Ocean modeling and Data Assimilation

La divisione ODA si concentra sullo sviluppo e la validazione di modelli di circolazione oceanica e biogeochimici dalle scale globali alle regionali (Mar Mediterraneo e Mar Nero). Tali modelli sono usati in diverse applicazioni che vanno da simulazioni e previsioni in modalita’ forzata a configurazioni accoppiate nel modello di Sistema Terra del CMCC. Metodi di assimilazione variazionali sono utilizzati per ricostruire l’evoluzione del sistema oceanico durante periodi coperti da osservazioni in-situ e satellitari (rianalisi oceaniche) e per produrre stati oceanici realistici utilizzati come condizioni iniziali per sistemi di previsione a breve termine (5-7 giorni) e per previsioni climatiche su scale di tempo dalle stagionali alle decadali (quest’ultima applicazione e’ in collaborazione con la Divisione CSP). In particolare un obiettivo importante della Divisione ODA e’ di sviluppare modelli numerici oceanici e sistemi di assimilazione dati per la produzione operativa di analisi e previsioni globali e regionali ad alta risoluzione spaziale.

La Divisione ODA coordina il contributo del CMCC al Consorzio Nucleus for European Modelling of the Ocean (NEMO, https://www.nemo-ocean.eu/) che e’ responsabile dello sviluppo e dell’affidabilita’ del sistema NEMO ed e’ anche membro del Consorzio Biogeochemical Flux Model (BFM, http://bfm-community.eu) con l’obiettivo di contribuire allo sviluppo e alla diffusione del BFM.

Progetti ODA

  • ESiWACE2 - Excellence in Simulation of Weather and Climate in Europe, Phase 2

    ESiWACE2 will deliver configurations of leading models that can make efficient use…


  • Reanalysis for the period covered by the satellite ocean observations (stream 3)

    The Monitoring and Forecasting Centre for the global Ocean (GLO MFC), coordinated…


  • Global Physical Reanalysis Lot 2

    The Monitoring and Forecasting Centre for the global Ocean (GLO MFC), coordinated…

  • Pubblicazioni ODA

    The Atlantic meridional overturning circulation in high resolution models

    Hirschi J.J.‐M., Barnier B., Böning C., Biastoch C., Blaker A.T., Coward A., Danilov S., Drijfhout S., Getzlaff K., Griffies S.M., Hasumi H., Hewitt H., Iovino D., Kawasaki T., Kiss A.E., Koldunov N., Marzocchi A., Mecking J.V., Moat B., Molines J.-M., Myers P.G., Penduff T., Roberts M., Treguier A.-M., Sein D.V., Sidorenko D., Small J., Spence P., Thompson L., Weijer W., Xu X.
    2020, Journal of Geophysical Research: Oceans, DOI: https://doi.org/10.1029/2019JC015522, web page


    A box model to represent estuarine dynamics in mesoscale resolution ocean models

    Verri G., Pinardi N., Bryan F., Tseng Y.-h., Coppini G., Clementi E.
    2020, Ocean Modelling, Volume 148, April 2020, 101587, DOI: 10.1016/j.ocemod.2020.101587, web page


    The mean state and variability of the North Atlantic circulation: a perspective from ocean reanalyses

    Jackson L.C., Dubois C., Forget G., Haines K., Harrison M., Iovino D., Köhl A., Mignac D., Masina S., Peterson K.A., Piecuch C.G., Roberts C., Robson J. , Storto A., Toyoda T., Valdivieso M., Wilson C., Wang Y., Zuo H.
    2019, Journal of Geophysical Research - Oceans, DOI: DOI: 10.1029/2019JC015210, web page

    Modelli ODA

  • CMCC-ESM - Earth System Model

    The Earth System Modeling Unit at ODA division is devoted to the…

    Pianeta futuro, Oceano.


  • LIM

    LIM is a numerical model of sea ice designed for climate studies…

    Pianeta futuro, Oceano.


  • OceanVar

    OceanVar is the variational ocean data assimilation system developed at CMCC to…

    Pianeta futuro, Oceano.

  • Direttore di Divisione

    Simona Masina

    Manager di Divisione

    Loredana Amato

    Contatti

    via C. Berti Pichat 6/2 – 40127 Bologna, Italia

    loredana.amato@cmcc.it

    Unità di Ricerca

    Leader: Momme Butenschön

    La biosfera del nostro pianeta è soggetta a molteplici fattori di stress antropogenici, come il cambiamento climatico, l’eutrofizzazione e la pesca eccessiva. Tali fattori di stress influenzano la salute e il funzionamento dell’ecosistema provocando sostanziali impatti e feedback nelle dinamiche del sistema terrestre con conseguenze cruciali per i servizi che la natura fornisce alla società, come la regolazione del clima, la fornitura di energia e cibo. La comprensione e la quantificazione di queste interazioni sono fondamentali nell’affrontare le sfide che ne derivano e sono al centro dell’attività di questo gruppo con una forte attenzione rivolta al sistema marino.

    A questo scopo, il gruppo esegue e analizza una vasta gamma di simulazioni del Sistema Terra e della componente marina a scala globale e regionale. La valutazione del cambiamento climatico e di altri fattori antropogenici varia da scale temporali che coprono il passato recente, lo stato attuale e le previsioni a breve termine fino alle proiezioni future. Questi scenari generici sono integrati da scenari specifici sulla sostenibilità dei percorsi delle soluzioni che affrontano alcune tra le sfide emergenti, come l’acidificazione e il sequestro del carbonio. Il gruppo sviluppa e mantiene il modello del sistema terrestre del CMCC e il modello di flusso biogeochimico (BFM) per l’ecosistema marino e collabora con i colleghi che lavorano allo sviluppo del sistema NEMO per la dinamica oceanica.

    Leader: Andrea Cipollone

    L’unità di assimilazione dati e previsione dell’oceano è dedicata allo sviluppo e implementazione di metodi (OceanVar) e procedure per l’assimilazione di dati oceanografici su scala globale. L’assimilazione dei dati è il processo che combina le osservazioni oceaniche con modelli numerici, con lo scopo di ottenere la migliore stima per lo stato dell’oceano. Le due principali applicazioni sono la produzione di rianalisi oceaniche (C-GLORS) e previsioni operative dell’oceano ad altissima risoluzione. La prima è una attività di ricerca svolta nel contesto di numerosi progetti e iniziative di internazionali, con lo scopo di fornire lo stato dell’oceano negli ultimi decenni. Questa è utilizzata per studi climatici, inizializzazione di previsioni stagionali e decadali o come condizioni al contorno per studi regionali. L’attività operativa, in collaborazione con la divisione OPA, produce previsioni oceaniche in tempo reale, con ~7 km di risoluzione su scala globale. Può essere usata per fornire condizioni iniziali per applicazioni costiere, per l’attività di ricerca in mare, dispersione degli inquinanti, turismo, navigazione etc. L’unità collabora con l’unità di Modellizzazione dell’oceano e del ghiaccio, in particolare nello sviluppo di procedure per l’implementazione del modello oceanico NEMO e del modello di ghiaccio marino LIM. 

    Leader: Emanuela Clementi

    L’unità di modellistica oceanografica regionale all’interno della divisione ODA ha come principale obiettivo quello di sviluppare e implementare un modello oceanografico accoppiato onde-correnti in Mar Mediterraneo.

    Il sistema numerico sviluppato dal gruppo costituisce il cuore del sistema operativo rilasciato all’interno del Servizio Marino di Copernicus che fornisce operativamente informazioni sulle principali caratteristiche fisiche del Mar Mediterraneo: temperatura, salinità, correnti, altezza della superficie libera, profondità dello strato di rimescolamento, in termini di analisi dei giorni precedenti, previsioni per i successivi 10 giorni e reanalisi degli anni precedenti. Le attività del gruppo prevedono un costante miglioramento del sistema numerico di analisi e previsioni del Mar Mediterraneo sia a livello tecnico che scientifico programmando sviluppi modellistici, progettando esperimenti, analizzando e validando i risultati tramite confronto con osservazioni sia in-situ che satellitari. Il sistema numerico è implementato in Mar Mediterraneo alla risoluzione orizzontale di 1/24 di grado (ca. 4.5 km), è basato sul modello di circolazione NEMO (Nucleus for European Modeling of the Ocean) accoppiato 2-way con il modello spettrale d’onda WaveWatch3 ed include una componente di Data Assimilation (OceanVar) per l’assimilazione di Sea Level Anomaly e profili di Temperatura e Salinità.

    Il gruppo ricopre inoltre un ruolo attivo nel NEMO System Team, contribuendo allo sviluppo e al mantenimento del modello di circolazione oceanica ed è principalmente coinvolto negli sviluppi inerenti i processi di interazione onde-correnti. Questo gruppo collabora inoltre sia con i gruppi di “Data Assimilation and Ocean Forecasting” che di “Global Ocean and Sea-Ice Modeling” della divisione ODA sia con altre divisioni del CMCC, in particolare con la Divisione Ocean Prediction and Applications (OPA) per lo sviluppo del sistema di assimilazione OceanVar nel Mar Nero e la produzione della reanalisi.

    Leader: Dorotea Iovino

    Obiettivo principale di questa unità di ricerca è comprendere i meccanismi che regolano il sistema oceano/ghiaccio marino su scala globale. La dinamica delle correnti oceaniche e la loro variabilità nelle ultime decadi, la distribuzione e il trasporto di calore e sale, l’impatto del ghiaccio marino sulla circolazione termoalina globale sono tra i temi principali che investighiamo. La modellistica numerica è lo strumento cardine utilizzato per questi studi, studi che richiedono un continuo sviluppo tecnico e scientifico dei modelli, la progettazione degli esperimenti, e l’interpretazione e la validazione dei dati numerici. Questo gruppo, infatti, configura, sviluppa e analizza simulazioni del sistema globale oceano/ghiaccio marino in un ampio range di risoluzioni orizzontali e verticali, basate sulla piattaforma NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean).

    Per migliorare la comprensione di processi oceanici fondamentali, ed esplorare le frontiere tecnico-scientifiche della modellistica oceanica, uno dei nostri obiettivi è lo sviluppo e la messa in opera di configurazioni globali ad alta risoluzione spaziale. Interessati allo studio dell’effetto dei processi di mesoscala sulla circolazione oceanica a larga scala, abbiamo implementato una configurazione oceanica globale ad alta risoluzione orizzontale (1/16 all’equatore), attualmente la più alta risoluzione utilizzata in un dominio globale con NEMO. Questa configurazione costituisce la base dinamica del nuovo sistema di previsioni oceaniche, sviluppato in collaborazione al gruppo di data assimilation. Da marzo 2017, il sistema fornisce quotidianamente 5 giorni di previsioni oceanografiche su scala globale.

    Questo gruppo collabora con altre divisioni del CMCC e fornisce la componente oceanica per il sistema di data assimilation e l’Earth System Model.

    Ricoprendo il CMCC un ruolo attivo nel NEMO System Team, questo gruppo contribuisce allo sviluppo e alla validazione del modello di circolazione oceanica NEMO-OPA, e alla sperimentazione e alla valutazione della componente del ghiaccio marino. Siamo attivamente coinvolti nello sviluppo del nuovo modello “Sea Ice modelling Integrated Initiative” (SI3), in cooperazione con diversi istituti internazionali.

    Abbiamo di recente iniziato una nuova attività di ricerca finalizzata alla rappresentazione numerica dell’evoluzione del moto ondoso e della sua interazione con l’oceano superficiale. Obiettivo generale è lo sviluppo di un sistema accoppiato onde-oceano su scala globale per simulazioni del passato recente e previsioni future.

    Oceani | Ultime News

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