MFWAM

Il modello d'onda di Météo-France

MFWAM, da Météo-France WAve Model, è il sistema operativo globale del moto ondoso di Météo-France, il servizio meteorologico francese, e quello che Copernicus Marine distribuisce come analisi e previsione globali delle onde. È un modello d'onda di terza generazione, che descrive lo stato del mare come uno spettro di onde, 24 direzioni per 30 frequenze, e non come onde singole.

Il suo codice è ECWAM, il modello d'onda del sistema integrato di previsione (IFS) dell'ECMWF. La descrizione del prodotto indica la versione ECWAM-IFS-38R2, con un termine di dissipazione sviluppato da Ardhuin et al. (2010), e dice che il modello è stato migliorato nel novembre 2014 con i progressi del progetto di ricerca europeo MyWave (Janssen et al. 2014). Il documento di qualità aggiunge che il codice è passato a ECWAM-IFS-41R2 nel dicembre 2020, senza cambiare la fisica delle onde.

Da allora il sistema è stato rinnovato più volte. La sua versione 4, nel gennaio 2018, ha portato la griglia di calcolo a 10 km e la profondità d'acqua minima da 10 a 5 m, ha regolato i termini di dissipazione per migliorare lo sforzo di superficie all'interfaccia aria-mare con venti forti e intermedi, e ha introdotto uno spettro di Phillips diagnostico per la parte ad alta frequenza dello spettro. Nel dicembre 2020 la previsione è stata estesa a 10 giorni, e nel settembre 2022 l'assimilazione ha incluso le altezze d'onda di Sentinel-6A e gli spettri direzionali d'onda dello strumento SWIM di CFOSAT. La consegna è due volte al giorno dal dicembre 2021.

Copernicus Marine lo pubblica come prodotto GLOBAL_ANALYSISFORECAST_WAV_001_027, con un dataset di campi ogni 3 ore e un archivio mobile di due anni. Oltre ai parametri integrati dell'intero spettro (altezza significativa, periodi, direzione, deriva di Stokes, altezza massima delle onde), fornisce le partizioni dello spettro in mare di vento e onda lunga primaria e secondaria.

Venti in ingresso, una griglia regolare in uscita

Le onde sono generate dal vento, quindi i venti che forzano il modello determinano buona parte della qualità delle sue onde. MFWAM prende quelli dell'IFS dell'ECMWF, analisi ogni 6 ore e previsioni ogni 3 ore a 1/10°, insieme alla frazione di ghiaccio marino. Il documento di qualità aggiunge che il sistema migliorato è forzato dalle correnti superficiali del sistema globale di previsione oceanica PSY4 di Mercator, aggiornato ogni giorno.

La griglia propria del modello è irregolare: la distanza tra i suoi punti in longitudine diminuisce verso i poli ed è di circa 1/10° all'equatore. Il fondale proviene dalla topografia ETOPO2 della NOAA, a 2 minuti. I parametri d'onda sono poi interpolati sulla griglia regolare a 1/12° di 4320 × 2041 punti su cui il prodotto è pubblicato.

Dei molti campi del prodotto, Saily WR ne tiene tre: VHM0, l'altezza significativa spettrale delle onde, in metri; VMDR, la direzione media di provenienza delle onde, in gradi, come per il vento; e VTPK, il periodo al picco dello spettro, in secondi. Lo stesso modello calcola anche la deriva di Stokes che la corrente SMOC somma alla circolazione dell'oceano.

I campi sono istantanei, non mediati, ogni 3 ore, alle 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 e 21 UTC, quindi lo stato del mare tra due di essi non è descritto.

Altimetri e spettri d'onda, due volte al giorno

MFWAM è corretto con osservazioni dallo spazio. Il manuale elenca le altezze significative d'onda degli altimetri Jason-3, Saral, Cryosat-2, Sentinel-3A e 3B, CFOSAT e Sentinel-6, e gli spettri d'onda del radar (SAR) di Sentinel-1, assimilati per interpolazione ottimale in un ciclo giornaliero.

Lo strumento SWIM di CFOSAT fornisce spettri direzionali d'onda per lunghezze d'onda da 60 a 500 m. Il documento di qualità riferisce che il loro uso ha ridotto il bias dell'altezza d'onda nell'Oceano Meridionale, perché scalano meglio la crescita delle onde di vento nelle tempeste a fetch illimitato.

Le analisi sono fatte quattro volte al giorno, alle 00, 06, 12 e 18 UTC, con forzanti dell'ECMWF aggiornati. Il prodotto stesso è aggiornato due volte al giorno, alle 00:00 e alle 12:00 UTC, ogni volta con l'analisi del giorno di produzione e una previsione fino a 240 ore.

Copernicus Marine conserva due anni della serie nel suo archivio dati ed elimina le previsioni superate man mano che ne arrivano di nuove.

In mare

Il documento di qualità valuta l'analisi. Rispetto alle boe del National Data Buoy Center americano, soprattutto in Nord America, da gennaio a maggio 2020, l'altezza d'onda ha un bias di 2 cm e un indice di dispersione del 13,8 %, il periodo di picco un bias di 0,33 s e un indice di dispersione del 12,6 %. Rispetto agli altimetri indipendenti HY-2B e HY-2C, nel giugno 2022, l'indice di dispersione dell'altezza d'onda è in media del 7,9 %, con un bias di 3 cm.

Gli errori non sono uguali ovunque. L'indice di dispersione resta sotto l'8 % in mare aperto e aumenta nelle zone costiere; il bias è piccolo, ma più grande vicino alle coste e nelle regioni toccate dal ghiaccio marino. Il documento non dà alcuna cifra per la previsione a 10 giorni: per la previsione del primo giorno indica un indice di dispersione del 10,2 % nel febbraio 2020, rispetto agli altimetri.

Un modello d'onda su una griglia a 1/12° descrive lo stato del mare di una zona larga diversi chilometri, non ciò che fanno un promontorio, una secca o un passaggio stretto vicino alla costa, dove il documento trova errori più grandi; e il modello si ferma a 5 m di profondità d'acqua. In mare aperto dice altezza, direzione e periodo delle onde che una rotta probabilmente incontrerà, da leggere come una previsione, non come una misura.

MFWAM in Saily WR

Saily WR mostra le onde di MFWAM lungo una rotta calcolata: un grafico della loro altezza, direzione e periodo lungo la rotta, e nel riepilogo le onde più alte che incontra. Sono mostrate, mai usate: la rotta è calcolata dal vento, e dalla corrente se ne è scelta una, e le onde non rallentano la barca. Le stesse onde accompagnano la rotta di ogni modello di vento, così le rotte restano confrontabili fianco a fianco.

Un server scarica ogni nuova emissione non appena è pubblicata, e la pagina Dati mostra in diretta su quale emissione si trova MFWAM, il suo orizzonte e la sua copertura. La sua riga è lì del tipo Onde, dopo le correnti. Poiché il modello è globale, non ha un'impronta da disegnare sulla mappa.

Come richiede la licenza Copernicus Marine, i dati sono citati ovunque vengano mostrati: «E.U. Copernicus Marine Service Information (CMEMS)». Questa licenza è gratuita e consente a chiunque di creare e condividere prodotti derivati dai dati, per qualsiasi scopo, a quest'unica condizione.