Descrizione del modulo "Modelli idrodinamici per la simulazione della migliore stima e previsione dello stato del mare (TA.P05.026.001)"

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  • Descrizione del modulo "Modelli idrodinamici per la simulazione della migliore stima e previsione dello stato del mare (TA.P05.026.001)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I risultati delle attività di ricerca di questo modulo hanno le seguenti potenzialità di impiego: • Gestione dell'ambiente marino pelagico e costiero, soprattutto per quanto riguarda la previsione e le analisi di diversi scenari possibili riguardo gli impatti del cambiamento climatico sugli equilibri degli ecosistemi marini e per la gestione della pesca; • Gestione delle emergenze ambientali, in particolare per quanto riguarda la previsione della dispersione e trasformazione di inquinanti e qualità delle acque; • Sviluppo della conoscenza e promozione della formazione scientifica; • Definizione di strumenti innovativi in supporto a decision maker per la definizione delle politiche ambientali nazionali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Recentemente è stato sviluppato, nell'ambito di una serie di progetti europei (mfspp, mfstep, ecoop) e nazionali (sos-bonifacio), un modello numerico di previsione dell'idrodinamica marina a scala sub-regionale (sia superficiale che profonda) per lo Stretto di Sicilia e bacino occidentale del Mar Mediterraneo entrambi forzati all'interfaccia aria-mare dai parametri atmosferici di un modello numerico di previsione atmosferica (con la possibilità di utilizzare diversi forzanti con risoluzione spazio/temporale diversi). Nel corso di questi progetti sono stati realizzate numerose simulazioni numeriche e questo ha consentito di instaurare Le tematiche di ricerca del presente modulo sono: • Mantenimento e miglioramento dell'operatività del sistema di previsione marina del Mar Mediterraneo e Canale di Sicilia; • Sviluppo ed implementazione di schemi per l'Assimilazione Dati per la produzione dei campi di analisi (assimilazione dell'anomalia del livello del mare); • Sviluppo di schemi innovativi per il miglioramento della fase di inizializzazione delle previsioni; • Calibrazione delle simulazioni (campi di analisi e di previsione) mediante utilizzo delle misure in situ e satellitari. (literal)
Competenze
  • Il gruppo di Oceanografia Operativa di Oristano (G3O) ha una pluriennale esperienza nello studio della circolazione marina del Mar Mediterraneo, con particolare interesse per quanto riguarda lo Stretto di Sicilia e Mari intorno la Sardegna. La totalità degli studi è stata realizzata attraverso l'implementazione di modelli numerici capaci di simulare la circolazione superficiale, intermedia e profonda ad una risoluzione al di sotto della mesoscala.Nel 2006 è stato messo a punto uno dei primi modelli di previsione della circolazione marina tridimensionale ad area limitata (nello Stretto di Sicilia) capace di fornire, settimanalmente, una stima futura del movimento delle masse d'acqua. Recentemente, questo sistema esegue giornalmente una previsione numerica della circolazione marina ed è stato affiancato da un secondo modello a scala sub-regionale che copre gran parte del bacino occidentale del Mar Mediterraneo. Dall'esperienza maturata sono nate numerose collaborazioni, in particolare con il Ministero del Ambiente e il Comando Generale delle Capitanerie di Porto per la gestione delle emergenze da inquinamento marino da idrocarburi e supporto alle operazioni di soccorso e recupero. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • I risultati dell'attività di ricerca svolta in questo modulo potranno contribuire allo sviluppo e il miglioramento del sistema di oceanografia operativa a livello nazionale ed europeo. Il sistema integrato di previsione marina costituisce sia uno strumento per la ricerca di base (comprendere, simulare e prevedere la struttura tridimensionale della dinamica fisica e i cicli biogeochimici marini), sia un servizio per tutti i soggetti pubblici/privati(ex altri enti di ricerca, pubbliche amministrazioni) interessati alla fenomenologia fisico/biologica marina, alla gestione sostenibile delle risorse marine e costiere ed alla loro protezione. Inoltre, sono state avanzate richieste da istituti di ricerca e committenti pubblici provenienti da paesi etra-europei (Tunisia, Libano, Indonesia e India) per il trasferimento delle conoscenze acquisite nel settore e per l'implementazione del sistema di previsione per un suo utilizzo nelle acque territoriali. (literal)
Tecnologie
  • Le previsioni del mare, cosi come quelle meteorologiche, si basano sulla risoluzione numerica di complessi sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali (modello fisico-matematico) in cui sono rappresentate tutte le leggi che sono alla base della dinamica marina. Il sistema è rappresentato dalle equazioni di Navier-Stokes per i fluidi geofisici, l'equazione di continuità, di stato e le equazioni per la conservazione della temperatura e la salinità. La risoluzione del modello matematico è ottenuta discretizzando le equazioni differenziali alle derivate parziali. Questo può essere fatto con diversi metodi, ma quello da noi maggiormente utilizzato nella pratica previsionale è il metodo alle differenze finite, anche se di recente non mancano esempi di applicazioni in aree costiere (vedi le Bocche di Bonifacio) in cui si è utilizzato il metodo degli elementi finiti perchè meglio si adattano a configurazioni complesse. In questo modo il modello fisico-matematico viene trasformato in un sistema di equazioni algebriche (modello numerico). (literal)
Obiettivi
  • • Consolidare il sistema di previsione numerica della circolazione marina a scala regionale per il Mediterraneo Occidentale e Canale di Sicilia; • Validazione delle diverse tecniche di inizializzazione delle previsioni marine (slave, active, partially active, active); • Utilizzo di tecniche innovative di Assimilazione Dati per trasferire i dati osservati al modello numerico di simulazione della circolazione marina allo scopo di produrre i campi di analisi e ottimizzare le condizioni iniziali della previsione; • Prevedere il trasporto e la trasformazione delle macchie d'olio per mezzo di modelli numerici ad alta definizione accoppiati con il sistema di previsione numerica a scala regionale; • Implementare modelli numerici per la simulazione dell'erosione, trasporto e deposito dei sedimenti e qualità delle acque costiere; • Sviluppo di modelli marini ecologici accoppiati per lo studio della predicibilità e previsione dei cicli biogeochimici; (literal)
Stato dell'arte
  • In generale, l'attività di oceanografia operativa nel Mar Mediterraneo nasce nel 1998 nell'ambito del programma MFS-Mediterranean Forecasting System con l'obiettivo di esplorare la previdibilità dell'ecosistema marino a livello di produzione primaria dalle scale di bacino alla costa. Da allora si sono iniziati ad implementare i primi sistemi di previsione marina, dalla scala di bacino fino alle aree regionali e di piattaforma continentale, con l'obiettivo della gestione sostenibile delle risorse e della protezione dell'ambiente marino. L'oceanografia operativa può essere definita come l'attività di misura sistematica a lungo termine dello stato del mare, l'interpretazione dei dati e la disseminazione dei prodotti in tempo reale. I prodotti che ne derivano sono: nowcast (fornisce una stima dello stato presente del mare), analyses (fornisce la migliore stima dello stato passato) e forecast (fornisce una stima futura delle condizioni del mare). Da ciò segue che un sistema di previsione numerica per il mare è composto principalmente da tre componenti: un sistema di osservazione in tempo quasi reale, una componente di simulazione numerica e un modulo di assimilazione dati. (literal)
Tecniche di indagine
  • I modelli numerici di previsione marina si possono dividere in due categorie: i modelli di circolazione generale (noti come OGCM da Ocean General Circulation Ocean Model) e i modelli ad area limitata (noti come OLAM da Ocean Limited Area Model). Gli OGCM descrivono la circolazione generale a scala di bacino, mentre gli OLAM sono stati da noi introdotti allo scopo di aumentare la risoluzione spaziale limitatamente all'area di interesse utilizzando le informazioni sullo stato iniziale e ai contorni aperti provenienti dal modello a scala di bacino. Questa metodologia, nota come downscaling, consente di risolvere adeguatamente le scale spaziali sempre più piccole, senza necessariamente dover risolvere anche la dinamica a grande scala. Un esempio di modello ad area limitata innestato al modello globale del Mar Mediterraneo (noto come MFS) è rappresentato dal modello numerico di previsione SCRM (da Sicily Channel Regional Model) e WMED che coprono l'area dello Stretto di Sicilia e bacino occidentale del Mar Mediterraneo. Attualmente la risoluzione spaziale di entrambi i modelli è doppia, rispetto a quello di bacino, ma nel corso dell'anno (2012) diventerà 4 volte maggiore. (literal)
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