibilità.
Come Leggere gli Spaghi: Esempio Pratico
Gli spaghi meteo ensemble sono un utilissimo strumento per un’attenta analisi, sia a breve che a medio-lungo termine, di vari parametri previsionali, come temperatura, pressione e precipitazioni.
L'Importanza delle Condizioni Iniziali
Questa breve storia dimostra come un piccolo cambiamento nelle condizioni iniziali (i 10 secondi persi con le chiavi) abbia effetti insignificanti a breve termine, mentre con il passare del tempo, gli effetti possono essere notevoli.
Elaborazione dei Run
Il primo run del modello, detto run di controllo, viene elaborato dai modelli matematici inserendo i dati così come si hanno a disposizione al momento dell’ elaborazione. Successivamente il modello viene fatto girare inserendo gli stessi dati, ma leggermente modificati: di solito 10 volte positivamente, 10 volte negativamente (questo per compensare inevitabili errori strumentali). Abbiamo così ottenuto 21 scenari. Ad essi viene poi aggiunto quello ensemble, che è la media degli altri, più il run ufficiale, che invece fa una sorta di media pesata, o normalizzazione, in base alla significatività delle perturbazioni introdotte ed alla deviazione standard che ne risulta.
Attendibilità nel Breve, Medio e Lungo Termine
Il primo dato che ricaviamo dagli spaghi è quello dell’attendibilità di una previsione. Nel breve termine gli spaghi sono molto ravvicinati: la perturbazione dei dati non ha effetti significativi, dunque la previsone è molto attendibile. Se nel medio termine (3-6 giorni) gli spaghi sono ancora abbastanza stretti, non ci saranno grandi stravolgimenti previsionali, dunque il modello ha un grado elevato di attendibilità; se al contrario si iniziano ad aprire (cioè a discostarsi l’uno dall’altro) il quadro meteorologico è ancora incerto. Ad esempio una figura barica anticiclonica è più prevedibile rispetto ad una figura perturbata (una goccia fredda). Molto spesso nel lungo termine gli spaghi sono aperti: ecco perchè le previsioni sono poco attendibili quando si superano i 5-6 giorni.
Parametri Chiave e Legenda
I parametri da cui si ricavano i grafici ensemble sono svariati: principalmente si utilizza quello con temperatura a 850hpa, temperatura a 500hpa e precipitazioni. Gli spaghetti si leggono come un asse cartesiano. Sulla sinistra si trovano i valori delle temperature, sulla destra i millimetri (per le precipitazioni). Alcuni modelli inseriscono anche la probabilità che le precipitazioni siano nevose. Per individuare i run ufficiale, di controllo ed ensemble bisogna affidarsi ad una legenda.
Conclusioni sull'Utilizzo degli Spaghi
Si possono trovare grafici anche per temperatura al suolo, vento, pressione, indice CAPE, indice ThetaE. In conclusione, gli spaghi sono uno strumento essenziale (ma non sufficiente) per fare corrette previsioni e avere contezza della loro attendibilità. Un’ ultima raccomandazione: mentre in caso di spaghetti ravvicinati è molto comodo utilizzare la media ensemble, nella situazione opposta (spaghi distanziati) la media è ingannatrice: ad esempio, per la temperatura, si rischia di affermare che rimarrà invariata, mentre in realtà ci saranno grandi variazioni non ancora definibili.
Quando una Tendenza è Attendibile?
Guardando i modelli matematici come GFS a lungo termine, siamo spesso presi dallo sconforto o dall'esaltazione, a seconda della configurazione prevista. Tuttavia, come è noto, le proiezioni a lungo termine hanno una bassissima attendibilità e vengono il più delle volte utilizzati per avere un'idea sulle possibili tendenze. Perciò molti si chiedono: quando una carta (o meglio, una tendenza) può essere considerata attendibile?
Verifica del Comportamento del Modello
Essi non sono altro che una specie di riassunto dell'elaborazione del run GFS, che viene generato modificando leggermente i parametri iniziali del modello. Lo scopo degli spaghetti è proprio quello di verificare come il modello si comporta in presenza di micro-scostamenti nei parametri previsionali. In tal modo si ricaverà per ogni parametro previsionale (es. precipitazioni o temperatura ad una certa quota) un fascio di linee (spaghetti per l'appunto), che piu' verranno proiettati in là nel tempo, più si scosteranno l'uno dall'altro. La distanza tra i diversi spaghetti evidenzia la stabilità del modello in un certo momento: se dopo pochi giorni le linee tendono a scostarsi molto l'una dall'altra significa che la previsione a medio-lungo termine del modello è molto lacunosa e soggetta a potenziali repentini stravolgimenti.
Come dicevamo, i vari run effettuati sono 21: uno, che sarà quello di controllo, utilizza i dati sinottici e termici così come si trovano al momento dell'elaborazione, 10 vengono perturbati positivamente e 10 negativamente.
Cosa sono gli SPAGHI e come leggerli
I cosiddetti spaghi o spaghetti sono semplicemente grafici meteorologici. Essi rappresentano un modello previsionale sull'evoluzione delle condizioni atmosferiche in un arco temporale di alcuni giorni, basato sulle rilevazione e sull'elaborazione dei dati meteo raccolti in giro grazie ai radiosondaggi (palloni sonda) e alle stazioni terrestri distribuite sul tutto il globo. Come si può notare nella maggior parte di questi grafici, sono presenti tre linee pricipali a diversa altezza: una nella parte più alta, una nella parte intermedia e una in basso.
Linee e Quote dell'Atmosfera
Come avete modo di leggere, sulle due linee più in alto (o talvolta nel titolo del grafico) è presente un'indicazione aggiuntiva. Tale indicazione fa esplicito riferimento ad una quota dell'aria, la quale però non è identificata dall'altezza in metri rispetto al livello del mare, ma dalla pressione atmosferica. La linea più in alto è usualmente quella indicata da 850 hPa, mentre la linea intermedia da 500 hPa. Poichè la pressione atmosferica diminuisce con l'aumentare della quota (perchè le particelle dell'aria, esattamente come tutti gli altri corpi, risentono della forza di gravità) la linea degli 850 hPa si riferisce ad un'altezza di circa 1400 metri al di sopra del livello del mare (questo perché la stessa pressione potrebbe trovarsi ce altezze anche superiori. Dipende chiaramente dalla condizione atmosferica).
Instabilità Atmosferica e Nuvole
Nel secondo caso, questa è detta condizione d'instabilità atmosferica ed è alla base dello sviluppo della nuvolosità. Man mano che l'aria calda sale infatti, tenderà a condensarsi laddove la temperatura risulti più bassa di essa. Pensate a quando alitate su un vetro. La condensa che vedete subito dopo è dovuta alla differenza di temperatura tra il vostro fiato e quella del vetro, quest' ultimo più freddo. Se, per questo motivo, l'aria condensa in goccioline (formando le nuvole), vuol dire che si raffredda, per cui piomba verso il basso per poi tornare nuovamente a salire. A inizio cioè un ciclo "convettivo", che, sotto opportune condizioni, può dar luogo anche a violenti temporali. Sulla sinistra del grafico sono incolonnati i valori di temperatura dell'aria. A partire dall'alto e procedendo verso il basso, si passa dai valori positivi ai valori negativi. A questo punto resta da analizzare la sola linea più bassa. Questa si riferisce alle precipitazioni e la sua scala graduata in mm è quella riportata sulla destra del grafico.
Perturbazioni Controllate e Previsioni
Non sono altro che perturbazioni controllate indotte dallo stesso modello previsionale. In parole povere, ognuna di quelle linee colorate fa riferimento a una diversa previsione meteorologica rispetto a quella ufficiale (linea nera). Chiaramente, se volessimo conoscere la situazione meteo di domani, vediamo che queste linee secondarie sono sovrapposte quasi del tutto alle principali, segno che la previsione è più certa e affidabile.
Sotto la linea delle precipitazioni sono riportati i giorni del mese in corso. Le linee degli 850 e 500 hPa mostrano l'andamento della temperatura col passare del tempo alle rispettive quote. Si ricordi sempre che, al di là di tutti i modelli possibili ed immaginabili, incluso questo appena rivelato, l'osservazione in situ rimane sempre al primo posto per una previsione meteorologica affidabile.
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