Reti neurali artificiali: i modelli matematici cambieranno le previsioni meteo

2 settimane fa

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intelligenza artificiale per il meteo

Le reti neurali artificiali sono modelli matematici che imitano il funzionamento del sistema nervoso degli organismi evoluti. Questi modelli possiedono la capacità di apprendere, generalizzare, adattarsi ed avere una certa tolleranza nei confronti di informazioni imprecise o errate.

In sostanza, elaborano informazioni in modo “intelligente” usando una serie di algoritmi che permettono loro di risolvere problemi complessi in modo più efficiente. Questo tipo di tecnologia è ormai diventata uno strumento comune nell’ambito della ricerca e dello sviluppo, ed è utilizzata in diversi campi come la medicina, l’ingegneria, l’intelligenza artificiale, la robotica e l’analisi dati.

Intelligenza artificiale, un nuovo modo di vivere il mondo

Le applicazioni pratiche dell’intelligenza artificiale sono molteplici e riguardano una vasta gamma di settori, come l’informatica, l’ingegneria, la medicina, la finanza e persino la climatologia e la meteorologia. In quest’ultimo ambito, l’AI può essere particolarmente utile per comprendere i mutamenti climatici e le complesse relazioni tra la circolazione atmosferica a larga scala e le diverse variabili ambientali. Inoltre, è in grado di elaborare una descrizione sintetica delle condizioni atmosferiche, contribuendo così a quantificare gli effetti del cambiamento climatico.

La classificazione dei diversi tipi di circolazione atmosferica (weather typing) si può realizzare attraverso l’analisi delle serie storiche di dati, cioè simulazioni delle condizioni atmosferiche generate da un modello, e diverse tecniche. Ad esempio, l’Azione 733 della COST (European Cooperation in Science and Technology) ha classificato e convalidato una grande varietà di tipi di circolazione in dodici diverse regioni dell’Europa. Inoltre, questa azione ha sviluppato una rete europea di dati atmosferici, che comprende i dati di osservazione da stazioni meteorologiche situate in tutto il continente e dati di modellizzazione da modelli numerici.

La SOM: algoritmo rivoluzionario

La SOM (Self Organizing Maps) o Mappa di Kohonen, introdotta nel 1982 dal Professore dell’Università di Helsinki, è una tecnica di classificazione molto utilizzata per identificare i diversi tipi di circolazione atmosferica. Si tratta di un algoritmo che rappresenta una rete neurale altamente performante per l’analisi di grandi volumi di dati e il cui funzionamento simula la capacità di apprendimento del cervello umano. La SOM è particolarmente apprezzata per la sua semplicità e per la sua grande flessibilità, in quanto può essere applicata a qualsiasi tipo di dato, sia strutturato che non strutturato, e può essere utilizzata come metodo di previsione per prevedere eventi futuri.

La SOM è dunque una tecnica che viene utilizzata per la ricerca sui cambiamenti nella circolazione sinottica nel tempo. Inoltre, si può utilizzare per correlare la pressione atmosferica rilevata dalle stazioni meteorologiche negli Stati Uniti nord-orientali con le precipitazioni. Inoltre, può essere utilizzata per identificare i pattern della circolazione atmosferica associati a temperature e venti estremi sulle terre artiche occidentali. Viene anche impiegata per valutare il rischio di incendi in Arizona e New Mexico, così come per verificare come i modelli climatici siano in grado di simulare la frequenza e l’intensità delle precipitazioni in relazione alla configurazione della circolazione sull’Australia. La SOM viene anche utilizzata per studiare la variabilità della circolazione atmosferica ed oceanica in tutto il mondo.

Meteo: i dati raccolti nell’ultimo anno

Riassumiamo brevemente i dati relativi alle ultime quattro stagioni meteorologiche, da dicembre 2019 a novembre 2020, che verranno analizzati più dettagliatamente da SOM. Uno fra i primi esiti delle ricerche mostra dodici tipi di circolazione atmosferica e il numero di giorni di presenza di ciascuno nell’anno menzionato. Tra queste circolazioni atmosferiche ci sono la depressione artica, la depressione subtropicale, l’alta pressione subtropicale e l’alta pressione polare. Ognuna di queste circolazioni atmosferiche è responsabile della creazione di condizioni meteorologiche che hanno un impatto sull’ambiente e sulla vita degli esseri umani.

Esistono dodici tipi di circolazioni in Italia (TC), che possono essere divisi in due gruppi: 

  • TC con “tempo instabile” e TC con “tempo stabile“. I TC con tempo instabile sono quelli che apportano piogge su ampie porzioni dell’Italia, come il Maestrale (TC1), la Depressione Egeo (TC2), la Depressione Padana (TC3), la Depressione Ligure (TC4), le Correnti Occidentali (TC7) e lo Scirocco (TC8). 
  • TC con tempo stabile sono caratterizzati da circolazione anticiclonica e cielo sereno su quasi tutto il Paese, come l’Anticiclone delle Azzorre (TC6), l’Anticiclone di blocco (TC9), l’Anticiclone Afroiberico (TC10), l’Anticiclone Nordafricano (TC11) e la Depressione Iberica (TC12). Inoltre, alcuni TC con tempo instabile possono portare forti piogge o temporali, mentre i TC con tempo stabile possono avere una temperatura piuttosto elevata.

L’anticiclone di blocco TC9 ha avuto un ruolo predominante nella circolazione atmosferica globale del 2020, con una presenza costante che si è protratta per più di due mesi, specialmente durante la primavera. Questo fenomeno meteorologico è caratterizzato da una tendenza alla persistenza notevole che si manifesta in cieli sereni sulla maggior parte del territorio italiano, eccezion fatta per le regioni del Medio Adriatico e del Sud che sono esposte ai venti orientali, generati dalla depressione situata tra Mar Egeo e Mar Ionio. Questa depressione è rimasta in zona per tutta la durata dell’anticiclone di blocco TC9, influenzando le condizioni meteorologiche della Penisola.

Nel 2020, TC1 Maestrale, responsabile dell’invio di aria fredda dalle latitudini più alte, è stato praticamente assente specialmente durante l’inverno, così come quasi tutti gli altri sistemi di tempo instabile. Questi includono quelli associati all’arrivo sull’Italia di aria fresca atlantica e anche quelli che portano mite umidità da sud, come TC4 Depressione Ligure e TC8 Scirocco, che sono stati connessi alle peggiori condizioni meteo nel Paese. La mancanza di questi sistemi ha portato a meno precipitazioni invernali rispetto agli anni precedenti, contribuendo a una generale scarsità di pioggia in tutta Italia.

 

 

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