I modelli meteorologici

I modelli meteorologici sono gli strumenti principali per effettuare una previsione a breve-medio termine, vale a dire dalle 12-24 ore in avanti. Volendo semplificare, si può dire che un modello meteorologico è un software, cioè un programma, che simula l'evoluzione dei sistemi atmosferici; in sostanza, questo programma risolve le equazioni del moto dell'atmosfera, su un'area più o meno grande, e ci consente di ottenere le mappe meteorologiche delle principali variabili atmosferiche per diversi istanti futuri (in questo link si possono trovare alcune mappe del modello americano GFS).

Le equazioni contenute all'interno del modello sono principalmente sette: tre che descrivono l'evoluzione nel tempo delle velocità (e quindi il vento), nelle tre direzioni, una per l'evoluzione della temperatura e una per l'evoluzione delle specie acquose (ghiaccio, acqua o vapore). A queste si aggiungono la cosiddetta equazione di continuità, la quale esprime la conservazione della massa, e l'equazione di stato dei gas, che lega tra loro le principali caratteristiche dei sistemi gassosi (pressione, volume e temperatura).
Queste equazioni, che messe insieme formano un sistema, hanno però un grosso problema: sono talmente complicate che non è possibile risolverle, e quindi applicarle, utilizzando metodi matematici.
Ci viene così in aiuto il computer, che ci consente di risolverle grazie a metodi detti numerici, ma con una importantissima conseguenza: le equazioni non possono essere più applicate in maniera continua su tutta la mia area (quindi su punti anche molto molto vicini), ma solo su un numero discreto di punti, Questi punti messi insieme formano un grigliato che ricopre, lungo le tre dimensioni, l'area su cui si vogliono fare le previsioni. Quindi, una prima caratteristica che descrive il modello meteorologico è il  cosiddetto passo di griglia, cioè la distanza tra i vari punti di questo grigliato.

Ma l'introduzione di questo grigliato implica un altro problema: tutti i fenomeni meteorologici che hanno una dimensione spaziale più piccola del passo di griglia, non possono essere descritti dalle equazioni rigorose del modello. Non si può comunque non tenerne conto, dato che i fenomeni che avvengono a scala più piccola, influiscono anche sulla scala più grande. Prendiamo la turbolenza: tutti quei vortici che avvengono ad esempio attorno agli edifici, hanno la conseguenza di frenare i flussi a scala più grande e di permettere il trasporto di umidità verso l'alto. Quindi, se non si possono descrivere con le equazioni rigorose, devo farlo con equazioni empiriche o approssimate, processo detto di parametrizzazione. I principali processi parametrizzati, oltre alla turbolenza, sono i fenomeni convettivi (temporali),  i fenomeni radiativi (interazioni con la radiazione in arrivo dal sole e con quella emessa dalla Terra), e i processi di formazione delle nubi.
Un modello meteorologico per la previsione del tempo è quindi caratterizzato dalle equazioni che contiene, dal passo di griglia e dai metodi numerici usati per risolverle.
I modelli meterologici si dividono principalmente in due famiglie: quelli di Circolazione Generale (Global Circulation Model, GCM) e quelli ad Area Limitata (Limited Area Model, LAM).
I GCM sono modelli che vengono fanno previsioni su tutto il globo terrestre; dato che il tempo di calcolo del computer deve rimanere accettabile, il grigliato su cui vengono risolte le equazioni non può essere troppo fitto. Il modello di riferimento per l'Europa, che viene girato presso il Centro Europeo per le Previsioni a Medio Termine di Reading (UK), ha un passo di griglia di circa 15 km.

I LAM sono formalmente identici ai GCM ma vengono girati su una porzione più piccola che non l'intero globo (da cui il nome "area limitata"); ne consegue che i punti del grigliato possono essere più fitti. Essi vengono "innestati" dentro i modelli GCM (come se si mettesse una lente di ingrandimento in una determinata area), i quali devono descrivere le perturbazioni che dall'esterno entrano nell'area del modello LAM. Il modello ad area limitata di riferimento per la Protezione Civile Italiana è il modello LAMI (Limited Area Model Italia), che ha un passo di griglia di 7 km.
I modelli meteorologici risultano quindi di fondamentale importanza per le previsioni meteorologiche, ed è stato grazie a loro che l'affidabilità delle previsioni è aumentata enormemente negli ultimi anni. Naturalmente, la presenza di qualche approssimazione può introdurre degli errori più o meno grandi nella simulazione, con la conseguenza che la valutazione soggettiva del meteorologo risulta ancora essere necessaria e fondamentale.