Due progetti guidati da ricercatori del CMCC sono stati selezionati tra le dodici nuove iniziative di R&S finanziate dal Copernicus Marine Service per guidare l’evoluzione dell’oceanografia operativa in Europa. Questi progetti rappresentano il ruolo centrale del CMCC nel promuovere l’innovazione scientifica e contribuiscono ad affrontare le maggiori sfide nei modelli degli oceani e del clima.

Il Copernicus Marine Service (CMS), uno dei pilastri dell’oceanografia operativa in Europa, ha selezionato dodici nuovi progetti di R&S per guidare l’evoluzione delle sue attività e prepararsi al futuro. Tra questi, due progetti del CMCC, SICAP e ORACS, sono stati inclusi nella selezione per i loro contributi significativi alla modellazione del ghiaccio marino e della rianalisi oceanica.

Questi progetti fanno parte di una più ampia iniziativa del Copernicus Marine Service per rimanere all’avanguardia nel campo della scienza e della tecnologia, assicurando che i suoi prodotti soddisfino le esigenze continuamente in evoluzione degli utenti. I progetti selezionati, provenienti da tutta Europa, riflettono l’impegno ad affrontare le principali sfide dei sistemi di previsione oceanica, del clima oceanico e degli studi di sensibilità osservativa.

Con la sua vasta esperienza e competenza nella modellistica operativa, il CMCC si propone ad avere un impatto duraturo sull’offerta del CMS. Il CMCC collabora da tempo con il CMS, fornendo prodotti di rianalisi ad alta risoluzione e contribuendo al monitoraggio globale.

SICAP e ORACS si sviluppano su queste fondamenta, affrontando le principali sfide scientifiche e tecniche per migliorare le capacità di monitoraggio del CMS.

Progressi nelle previsioni dei ghiacci nell’Artico

Sea Ice model Calibration for improved Arctic Predictions (SICAP) è un progetto innovativo che mira a migliorare l’accuratezza delle previsioni del ghiaccio marino artico e delle rianalisi regionali/globali. Guidato da Doroteaciro Iovino del CMCC, SICAP si concentra sullo sviluppo di strumenti di calibrazione avanzati per i modelli di ghiaccio marino.

Migliorando la rappresentazione del ghiaccio marino artico, SICAP supporta direttamente gli obiettivi del CMS, potenziando prodotti cruciali come il CMCC Global Ocean Reanalysis System (C-GLORS) e il sistema di previsione e analisi artica (TOPAZ) del NERSC.

L’approccio di SICAP promette benefici che vanno oltre il portfolio di CMS. Il suo strumento di calibrazione aperto e adattabile può essere applicato ad altri modelli di ghiaccio marino, favorendo una rappresentazione più coerente e accurata dell’evoluzione del ghiaccio artico tra i vari sistemi.

“Una delle sfide principali nella modellazione del ghiaccio marino risiede nell’incertezza dei parametri fisici”, afferma Iovino. “I modelli attuali spesso si basano su parametri empirici che non sono calibrati sistematicamente, portando a significative imprecisioni. Inoltre, le serie di dati osservativi nelle regioni artiche spesso non sono standardizzate e non sempre sono integrate in modo ottimale nei modelli.”

Il progetto SICAP affronta questi problemi utilizzando algoritmi avanzati come la Funzione di Green (GF) e il Dual One-Step-Ahead Ensemble Smoother (DOSA-ES) per ottimizzare i parametri del modello e minimizzare le discrepanze tra simulazioni e osservazioni. Inoltre, SICAP fornisce un quadro di calibrazione generalizzabile progettato per essere applicabile ad altri modelli e prodotti CMS, favorendo una maggiore coerenza tra i sistemi e riducendo gli errori di assimilazione dei dati.

Ottimizzare rianalisi oceaniche a lungo termine

Guidato da Andrea Cipollone del CMCC, Ocean Reanalysis Algorithms for Climate Studies (ORACS) si concentra sul miglioramento della coerenza e dell’accuratezza delle rianalisi oceaniche a lungo termine. Il progetto affronta una delle sfide più urgenti dell’oceanografia: incorporare efficacemente i dati osservativi nei modelli senza introdurre incoerenze.

ORACS sviluppa nuovi approcci di covarianza degli errori di ensemble adattati a reti osservative diverse, come quelle degli anni Cinquanta e Novanta, quando progressi come l’avvento del semiconduttori o le prime misure altimetriche hanno rivoluzionato il monitoraggio degli oceani. Inoltre, il progetto impiega metodi di smoothing in post-elaborazione per integrare osservazioni più rade con osservazioni più dense, migliorando l’assimilazione dei dati e l’individuazione di bias.

In questo modo, ORACS contribuisce allo sviluppo di un quadro di rianalisi oceanica più coerente con il clima, fornendo al CMS raccomandazioni utili per i futuri flussi di lavoro di rianalisi.

“L’oceano ha una memoria “resiliente” capace di mitigare bruschi cambiamenti, ad esempio assorbendo il calore dall’atmosfera e rilasciandolo in tempi diversi o in condizioni specifiche”, spiega Cipollone. “Ricostruire lo stato passato dell’oceano è quindi fondamentale per comprendere il presente e prevedere gli scenari futuri”.

Il progetto ORACS mira a sviluppare algoritmi per migliorare queste ricostruzioni stimando il cosiddetto “error-of-the-day”, che quantifica l’incertezza nella nostra conoscenza dello stato dell’oceano in un momento specifico. Questa incertezza viene poi utilizzata per correggere il modello senza introdurre incongruenze o instabilità che potrebbero portare a simulazioni non realistiche.

Il progetto ORACS affronta diverse sfide critiche nella rianalisi degli oceani, tra cui l’armonizzazione delle correzioni derivate da dati storici limitati per evitare incongruenze nei risultati dei modelli. Inoltre, si concentra sulla gestione dell’integrazione di diversi input osservativi, come le forzature atmosferiche e i contributi fluviali, per migliorare l’accuratezza delle simulazioni. Affrontando questi problemi, ORACS supporta gli studi sul clima con ricostruzioni storiche robuste e affidabili, fornendo una solida base per la comprensione delle condizioni oceaniche passate e delle loro implicazioni per gli scenari futuri.

Una visione per il futuro

Guardando al futuro, i ricercatori del CMCC sono impegnati ad ampliare l’impatto di questi progetti. Per SICAP, ciò significa estendere le sue metodologie per calibrare le variabili oceaniche e applicarle ad altre regioni, con priorità sull’altra regione polare. Affrontando le sfide associate alle mutevoli condizioni dell’Artico, il progetto pone una solida base per i progressi in corso e futuri nelle applicazioni della modellazione del ghiaccio marino. “Con le condizioni dell’Artico in continuo mutamento, sarà fondamentale aggiornare continuamente i modelli per adattarli alle nuove configurazioni fisiche”, conclude Iovino.

ORACS, invece, fornirà raccomandazioni per integrare algoritmi avanzati nei servizi operativi, assicurando che il Copernicus Marine Service rimanga all’avanguardia nel campo della ricerca oceanografica. “Gli approcci di ORACS possono essere estesi per gestire altri periodi critici, come l’avvento delle osservazioni satellitari della temperatura superficiale del mare negli anni ’80 o i dati ARGO in situ nei primi anni 2000”, afferma Cipollone. “Questi progressi perfezioneranno ulteriormente l’accuratezza e l’affidabilità dei prodotti di rianalisi oceanica”.

Affrontando le principali lacune nella modellazione del ghiaccio marino e nelle rianalisi oceaniche, SICAP e ORACS rappresentano dei passi avanti significativi verso strumenti più accurati e affidabili per la comprensione e l’adattamento al nostro pianeta che cambia.