I modelli di previsione della marea a Venezia

I modelli di previsione del livello di marea a Venezia

Sono attualmente operativi presso il CPSM diversi modelli numerici per la previsione della marea a Venezia. Alcuni di questi, basati su metodi statistici, sono operativi fin dalla fondazione del Centro e, sebbene semplici, hanno fornito risultati soddisfacenti fino a qualche anno fa.
Negli ultimi anni sono state realizzate versioni più complesse, sempre basate su tecniche statistiche, con le quali calcolare la componente del modello dovuta alle condizioni meteorologiche. A questa componente viene sommata quella astronomica, legata al moto dei corpi celesti e calcolabile con precisione in largo anticipo.
Altri modelli seguono un approccio di tipo deterministico e integrano le equazioni idrodinamiche per il Mare Adriatico o il Mediterraneo, utilizzando diverse tecniche per determinare il livello di marea previsto nell'alto Adriatico e a Venezia.
I dettagli delle pubblicazioni e dei lavori, cui si fa riferimento nel testo seguente, possono essere trovate nella pagina della bibliografia del CPSM

Modelli statistici

Un insieme di modelli statistici di crescente complessità è operativo presso il CPSM. Tutti sono stati sviluppati internamente al Centro Maree a partire dal modello lineare, autoregressivo proposto da Tomasin e Frassetto (1979). La prima versione operativa (Canestrelli e Tomasin, 1981) calcola il livello del mare previsto a Venezia come combinazione lineare di valori osservati di marea e pressione atmosferica a Venezia.
Le versioni successive (a partire da Canestrelli et al., 1986) considerano anche la pressione in un insieme di stazioni costiere del Mare Adriatico e Tirreno, e i valori relativi al gradiente barico tra stazioni opposte della costa adriatica orientale ed occidentale. Successivamente sono stati aggiunti i valori di vento calcolati in tre settori dell'Adriatico partendo dalle rilevazioni storiche registrate dalle stazioni meteo costiere. Le stazioni sono rappresentate in Figura 1.
I coefficienti della combinazione lineare sono stati calcolati durante la fase di calibrazione del modello, attraverso la serie storica di dati osservati nel periodo 1966-2010 (Tosoni A., Canestrelli P., (2011), Il modello stocastico per la previsione di marea a Venezia, Atti dell'Istituto Veneto di Scienze Lettere ed Arti, Tomo CLXIX (2010-2011), 21-42 e successivi aggiornamenti che hanno ampliato la serie storica fino al 2016.

A partire dal 2016 i modelli statistici sono stati calibrati usando come dati di input i valori di vento e pressione calcolati dai modelli di rianalisi del Centro Europeo ECMWF anzichè utilizzare dati osservati. 

Posizione delle stazioni SYNOP di osservazione dei parametri richiesti dai modelli statistici

Il modello statistico di riferimento per il CPSM fino al 2008 è stato il Modello Esteso, operativo dal 1996. Esso utilizza oltre ai valori osservati nelle diverse stazioni, anche i valori previsti di pressione atmosferica, calcolati dal centro europeo ECMWF e diffusi dal Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aeronautica (CNMCA) dell'Aeronautica Militare Italiana. Il Modello Esteso è descritto in Canestrelli e Moretti (2004).
Dal 2009 il modello statistico di riferimento è diventato il Modello Esteso BIG SUMDP, di tipo Esperto, caratterizzato dalla capacità di 'decidere' quale set di coefficienti utilizzare, in base alle condizioni meteorologiche osservate in quel momento. Tali coefficienti sono stati calcolati su un database di 41 anni (1966-2006), estendendo il lavoro di Canestrelli e Pastore (2000). Dal 2010 è operativo un nuovo modello statistico che utilizza anche i valori previsti di vento sull'Adriatico, forniti dal modello ad area limitata COSMO-LAMI di ARPA Emilia Romagna.

Modelli idrodinamici

Due modelli idrodinamici per la previsione del livello del mare sono operativi presso il CPSM. Entrambi integrano le equazioni della fluidodinamica, nell'approssimazione shallow-water, ma utilizzano due tecniche numeriche diverse. Questi modelli sono detti anche deterministici perchè calcolano lo stato del mare, il livello e le correnti, in tutto il bacino considerato, sotto l'azione delle forzanti meteorologiche, tipicamente il vento e la pressione atmosferica. I modelli operativi presso il CPSM assumono come forzanti i campi di vento e pressione calcolati dal modello atmosferico globale dell'ECMWF.

Il modello SHYFEM, sviluppato presso ISMAR-CNR di Venezia e operativo presso il CPSM a partire da Novembre 2002 (Umgiesser et al., 2004; Canestrelli et al., 2003a,b), si basa sul metodo degli elementi finiti: il bacino considerato, in questo caso il Mar Mediterraneo, viene rappresentato da una griglia computazionale composta da elementi triangolari di forma e dimensione variabile. Una griglia di questo tipo permette di descrivere accuratamente regioni con morfologia complessa senza richiedere un numero eccessivo di nodi: gli elementi hanno dimensione di circa 1.5 km nella zona di interesse, cioè la parte settentrionale dell'Adriatico, mentre la risoluzione è mantenuta inferiore, attorno ai 35 km, nel Mediterraneo. Al modello del Mediterraneo è accoppiato un modello della Laguna di Venezia, sempre agli elementi finiti, che rappresenta le zone interne lagunari con risoluzione ancora maggiore (dell'ordine di 100 m). Il modello SHYFEM fornisce perciò la previsione del livello del mare sia in mare aperto, presso la piattaforma oceanografica del CNR a 15 km dalla costa, sia nel centro storico di Venezia e nei principali centri abitati della Laguna (Murano, Burano, Chioggia).

Il modello idrodinamico SHYFEM: griglia

Previsione del livello a Punta Salute

Accuratezza dei modelli

I risultati dei modelli in operatività vengono periodicamente analizzati confrontandoli con la marea realmente osservata. In questo modo si è in grado di valutarne la perfomance.
Consulta i risultati più recenti.

Collaborazioni e progetti avviati

CPSM mantiene costantemente i contatti con gli Istituti di ricerca presso i quali sono stati sviluppati i modelli idrodinamici: l'Istituto ISMAR-CNR di Venezia e il Dipartimento di Fisica dell'Università di Padova. Sono così assicurati lo scambio di conoscenze e il continuo aggiornamento degli strumenti modellistici.
Recentemente sono state avviate altre due collaborazioni: con ARPA Emilia Romagna per l'utilizzo dei prodotti del modello atmosferico LAMI ad alta risoluzione; con l'Istituto ISAC-CNR di Padova per sviluppare l'analisi dei diversi dati meteorologici che il CPSM riceve, compresi i dati osservati dal satellite QuikSCAT.