Approfondimenti: Background Field
L'Optimal Interpolation (OI) combina due tipi di informazione su
un campo meteorologico, pesandoli con le rispettive incertezze statistiche:
le osservazioni vere e proprie e un background field, che rappresenta
un'informazione a priori sul campo. L'interpolazione è definita come
una relazione lineare tra l'innovazione (ovvero la differenza tra
valori osservati e valori di background) e l'incremento dell'analisi dal
background.
Come background field si usa spesso un campo di modello, che ha il pregio
di essere coerente con la dinamica dell'atmosfera
(così com'è rappresentata nel modello).
D'altra parte, a tal fine occorre trattare esplicitamente alcune
approssimazioni, come le differenze tra topografia del modello e topografia
reale e come la modellizzazione dei processi turbolenti nel
boundary layer.
Per poterli usare come background field, inoltre, i campi di modello devono
essere disponibili con frequenza temporale paragonabile a quella delle
osservazioni.
La disponibilità di campi di modello con risoluzione spaziale
e temporale adeguata non è sempre garantita, soprattutto a
piccoli gruppi di lavoro con priorità operative.
La possibilità di realizzare campi di analisi oggettiva senza
fare uso di campi di modello come background field è interessante
quando i campi di modello non sono disponibili, oppure quando l'analisi
è utilizzata a scopi di verifica.
La scelta utilizzata qui è di costruire uno "pseudo" background
field a partire dalle osservazioni stesse, con l'obiettivo di individuare
e sottrarre le principali tendenze spaziali presenti nel campo, interpretabili
come segnale a scala più grande, prima di interpolare le anomalie
rispetto a queste (detrending).
Per mezzo di una tecnica di minimi quadrati, il campo di background è
calcolato come funzione lineare delle coordinate spaziali. Quando la
variabile in esame lo richiede, come nel caso della temperatura, è
consentito un cambiamento di pendenza nella dipendenza verticale: questo
è importante, ad esempio, per il caso di inversioni termiche.
L'andamento verticale risultante da osservazioni prese vicino alla superficie
non può essere considerato un'informazione sulla struttura verticale
in atmosfera libera. D'altra parte, quando in atmosfera libera è
presente un'importante inversione termica, questa ha chiaramente influenza
sulle misure prese vicino alla superficie, in particolare su versanti
orografici rivolti verso un'ampia vallata, come la pianura padana o come,
anche, le principali valli alpine.
Le figure rappresentano, in funzione della quota (m sul
livello del mare, in ordinata),
le osservazioni della rete lombarda e le corrispondenti stime da background
per la temperatura (°C) e per la temperatura di rugiada (°C,
ricavata dalle osservazioni di temperatura e di umidità relativa), in due casi di
studio. A sinistra, un caso di nebbia (inversione da irraggiamento); a destra
un caso di foehn (inversione da subsidenza).
To = osservazioni temperatura;
Tb = background temperatura;
TDo= osservazioni temperatura di rugiada;
TDb= background temperatura di rugiada.