In questo e nel prossimo articolo tratteremo l’argomento più sottovalutato in assoluto di Windy, i modelli di previsione del tempo.
Di solito chi usa Windy o non ne conosce nemmeno l’esistenza o li conosce ma non li usa, poiché pensa che il modello predefinito sia sufficiente.

Credimi, questo è un enorme spreco di informazioni utili al volo.
Usare o non usare i modelli di previsione fa la differenza tra essere un pilota consapevole e uno alle prime armi.

Lo ammetto, questi due articoli saranno un po’ tecnici, ma alla fine i tuoi sforzi saranno ricompensati: ti assicuro che da oggi guarderai le previsioni con un occhio diverso. Non le “subirai” più passivamente ma saprai interpretare le informazioni davvero utili per il volo che ti aspetta.

Se ancora non hai Windy, puoi scaricare l'applicazione qui:

Dove sono i modelli su Windy

Se apri il menu di Windy e lo scorri un po’ verso il basso, i modelli sono i pulsanti che vedi indicati nell’immagine seguente.
Nota che i pulsanti cambiano a seconda della regione mondiale che stai guardando e del livello di zoom che stai utilizzando.
Vedremo fra poco il perché di questa cosa.

I modelli previsionali meteorologici sono simulazioni numeriche che permettono di stimare l’evoluzione futura dell’atmosfera. Utilizzano dati osservati (da stazioni meteo, satelliti, radar, radiosonde) e li elaborano tramite algoritmi fisico-matematici all'interno di supercomputer, per produrre le mappe e le previsioni che poi vedi su Windy.
È grazie ad essi che l’applicazione può descrivere temperatura, vento, umidità, precipitazioni e altri parametri in una determinata area geografica e a varie quote.

Puoi provare a giocarci un po’, selezionando modelli differenti dovresti vedere le previsioni che cambiano, in alcuni casi anche drasticamente.
Prendiamo ad esempio il livello Nuvole, supponiamo di dover decollare venerdì prossimo da Aosta alle 15:00Z.
Il modello predefinito che ci mostra Windy è l’ECMWF.

Aosta sembra abbastanza tranquilla da un punto di vista delle nuvole.
Ma poiché non ci accontentiamo della prima previsione, guardiamo cosa ci mostra il modello GFS.

Qui le previsioni sono nettamente peggiori, non solo è nuvoloso, ma addirittura è prevista pioggia.

Quindi, a quale dei due modelli devi dare credito?
Quel giorno voli o non voli?

La risposta giusta probabilmente è che nessuno dei due modelli va bene, io per questo particolare volo userei il modello AROME-HD.

Perché ho scelto questo?
Mi sa che ti toccherà leggere questo e il prossimo articolo per conoscere la risposta.

Caratteristiche dei modelli di previsione

Ti spiegherò ora le caratteristiche distintive dei vari modelli, in modo che, quando più avanti te li elencherò, riuscirai a capirne facilmente i punti di forza e quelli di debolezza.

Modelli previsionali globali e locali

Esistono due categorie principali di modello previsionale meteorologico:

• I modelli globali, come GFS o ECMWF, coprono l'intero pianeta e offrono una visione d'insieme dell'evoluzione atmosferica. Hanno una risoluzione più bassa ma sono fondamentali per osservare la dinamica generale e per alimentare i modelli più piccoli.
• I modelli locali (o regionali), invece, si concentrano su aree geografiche ristrette (come l’Europa centrale o l’Italia) e grazie alla loro alta risoluzione riescono a catturare fenomeni meteo su scala ridotta, come nebbie, temporali e vento in zone montuose.

È per questo motivo che, se stai guardando su Windy un’area geografica molto ampia o una regione non coperta da uno specifico modello, potresti vederti proposti solo un numero limitato di modelli.
Aumenta lo zoom e probabilmente vedrai apparire anche i modelli locali.

In questo articolo tratteremo dei modelli globali, nel prossimo vedremo quelli locali.

Risoluzione orizzontale dei modelli meteo

Uno degli aspetti più importanti dei modelli è la risoluzione orizzontale, che rappresenta la dimensione delle celle in cui è suddivisa l’atmosfera. Più la risoluzione è alta (celle più piccole), più il modello riesce a rilevare dettagli locali e fenomeni intensi o rapidi, come temporali, fronti o vento in aree montane. Modelli globali come GFS hanno risoluzioni più basse, mentre modelli regionali come AROME o ICON-D2 arrivano a risoluzioni molto elevate, anche inferiori ai 3 km.

In poche parole, se devi fare un volo sulla Pianura Padana, la risoluzione probabilmente non è così importante, difficilmente il tempo cambierà drasticamente nell’arco dei 9 chilometri del modello ECMWF.
Ma se dovessi fare un volo in montagna, allora potresti incontrare repentini cambiamenti meteorologici tra una valle e l’altra, microclimi in corrispondenza dei laghi o nuvole e turbolenze nella vicinanza di cime montuose. In questo caso è più indicato consultare modelli di previsione con una risoluzione più alta.

La risoluzione è la cifra in chilometri che vedi sulla destra del nome del modello, ad esempio nell’immagine seguente il modello (globale) GFS ha una bassissima risoluzione, ben 22 km (numero molto grande).
Il modello AROME-HD ha invece un’altissima risoluzione, solo 1,3 km (numero piccolo): praticamente divide la mappa in tantissimi quadrati di solo 1,3 km di lato e produce differenti previsioni meteorologiche per ogniuno di essi.

Risoluzione verticale dei modelli meteo

Oltre a quella orizzontale esiste anche una risoluzione verticale, che si misura in numero di livelli. Non hanno niente a vedere con i livelli di volo, questi livelli rappresentano i punti in cui vengono calcolate variabili atmosferiche come temperatura, pressione, umidità e vento, permettendo al modello di rappresentare la struttura verticale dell'atmosfera.
La distribuzione di questi livelli non è uniforme: generalmente, la risoluzione verticale è più alta vicino alla superficie terrestre, dove avvengono processi atmosferici complessi come la convezione e l'attrito con il suolo, e diminuisce con l'altitudine. Questo approccio consente una rappresentazione più dettagliata dei fenomeni atmosferici nei bassi strati, come la formazione di nebbie o lo sviluppo di temporali.

In sintesi, un modello con pochi livelli potrebbe essere sufficiente per decidere se andare al mare questo fine settimana, ma, se devi volare, un numero maggiore di livelli verticali permette una rappresentazione più accurata dei processi atmosferici, migliorando la qualità delle previsioni, soprattutto per fenomeni che dipendono fortemente dalla struttura verticale dell'atmosfera.

Previsioni deterministiche e probabilistiche

Le previsioni possono essere deterministiche o probabilistiche.

• Le previsioni deterministiche sono quelle in cui il modello meteorologico genera una sola previsione "possibile", basandosi su un singolo set iniziale di condizioni atmosferiche.
• Nelle previsioni probabilistiche (ensemble), invece di una singola simulazione, si eseguono più simulazioni (con leggere variazioni nei dati iniziali) per valutare quanto è stabile o incerta la previsione.

Le previsioni deterministiche, perciò, sono utili per una valutazione operativa immediata, ma non ti danno indicazioni su quanto la previsione possa variare. I piloti dovrebbero sempre affiancarle a previsioni probabilistiche per aumentare la consapevolezza della variabilità del rischio meteo.

Modelli idrostatici e non idrostatici

Non è niente di complicato se hai delle basi di meteorologia aeronautica.

• I modelli meteo idrostatici semplificano l’equazione del moto verticale dell’aria.
• I modelli meteo non idrostatici non fanno questa semplificazione e quindi riescono a simulare con precisione i moti verticali rapidi, come quelli presenti nei temporali, nelle turbolenze o nei fenomeni convettivi intensi.

Quindi un modello non idrostatico è più realistico e preciso nelle previsioni a scala locale, soprattutto in zone montuose o durante eventi severi.

Convezione esplicita ed implicita

Nei modelli con risoluzione bassa, i fenomeni convettivi (cumulonembi, temporali) non possono essere simulati direttamente, mentre nei modelli ad alta risoluzione la convezione può essere rappresentata esplicitamente, cioè le nubi si formano e si sviluppano nel modello in modo naturale, senza bisogno di semplificazioni.

Quindi un modello a convezione esplicita è un modello molto dettagliato, adatto a descrivere con grande precisione:

• temporali improvvisi
• cumulonembi
• celle convettive

Nei modelli a bassa risoluzione, tipicamente i modelli globali, le celle sono troppo grandi per risolvere la convezione, perciò si usano schemi parametrizzati che stimano l’effetto medio della convezione sulla massa d’aria.
I modelli con convezione implicita (o parametrizzata) possono sottovalutare (o a volte esagerare) i fenomeni locali.

Dimensione temporale dei modelli meteorologici

L’orizzonte temporale (forecast range) è il numero di ore o giorni in avanti per cui il modello fornisce previsioni.
I modelli globali come GFS arrivano fino a 16 giorni, mentre i modelli locali ad alta risoluzione come ICON-D2 o AROME si fermano a 24–72 ore.
Ovviamente più è lungo l’orizzonte, meno affidabile diventa la previsione, soprattutto oltre i 5–7 giorni.

La frequenza di aggiornamento (update frequency) indica ogni quanto tempo viene ricalcolato il modello e resa disponibile una nuova previsione.
Modelli molto locali possono arrivare a 1 ora, ma con orizzonti brevi.
Un modello che si aggiorna spesso è più reattivo ai cambiamenti, utile per situazioni dinamiche (temporali, vento, visibilità variabile).

La risoluzione temporale o passo temporale (time step/temporal granularity) è l’intervallo tra un dato e il successivo nella previsione. Indica quanto sono “fitti” i dati nel tempo.
Una maggiore granulosità implica una migliore visualizzazione dell’evoluzione meteo nel tempo.

In poche parole, per un pilota l’orizzonte temporale ti dice fino a quando puoi fidarti della previsione, la frequenza di aggiornamento ti permette di avere previsioni più fresche e la risoluzione temporale ti fa vedere come si evolverà il tempo durante il volo.

I modelli meteorologici globali disponibili su Windy

Analizziamo ora i modelli globali disponibili, in modo che in futuro tu possa capire l’origine di ciò che stai consultando.
Al termine ti darò una tabella riassuntiva in cui potrai rapidamente paragonare le caratteristiche principali dei modelli globali.

ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecasts)

ECMWF, noto anche come IFS (Integrated Forecasting System), è sviluppato e gestito da un consorzio internazionale cui partecipa anche l’Italia, è operativo sin dagli anni ’80 ed è considerato uno dei modelli globali più accurati al mondo.

Ha una risoluzione orizzontale di circa 9 km con 137 livelli verticali. Il modello viene integrato 4 volte al giorno fornendo previsioni deterministiche fino a 10 giorni, con uscite orarie dettagliate almeno fino a 6 giorni. Oltre tale orizzonte, ECMWF fornisce anche previsioni fino a 15 giorni tramite il suo sistema probabilistico globale (ENS) a leggermente minor risoluzione.

In ambito aeronautico, il modello ECMWF viene ampiamente utilizzato per la pianificazione dei voli sulle medie e lunghe tratte. I suoi dati di vento e temperatura alle varie quote sono impiegati per ottimizzare rotte e consumi nel volo di crociera. Inoltre, ECMWF contribuisce alle previsioni del WAFC (World Area Forecast Center) che emette i bollettini globali di vento e tempo significativo per l’aviazione civile internazionale. Pur non essendo uno dei due modelli ufficiali WAFC (che sono quelli di Met Office e NOAA), le uscite ECMWF sono consultate da molte compagnie aeree e centri meteorologici come ulteriore riferimento data l’elevata accuratezza.
Nel breve termine, ECMWF offre anche indicazioni su fenomeni come il jet stream, la turbolenza in aria chiara e la probabilità di tempeste invernali o sistemi tropicali che possano impattare le rotte aeree.

GFS (Global Forecast System)

GFS è il modello globale del NCEP/NOAA (National Centers for Environmental Prediction) degli Stati Uniti. Nato dall’evoluzione di modelli precedenti, nel 2019 il GFS ha subito un importante aggiornamento migliorando l’accuratezza e la stabilità. Oltre alle previsioni deterministiche, il GFS dispone di un sistema probabilistico utilizzato per valutare l’incertezza previsionale.
Rappresenta uno dei modelli globali più usati al mondo, costituendo la spina dorsale della guida meteorologica per molti Paesi.

La risoluzione orizzontale attuale è di circa 13 km per i primi 10 giorni di previsione, che poi si riduce a circa 35 km per le proiezioni dal giorno 10 al 16. In verticale il GFS suddivide l’atmosfera in 127 livelli fino a circa 80 km di quota. Il modello viene eseguito 4 volte al giorno producendo previsioni estese fino a 16 giorni. Le uscite sono orarie per i primi 5 giorni, poi a intervalli di 3 ore fino al giorno 10 e 12 ore fino a 16 giorni.

GFS ha un ruolo centrale nel sistema di previsione meteorologica per l’aviazione a livello mondiale. In particolare, è il modello utilizzato dal WAFC Washington (uno dei due centri mondiali di previsioni area, insieme a WAFC London) per produrre le carte globali di vento e temperature alle varie quote di volo, nonché le previsioni di tempo significativo (Significant Weather) per l’alta atmosfera, che includono informazioni su turbolenza, formazione di ghiaccio, cumulonembi, cenere vulcanica, ecc.
I dati GFS sono impiegati nei sistemi di pianificazione delle rotte aeree per ottimizzare i percorsi in base ai venti in quota (jet stream) e alle condizioni meteo previste lungo la rotta, contribuendo a ridurre i tempi di volo e il consumo di carburante. Inoltre, essendo disponibile su griglia globale, il GFS è spesso utilizzato per previsioni in aree oceaniche o remote dove i modelli locali non arrivano.

ICON (ICOsahedral Nonhydrostatic)

ICON è il modello meteorologico operativo del DWD (Deutscher Wetterdienst), entrato in funzione operativa il 25 gennaio 2015. Da allora è stato continuamente migliorato e ampliato, ad esempio con l’introduzione di versioni probabilistiche e accoppiate oceano/atmosfera.
ICON costituisce anche la base per il consorzio ICON internazionale, a cui partecipano diversi servizi meteorologici (inclusi Svizzera e Italia, che stanno migrando verso versioni locali di ICON).

ICON è un modello globale deterministico non idrostatico che adotta una griglia sferica costituita da triangoli (ecco il perché del termine icosaedro nel nome) invece della classica griglia a rettangoli latitudine/longitudine. La risoluzione orizzontale operativa nativa è di circa 13 km a livello globale con 90 livelli verticali fino a circa 75 km di altezza (stratosfera superiore).
Il sistema viene integrato su 4 cicli al giorno (00, 06, 12, 18 UTC); le corse principali delle 00 e 12 UTC producono previsioni fino a 7,5 giorni, mentre quelle delle 06 e 18 UTC fino a 5 giorni. Le uscite hanno risoluzione temporale oraria fino a 3 giorni, poi tris-oraria.

In campo aeronautico, il modello ICON globale fornisce ai servizi meteorologici europei (e non solo) un ulteriore modello di riferimento, oltre a ECMWF e GFS. MeteoSvizzera, ad esempio, dal 2024 utilizza ICON come modello globale di base.
I dati di ICON globale vengono consultati per ottenere previsioni dei venti in quota su rotte a lunga distanza che coinvolgono l’Europa e altre regioni, nonché per monitorare lo sviluppo di cicloni tropicali e onde di tempesta che potrebbero in futuro interessare il traffico aereo europeo (ad es. uragani che risalendo l’Atlantico evolvono in tempeste extratropicali).
I centri meteo dell’aviazione civile tedesca ed europea utilizzano ICON insieme a ECMWF come base per i briefing di volo intercontinentali: questo garantisce una ridondanza modellistica e la possibilità di confrontare soluzioni differenti in caso di incertezza (ad esempio nella previsione del percorso di una tempesta o della posizione del jet stream). In sintesi, ICON globale è parte integrante del portafoglio di modelli a disposizione dell’assistenza alla navigazione aerea in Europa, contribuendo a previsioni più robuste e affidabili a scala planetaria.

NEMS (NOAA Environmental Modeling System)

NEMS è una famiglia di modelli gestita dall’azienda svizzera meteoblue, che lo ha implementato dal 2013. Il sistema NEMS include configurazioni globali e regionali.

La versione globale (NEMSGLOBAL) opera con una risoluzione orizzontale di circa 30 km e produce previsioni fino a 7 giorni. Su scala regionale europea, sono disponibili domini a 12 km (a 168 ore) e ad 4 km (Europa Centrale, 72 ore). Il numero di livelli verticali nel modello NEMS varia in base alle esigenze specifiche e alle risorse computazionali dell'ente che lo implementa, con configurazioni che possono includere 20, 40, 60 o un altro numero di livelli verticali.
Il modello utilizza un passo temporale di output di 1 ora ed è normalmente aggiornato 4 volte al giorno.

Pur non essendo un modello “ufficiale” dei servizi meteorologici governativi, NEMS trova impiego anche in ambito aeronautico soprattutto tra i piloti sportivi o dell’aviazione generale, ottenendo indicazioni ad alta risoluzione su fenomeni come vento in valle, convezione locale o distribuzione delle precipitazioni. Inoltre, l’idea di un modello multi-scala con un unico core agevola la coerenza tra previsioni a grande scala e locale: ad esempio, un volo che parte da un piccolo aeroporto alpino (dove conta la previsione a 4 km) e procede verso spazi aerei più ampi beneficia della continuità delle previsioni.

Tabella riassuntiva dei modelli meteo globali

Ecco una tabella delle caratteristiche salienti dei modelli globali analizzati.

Nota che la risoluzione temporale di 1 ora dei vari modelli è disponibile solo per gli abbonamenti Premium di Windy, in caso contrario è di 3 ore.

Conclusioni

È stato un articolo difficile dal leggere, lo so, ma se sei arrivato fino alla fine ora ne sai molto di più sui modelli di previsione meteo e soprattutto sai iniziando a capire come applicarli al meglio a seconda del volo che devi fare.

Nel prossimo articolo vedremo i modelli previsionali locali implementati in Windy, utili soprattutto quando è tua intenzione volare in aree che potrebbero riservare bruschi cambiamenti meteorologici, come ad esempio le zone montuose.
Ti mostrerò inoltre una funzionalità di Windy, che non tutti conoscono, che ti permetterà di mettere ordine e analizzare i vari modelli in maniera estremamente semplice.
Non perdere la prossima puntata quindi!