GLORI4DE: analisi dei risultati raggiunti dal progetto

Si è concluso GLORI4DE (Global-to-Regional ICON Digital Twin for Destination Earth), il progetto guidato da CINECA che aveva l’obiettivo di esplorare le capacità interoperabili fornite dal Digital Twin Engine per connettere il Digital Twin globale Weather-Induced Extremes, entrambi sviluppati da ECMWF all’interno di DestinE, con un gemello digitale regionale, GLORI DT (Global-to-Regional ICON Digital Twin), sviluppato dal Consorzio COSMO. 

Questa estensione offriva un’opportunità unica per sperimentare trasferimenti tecnologici e potenziali sinergie tra i DestinE Digital Twins e altre iniziative complementari nazionali e regionali. 

L’Agenzia ItaliaMeteo è stata coinvolta nel Work Package 4 (Dimostrazione di compatibilità della piattaforma applicativa) dove ha coordinato le attività di valutazione dei risultati ottenuti in termini di simulazione dei due Digital Twin, il livello di interoperabilità e l’accesso ai sistemi di gestione dei dati DestinE e ha analizzato la qualità delle simulazioni ottenute. 

Descrizione del sistema 

GLORI4DE è un progetto di ricerca che mira a migliorare l’integrazione tra diversi sistemi di previsione meteorologica, con l’obiettivo di ottenere simulazioni più accurate e affidabili. Il progetto si concentra in particolare sull‘ottimizzazione dello scambio e della gestione dei dati tra due gemelli digitali: quello basato sul modello ICON, utilizzato operativamente dall’Agenzia ItaliaMeteo e da numerosi partner europei, e quello basato sul modello IFS (Integrated Forecasting System), sviluppato da ECMWF. 

Il progetto si è articolato nello sviluppo di quattro scenari, ovvero diverse integrazioni tra i due sistemi in termini di utilizzo della previsione di IFS, gestione delle condizioni iniziali e al contorno, integrazione dei diversi strumenti per lo scambio e la gestione del flusso dei dati. 

Per la validazione del prototipo è stato selezionato Scenario 3, che include: 

• Recupero delle condizioni iniziali e al contorno da IFS e delle osservazioni; 

• Assimilazione dei dati osservati usando un ensemble da 20 membri; 

• Esecuzione di tre run di ensemble di ICON (20 membri, durata 48 ore), sul dominio alpino individuato dal progetto GLORI (2.2 km) e dominio annidato (1.1 km) 

Queste previsioni sono state confrontate contro: 

• Osservazioni, nella fattispecie le cumulate stimate dal composito radar italiano corrette con i pluviometri; 

• Run operativo di ICON-2I (risoluzione orizzontale di 2.2 km). Si sottolinea come questo run giri operativamente su un dominio diverso da quello considerato e come le condizioni iniziali siano generate, tramite l’assimilazione, utilizzando osservazioni diverse da quelle usate in questi test. 

Valutazione dei risultati

I giorni tra il 16 e il 19 ottobre 2024 sono stati caratterizzati da forti piogge in diverse zone d’Italia e da un importante evento alluvionale nella regione Emilia-Romagna. Questo periodo è stato quindi selezionato per testare il corretto funzionamento del prototipo. In particolare, per l’analisi e la validazione dei risultati sono stati scelti due giorni e due aree differenti: 

• 17 ottobre: Regione Liguria 

• 19 ottobre: Regione Emilia-Romagna 

Il 17 ottobre, il modello prevede correttamente la pioggia intensa su Liguria e Francia meridionale, ma sottostima le precipitazioni su Emilia-Romagna e Toscana. La figura 2 mostra le mappe di precipitazione cumulata su 12 ore, con risoluzione orizzontale di 2.2. km, di 6 dei 20 membri dell’ensemble. La precipitazione prevista sulla Liguria e sulla costa meridionale della Francia è consistente tra i 6 diversi membri, mentre sull’Italia orientale si osserva una maggiore variabilità. Il run di controllo (ICON-2I operativo) mostra una performance migliore, probabilmente dovuta alla maggiore estensione del dominio (Figura 3). 

Per l’evento alluvionale del 19 ottobre, la figura 4 mostra un maggiore dettaglio sulla Regione Emilia-Romagna.

In questo caso si osserva una maggiore variabilità tra i membri ensemble, alcuni dei quali rappresentano correttamente la localizzazione e l’intensità delle precipitazioni. In questo caso la corsa operativa mostra il campo previsto spostato maggiormente verso nord. Le differenze sono attribuibili alle diverse condizioni iniziali e al contorno, assimilazione e dimensione del dominio. 

Impatto sulle Previsioni Idrologiche 

Le precipitazioni previste dall’ensemble GLORI sono state utilizzate come input per il modello afflussi-deflussi Topkapi (Ciarapica e Todini, 2002), operativo presso Arpae come parte della catena previsionale meteo-idrologica. Questa valutazione aggiuntiva ha avuto l’obiettivo di analizzare l’impatto dell’utilizzo delle precipitazioni previste in un approccio modellistico in cascata per un’applicazione idrologica. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con gli idrologi di Arpae. 

L’analisi si è concentrata sul 19 ottobre, sul bacino del fiume Reno. 

La portata è stata calcolata utilizzando sia le previsioni dell’ensemble a 48 ore, sia alcune configurazioni del modello deterministico ICON che erano state precedentemente testate al fine di valutare l’impatto dell’aumento della risoluzione orizzontale di ICON sul dominio italiano. Si sottolinea che queste configurazioni sono associate a cicli di assimilazione diversi, ad un dominio differente, e producono previsioni fino a un massimo di 24 ore.  

Nei grafici seguenti, la portata calcolata dal modello Topkapi utilizzando come input le precipitazioni osservate viene confrontata con le portate calcolate utilizzando come input le precipitazioni previste dai venti membri dell’ensemble dello Scenario 3. 

In particolare: 

• La linea nera continua in grassetto indica la portata calcolata utilizzando come input le precipitazioni osservate; 

• Le linee grigie indicano le portate calcolate utilizzando come input le precipitazioni previste dai venti membri dell’ensemble dello Scenario 3; 

• La linea nera tratteggiata rappresenta la portata osservata effettiva; 

• Le linee colorate indicano le portate calcolate utilizzando le precipitazioni previste dalle diverse configurazioni deterministiche del modello ICON; 

• Le linee orizzontali gialla, arancione e rossa corrispondono alle soglie di portata utilizzate nel sistema di allertamento regionale di Arpae (queste soglie variano in base alle diverse sezioni fluviali considerate). 

Conclusioni 

L’analisi di questi risultati mostra quindi una buona coerenza tra i membri dell’ensemble e le osservazioni e evidenzia la capacità del modello di riprodurre picchi di portata osservati, mentre la dispersione dei membri dell’ensemble mostra una buona rappresentazione dell’incertezza della previsione. Inoltre, questi risultati confermano il buon funzionamento del prototipo sviluppato, dimostrando la fattibilità tecnica e scientifica dell’integrazione tra il gemello digitale basato su ICON e quello basato su IFS.

Scopri di più sul progetto GLORI4DE in questa pagina del nostro sito.