Nell’ambito del progetto ICON-22 MeteoSvizzera mette in funzione in modo operazionale il modello di previsione numerica ICON (Icosahedral Nonhydrostatic Weather and Climate Model). Con questo passo l’attuale modello numerico COSMO viene messo definitivamente fuori servizio.
| Inizio del progetto | 01.10.2019 |
|---|---|
| Fine del progetto | 31.12.2024 |
| Regione | Nazionale |
| Stato | Progetti attuali |
Ogni giorno in Svizzera in molti settori economici sono prese innumerevoli decisioni che dipendono dalle condizioni meteorologiche, ad esempio nell’ambito agricolo o in quello della gestione dell’energia. Le previsioni meteorologiche sono indispensabili anche per il funzionamento dei sistemi di allerta precoce per eventi di maltempo, ad esempio in caso di inondazioni, tempeste o grandinate imminenti. I modelli numerici di previsione meteorologica costituiscono la base per l’elaborazione delle previsioni e delle allerte di MeteoSvizzera. Essi simulano lo stato futuro dell'atmosfera e forniscono previsioni probabilistiche per varie grandezze meteorologiche, come le precipitazioni e la temperatura. Queste vengono poi elaborate in prodotti o dati di previsione che vengono utilizzati nei vari processi decisionali. Per migliorare costantemente la qualità dei dati, delle previsioni e delle allerte, i modelli numerici di previsione meteorologica devono essere continuamente sviluppati.
Attualmente MeteoSvizzera elabora le sue previsioni utilizzando il modello di previsione numerica COSMO, in due diverse configurazioni d’insieme (COSMO-1E e COSMO-2E). Negli ultimi anni, sotto la guida del Servizio meteorologico tedesco (DWD) e dell'Istituto Max Planck per la meteorologia (MPI-M), è stato sviluppato il modello successivo a COSMO. Con la decisione strategica del consorzio COSMO di sostituire COSMO con ICON, l'ulteriore sviluppo di COSMO è stato interrotto e la comunità internazionale di sviluppatori si sta concentrando da alcuni anni sullo sviluppo di ICON, senza però trascurare la manutenzione di COSMO, che deve comunque funzionare fin quando ICON non sarà operazionale. Con il passaggio da COSMO a ICON, MeteoSvizzera investe nel rinnovo dell’infrastruttura informatica, puntando a un miglioramento della qualità delle previsioni e a rafforzare le sinergie con i progetti di ricerca in corso (GLORI-A, EXCLAIM).
L'obiettivo del progetto è quello di introdurre ICON in modo operazionale a MeteoSvizzera. L'aspetto più importante è che i nuovi modelli ICON-CH1-EPS e ICON-CH2-EPS siano in grado di superare (o almeno eguagliare) i modelli esistenti COSMO-1E e COSMO-2E in termini di qualità, vale a dire che la verifica (cioè il confronto delle previsioni con i dati misurati) fornisca dei risultati migliori rispetto ad oggi. Affinché ciò sia possibile, la versione esistente del modello ICON deve essere adattata alle caratteristiche della Svizzera.
Parallelamente all’introduzione del nuovo modello numerico di previsione meteorologica, viene rinnovata l’infrastruttura presso il Centro Svizzero di Calcolo Scientifico del Politecnico di Zurigo (CSCS). In questo modo ICON potrà essere calcolato sul nuovo supercalcolatore ALPS presso il CSCS, all’interno di un cosiddetto virtual cluster con programmi dedicati.
Un ulteriore importante passo è costituito dall’adattamento dei flussi di dati forniti dal modello ICON e che vanno verso le applicazioni che elaborano i dati grezzi trasformandoli in dati e previsioni utilizzabili dagli utenti. Gli algoritmi utilizzati in questa fase, chiamata di post-trattamento (post-processing in inglese) sono ottimizzati anch’essi all’interno del progetto ICON-22.
Come COSMO, anche ICON è un modello numerico che descrive i processi rilevanti per le previsioni meteorologiche e calcola lo stato futuro dell'atmosfera. Tuttavia, vi sono alcune importanti differenze tra i due modelli, che sono brevemente descritte di seguito.
Mentre COSMO utilizza una griglia di latitudine-longitudine (geografica) regolare, ICON è progettato sulla base di una griglia triangolare (icosaedrica). L’uso di una simile griglia ha il vantaggio che gli elementi della griglia non differiscono più nelle loro dimensioni effettive e quindi si evita la distorsione della griglia dovuta alla convergenza dei meridiani in direzione dei poli terrestri. ICON consente inoltre di riprodurre meglio la complessa e dettagliata topografia della Svizzera, caratterizzata dalla presenza delle Alpi. La nuova formulazione delle equazioni della fluidodinamica consente di procedere alla loro risoluzione anche in presenza di pendii più ripidi di quelli che potevano essere utilizzati in COSMO per descrivere l’andamento del terreno. Dalla modellizzazione più dettagliata della superficie del terreno ci aspettiamo dei miglioramenti nelle previsioni numeriche fornite dal modello. Il nuovo modello ICON mette a disposizione una funzionalità (denominata nesting) non presente in COSMO, vale a dire la possibilità, su singole regioni, di calcolare le previsioni con una risoluzione spaziale specifica, solitamente più elevata. Questa opzione offre il vantaggio di poter utilizzare la potenza del supercalcolatore in modo mirato e di gestire il modello in modo più economico.
Dal 2016, MeteoSvizzera è anche il primo servizio meteorologico al mondo a calcolare in modo operazionale il proprio modello numerico di previsione meteorologico (COSMO) su una struttura informatica basata su schede grafiche (GPU). Grazie ai minori costi hardware ed energetici delle schede grafiche, rispetto all’infrastruttura informatica tradizionale, una parte del progetto ICON-22 è dedicata all’ ottimizzazione di ICON affinché possa funzionare sulle schede grafiche (GPU).
L'ICON Model Framework porta in Svizzera una nuova generazione di modelli numerici di previsione meteorologica ed è alla base dei progetti di ricerca in cui MeteoSvizzera è significativamente coinvolta come parte della comunità internazionale di sviluppatori ICON. Questi progetti mirano principalmente a migliorare la qualità delle previsioni, considerando anche il possibile impatto dei fenomeni meteorologici, come pure a rendere più accessibile e semplice l’uso dei dati e delle previsioni prodotte.
Il Center for Climate Systems Modelling (C2SM) del Politecnico di Zurigo promuove con il progetto EXCLAIM lo sviluppo di una piattaforma di calcolo e di dati exascale per la modellazione meteorologica e climatica basata sul modello ICON, in grado di simulare il sistema atmosfera-terra-oceano dalla scala regionale a quella globale con una risoluzione spaziale significativamente più elevata di quanto sia stato possibile fino ad oggi.
Il progetto GLORI-A (GLObal to Regional ICON Alpine Digital Twin) ha come obiettivo la creazione di un modello digitale del sistema atmosfera-terra nella regione alpina, configurabile e ad alta risoluzione basato sulla capacità di previsione di ICON. GLORI-A consentirà agli utenti e a coloro che sono chiamati a prendere delle decisioni di avere a disposizione dei dati o previsioni tagliati su misura, specifici per ogni campo di applicazione, dalla gestione delle piene a quella della qualità dell’aria o della produzione energetica. Questa funzionalità è "on demand" e fornisce sia previsioni meteorologiche, sia dell’impatto dei fenomeni meteorologici. Essa è configurabile dagli utenti in base alle loro esigenze.
L’inizio dello sviluppo del modello ICON risale a circa 20 anni fa ed è stato in gran parte guidato dal DWD e dall'MPI-M. La comunità di sviluppatori ICON, di cui fa parte anche MeteoSvizzera, è cresciuta costantemente e oggi è molto più grande del consorzio COSMO, essendo composta sia da servizi meteorologici nazionali, sia da istituti di ricerca. Questa cooperazione internazionale di successo fornisce il prerequisito necessario al funzionamento e all'ulteriore sviluppo del complesso ICON Model Framework. Grazie ad esso sono possibili previsioni meteorologiche, costantemente basate sull’evoluzione della scienza e della tecnologia, che forniscono una base affidabile per i vari processi decisionali che caratterizzano la società svizzera.