Dalla baia di Chesapeake a una rete nazionale
Il National Ocean Service (NOS) della NOAA cominciò a prevedere le acque costiere con un modello nell'estate del 2001, quando il suo Chesapeake Bay Operational Forecast System (CBOFS), sviluppato dal Coast Survey Development Laboratory con il Center for Operational Oceanographic Products and Services (CO-OPS), fu dichiarato operativo e i suoi risultati resi pubblici. Fino al 2011 CBOFS fu un modello bidimensionale, eseguito sui calcolatori del NOS stesso, dedicato ai livelli dell'acqua e con un orizzonte di 30 ore.
Il 29 marzo 2011 lo sostituì un nuovo CBOFS tridimensionale, basato sul Regional Ocean Modeling System (ROMS) della Rutgers University, con correnti, temperatura e salinità oltre ai livelli dell'acqua, un orizzonte esteso a 48 ore ed eseguito sui calcolatori centrali della NOAA gestiti dalla NCEP Central Operations (NCO). Lo stesso giorno entrarono in servizio due sistemi gemelli basati sullo stesso modello: DBOFS per la baia del Delaware e TBOFS per la baia di Tampa.
La rete crebbe poi costa dopo costa. Il sistema della baia di San Francisco, SFBOFS, basato sul modello a griglia non strutturata FVCOM, entrò in servizio l'11 marzo 2014 sul Weather and Climate Operational Supercomputing System (WCOSS) della NOAA; GoMOFS, per il golfo del Maine, seguì il 3 gennaio 2018, con un orizzonte di 72 ore, e CIOFS, per il Cook Inlet in Alaska, il 23 luglio 2019. Il 22 marzo 2021 NGOFS2 riunì tre sistemi precedenti del nord del golfo del Messico (NGOFS, NEGOFS e NWGOFS) in un'unica griglia che arriva fino alla costa messicana.
L'ultimo degli otto usati qui, SSCOFS per il mare dei Salish e il fiume Columbia, è diventato operativo intorno al 9 settembre 2024: un modello FVCOM del Puget Sound, dello stretto di Georgia e del fiume Columbia fino alla diga di Bonneville, che ha mandato in pensione il precedente sistema del fiume Columbia, CREOFS, basato sul modello SELFE. Oltre a questi, CO-OPS fa girare un modello della costa occidentale (WCOFS), sistemi per il porto di New York e il fiume St. Johns e quattro sistemi dei Grandi Laghi.
Due nuclei di modello: ROMS e FVCOM
Ogni OFS risolve la stessa fisica: le equazioni primitive di un oceano a superficie libera, idrostatico, con livelli dell'acqua, correnti tridimensionali, temperatura e salinità, così che marea, vento, apporti dei fiumi e densità dell'acqua muovano tutti la corrente. In verticale, entrambi i nuclei usano strati che seguono il fondale (sigma), che si allungano e si comprimono con la profondità: da 10 strati in DBOFS e SSCOFS a 41 in NGOFS2.
Cinque degli otto usano ROMS, il Regional Ocean Modeling System sostenuto dalla Rutgers University, su una griglia strutturata di quadrilateri curvi o ortogonali che si può infittire dove serve: CBOFS scende a circa 30 m lungo i canali principali della baia e si allarga fino a quasi 5 km al largo, mentre GoMOFS mantiene circa 700 m su tutto il golfo del Maine.
Gli altri tre usano FVCOM, il Finite Volume Community Ocean Model sviluppato dalla University of Massachusetts Dartmouth con la Woods Hole Oceanographic Institution. La sua griglia orizzontale è fatta di triangoli non strutturati, che possono seguire una costa frastagliata e restringersi nei passaggi stretti senza infittire l'intero dominio: i triangoli di NGOFS2 vanno da 45 m nei canali di marea, nelle bocche e nelle vie d'acqua intracostiere a 10 km lungo il contorno aperto, e SSCOFS conta 239.734 nodi, distanti 100 m all'interno degli estuari.
Tutti girano all'interno dello stesso software, il Coastal Ocean Modeling Framework (COMF) scritto da CO-OPS, nel quale si svolge ogni OFS, dalla preparazione dei forzanti alla scrittura dei file di uscita; nel settembre 2024 è passato alla versione 3.6, con nuovi nomi di file per tutti i sistemi.
Come viene calcolato un ciclo
Ogni OFS gira quattro volte al giorno, ogni 6 ore. Un ciclo comincia con un nowcast sulle 6 ore appena trascorse, guidato da ciò che è realmente accaduto: venti analizzati (la Real-Time Mesoscale Analysis dell'NCEP nei nowcast di alcuni sistemi), portate fluviali osservate e, per alcuni sistemi, i livelli dell'acqua misurati dai mareografi del NOS. Da quello stato, la previsione corre poi fino a 48 ore avanti, o 72 ore per SSCOFS e GoMOFS.
Nella previsione, il vento e i flussi di calore vengono dal North American Mesoscale model (NAM) dell'NCEP, con il GFS globale come riserva quando il NAM è in ritardo. La portata dei fiumi viene dagli idrometri in tempo reale dello U.S. Geological Survey, mantenuta al suo ultimo valore osservato per tutta la previsione; SSCOFS prende invece le portate fluviali dal National Water Model.
Al contorno aperto verso il mare ogni modello ha bisogno di ciò che c'è oltre. Temperatura, salinità e livello dell'acqua non di marea vengono dal modello oceanico globale della NOAA, G-RTOFS, o dall'Extra-Tropical Storm Surge model (ETSS) per il livello del mare di alcuni sistemi; la marea è aggiunta a partire da banche dati di marea, come quella di ADCIRC, che dà a NGOFS2 trentasette componenti. La marea si propaga poi in ogni baia e in ogni stretto secondo la fisica propria del modello.
La NCEP Central Operations e CO-OPS sorvegliano le esecuzioni giorno e notte. I campi sono scritti in NetCDF, ogni ora in superficie, e pubblicati sul server NOMADS della NOAA, sul server THREDDS di CO-OPS e, tramite il programma NOAA Open Data Dissemination, sul cloud di Amazon, nel bucket noaa-nos-ofs-pds, che ne conserva lo storico. La NOAA dichiara che questi dati sono aperti al pubblico e possono essere usati liberamente, chiedendo solo di citarne la fonte e di non lasciar intendere alcun avallo da parte della NOAA.
In mare
Nelle baie, nei canali e negli stretti, la corrente che un velista incontra è soprattutto la marea, compressa e guidata dalla forma della costa: corre più forte in un'imboccatura o tra due promontori, e il deflusso di un fiume si somma alla corrente di riflusso. Sono fenomeni di qualche centinaio di metri, che un modello oceanico globale, con celle di circa 9 km, appiattisce in un unico valore o perde del tutto. Un OFS li disegna, ora per ora, con il vento e i fiumi del giorno sopra la marea astronomica.
Ogni sistema è verificato secondo gli standard del NOS per la navigazione: livelli dell'acqua, velocità e direzione della corrente confrontati con le osservazioni, la stanca definita come una corrente inferiore a mezzo nodo. Sono messi a punto per i canali principali e per la navigazione commerciale, dove le griglie sono più fini; tra una spiaggia e un canale, vicino a uno scoglio o in una cala stretta, la griglia può ancora essere più grossolana del luogo.
Le loro previsioni valgono quanto il vento del NAM che le guida, e una piena fluviale che si forma dopo l'inizio dell'emissione non compare nella previsione, che mantiene l'ultima portata misurata. La NOAA avverte inoltre che gli OFS non sono modelli di mareggiata (storm surge) e possono essere imprecisi in caso di eventi meteorologici estremi: in un uragano o in una forte tempesta vengono prima gli avvisi ufficiali.
Per un velista questi modelli rispondono a domande pratiche: quando si inverte il riflusso all'imboccatura di una baia, se la corrente in uno stretto sarà a favore o contro la barca, fin dove al largo spinge il pennacchio di un fiume. Sono indicazioni di un modello, non misure, e vanno lette preferibilmente accanto alle previsioni delle correnti di marea della NOAA.
NOAA OFS in Saily WR
Saily WR usa otto OFS: SSCOFS, CBOFS, DBOFS, TBOFS, SFBOFS, CIOFS, GoMOFS e NGOFS2. Per ciascuno, un server scarica l'emissione completa più recente, quattro emissioni al giorno, con ogni passo di previsione pubblicato dalla NOAA (ogni ora, ogni tre ore per GoMOFS e NGOFS2), dal bucket pubblico della NOAA noaa-nos-ofs-pds; prende i file su griglia regolare, nei quali la NOAA ha interpolato il modello su una griglia di longitudine e latitudine da 0,0025° a 0,01° (da circa 250 m a 1 km), e conserva solo la corrente di superficie. La terraferma del modello e il mare fuori dal suo dominio sono contrassegnati come privi d'acqua.
Non c'è nulla da scegliere: una rotta naviga nella corrente di un OFS ovunque quell'OFS abbia acqua in quel punto, senza alcun angolo della cella di griglia a terra, e un passo di previsione a quell'ora. Altrove, e oltre l'ultimo passo del sistema, H+48 o H+72, naviga in SMOC, la corrente globale, con la marea. Dove due OFS si sovrappongono, si prende il più fine, e tra due con lo stesso passo, sempre lo stesso.
Vicino alla costa, una cella della griglia regolare dell'OFS con acqua in un solo angolo dà ancora la corrente dell'OFS, ricavata dai suoi punti con acqua; la rotta prende la corrente globale solo dove nessuno dei quattro punti intorno ad essa ha acqua, in un porto o in un passaggio che la griglia non vede. Il riepilogo della rotta nomina ogni corrente attraversata, nell'ordine, per esempio «NOAA SSCOFS, poi SMOC»; su una rotta che ha navigato in più correnti, la tabella di marcia, a schermo e stampata, indica la fonte di ogni bordo, e il CSV ha una colonna «Fonte della corrente». Sulla mappa della rotta, il livello Corrente mostra la corrente dell'OFS nelle sue acque e quella globale attorno.
Non tutti gli OFS ci sono ancora. WCOFS, lungo tutta la costa occidentale degli USA, è pubblicato solo sulla sua griglia curvilinea; NYOFS e SJROFS usano formati più vecchi; CREOFS e NECOFS non sono nel bucket. I quattro sistemi dei Grandi Laghi, LEOFS, LMHOFS, LOOFS e LSOFS, arriveranno quando le rotte potranno navigare sui laghi.
I domini
NOAA SSCOFS, mare dei Salish e fiume Columbia
SSCOFS copre i mari interni condivisi dallo stato di Washington e dalla Columbia Britannica: il Puget Sound fino alle sue insenature meridionali, l'Admiralty Inlet, le isole San Juan, lo stretto di Juan de Fuca e lo stretto di Georgia, poi la costa del Pacifico verso sud fino al fiume Columbia, che risale fino alla diga di Bonneville. È un modello FVCOM, operativo da settembre 2024, la cui maglia triangolare di 239.734 nodi è fine 100 m negli estuari, 500 m nei bacini profondi del Puget Sound e dello stretto di Georgia, e si allarga a 10 km sulla piattaforma continentale.
Saily WR prende le sue emissioni delle 03, 09, 15 e 21 UTC, ogni ora da H+0 a H+72, su una griglia di 0,005°. Sono acque in cui decide la marea: la corrente nell'Admiralty Inlet, che una rotta da Seattle alle isole San Juan attraversa, raggiunge 2-3 nodi, e passarlo con o contro il flusso cambia molto l'arrivo. Alla foce del fiume Columbia, il deflusso del fiume e la marea si incontrano sopra la barra, che il modello risolve a 100-200 m.
NOAA CBOFS, baia di Chesapeake
CBOFS copre l'intera baia di Chesapeake, dal Chesapeake Bay Bridge-Tunnel alla sua imboccatura tra Cape Henry e Cape Charles fino a Baltimora e alla foce del Susquehanna, con i suoi fiumi soggetti a marea, e un tratto della piattaforma atlantica perché la baia e l'oceano si scambino l'acqua in modo realistico. È il più antico degli OFS, operativo in due dimensioni dal 2001, e dal marzo 2011 gira su ROMS, su una griglia fine circa 30 m lungo i canali principali della baia e quasi 5 km sulla piattaforma, con 20 strati.
Saily WR prende le sue emissioni delle 00, 06, 12 e 18 UTC, ogni ora da H+1 a H+48, su una griglia di 0,005°. La baia di Chesapeake è lunga, e la sua corrente di marea non si inverte ovunque nello stesso momento: in una navigazione lungo la baia verso sud, il modello mostra dove corrono il riflusso o il flusso e quanto vi aggiunge un vento costante nell'asse della baia. Nel canale principale e all'imboccatura tra i due capi, conviene calcolare i tempi sulla corrente.
NOAA DBOFS, baia e fiume Delaware
DBOFS copre la baia del Delaware, tra Cape May e Cape Henlopen, il tratto del fiume Delaware soggetto a marea oltre Wilmington fino a Filadelfia, e un tratto della piattaforma continentale al largo del New Jersey e del Delaware, dove il suo contorno verso il mare è corretto sui livelli dell'acqua misurati a Ocean City Inlet e ad Atlantic City. Modello ROMS operativo da marzo 2011, ha una griglia da 100 m a 3 km e 10 strati.
Saily WR prende le sue emissioni delle 00, 06, 12 e 18 UTC, ogni ora da H+1 a H+48, su una griglia di 0,005°. L'imboccatura della baia e il suo canale navigabile principale concentrano forti correnti di marea, e contro un vento fresco un riflusso che esce dalla baia solleva un mare corto e ripido. Per risalire o scendere la baia, o per doppiare Cape May, la marea è la prima cosa da pianificare.
NOAA TBOFS, baia di Tampa
TBOFS copre la baia di Tampa, dalla sua imboccatura presso Egmont Key e il Sunshine Skyway Bridge fino a Tampa, St. Petersburg e Old Tampa Bay, e un tratto della piattaforma della Florida nel golfo del Messico, dove il suo livello del mare è corretto sul mareografo di Clearwater Beach. Modello ROMS operativo da marzo 2011, ha una griglia da 100 m a 1,2 km e 11 strati.
Saily WR prende le sue emissioni delle 00, 06, 12 e 18 UTC, ogni ora da H+1 a H+48, su una griglia di 0,0025°, la più fine degli OFS in Saily WR insieme a quella della baia di San Francisco. La baia si riempie e si svuota attraverso la sua imboccatura, così la corrente corre più forte nel canale navigabile sotto il ponte e all'ingresso, mentre sulle parti meno profonde della baia pesa di più il vento; un groppo estivo o un fronte freddo può guidare la corrente per qualche ora quanto la marea.
NOAA SFBOFS, baia di San Francisco
SFBOFS copre l'intero sistema della baia, South Bay, Central Bay, baia di San Pablo e baia di Suisun, il Golden Gate e la piattaforma vicina da Point Reyes a Point San Pedro. Operativo da marzo 2014, fa girare FVCOM su 54.120 nodi i cui triangoli distano circa 100 m vicino alla costa e scendono a circa 10 m lungo i canali di navigazione, guidato dai venti del NAM a 4 km.
Saily WR prende le sue emissioni delle 03, 09, 15 e 21 UTC, ogni ora da H+0 a H+48, su una griglia di 0,0025°. L'intera baia si riempie e si svuota attraverso il Golden Gate, dove la corrente corre più forte, poi si apre a ventaglio tra le isole e i bassifondi della Central Bay; in un pomeriggio d'estate, quando il vento da ovest entra dal Gate, un riflusso contro di esso crea un mare ripido, e l'inversione della marea sposta da un lato all'altro della baia la corsia migliore.
NOAA CIOFS, Cook Inlet
CIOFS copre il Cook Inlet in Alaska, un braccio di mare lungo 180 miglia dalla sua imboccatura presso Kennedy Entrance e la baia di Kachemak fino ad Anchorage, al Knik Arm e al Turnagain Arm, con le acque dello stretto di Shelikof e attorno all'isola di Kodiak, dove è verificato a Kodiak e ad Alitak. Operativo da luglio 2019, fa girare ROMS su una griglia ortogonale che va da 10 m negli estuari e nei canali della parte alta dell'insenatura a 3,5 km al largo, con 30 strati, e scopre e ricopre le sue piane di fango con la marea.
Saily WR prende le sue emissioni delle 00, 06, 12 e 18 UTC, ogni ora da H+1 a H+48, su una griglia di 0,005°. Con escursioni di marea di una trentina di piedi, piane di fango, grandi fiumi glaciali e, d'inverno, il ghiaccio marino, il Cook Inlet ha correnti di marea forti e complesse che cambiano di ora in ora, di giorno in giorno e con le stagioni: nella parte alta dell'insenatura, una navigazione si pianifica attorno alla marea più che al vento, e una barca che perde la sua corrente può passare ore senza guadagnare terreno.
NOAA GoMOFS, golfo del Maine
GoMOFS copre il golfo del Maine nel suo insieme: le coste del Massachusetts, del New Hampshire e del Maine da Cape Cod al confine canadese, la baia di Fundy, il Georges Bank e le acque al largo di Nantucket, e le acque profonde oltre la piattaforma, fino a 4.500 m lungo il suo contorno aperto meridionale. Operativo da gennaio 2018, è un modello ROMS su una griglia ortogonale di circa 700 m con 30 strati, che prevede fino a 72 ore avanti.
Saily WR prende le sue emissioni delle 00, 06, 12 e 18 UTC, ogni 3 ore da H+3 a H+72, su una griglia di 0,01°. Una forte marea domina la maggior parte del golfo, e cresce verso la baia di Fundy, dove la sua escursione raggiunge quasi 15 m: lì, sul Georges Bank e al largo di Cape Cod, la corrente di marea può trasformare in poche ore una navigazione favorevole in una contraria, e il modello mostra quando.
NOAA NGOFS2, nord del golfo del Messico
NGOFS2 copre la costa statunitense del golfo del Messico dal confine messicano alla parte occidentale del Florida Panhandle, con la baia di Corpus Christi, la baia di Galveston, le paludi della Louisiana e la baia di Barataria, il lago Pontchartrain, il basso Mississippi fino a Baton Rouge e la baia di Mobile, poi la costa messicana a sud e il golfo profondo al largo. Operativo da marzo 2021, ha sostituito tre sistemi precedenti con un'unica griglia FVCOM di 303.714 nodi, da 45 m nei canali di marea, nelle bocche e nelle vie d'acqua intracostiere a 10 km sul contorno aperto, e 41 strati.
Saily WR prende le sue emissioni delle 03, 09, 15 e 21 UTC, ogni 3 ore da H+0 a H+48, su una griglia di 0,01°. Vicino alla costa e sulla piattaforma, la corrente viene dalla marea, dal vento e, al largo, dall'influenza della Loop Current, e nelle baie e negli estuari anche dai fiumi: corre più forte nei passaggi e nelle bocche delle isole barriera e alla foce del Mississippi. In una tempesta tropicale vengono prima gli avvisi della NOAA, non questo modello.
Fonti
- Operational Forecast Systems, NOAA Center for Operational Oceanographic Products and Services (2026)
- Chesapeake Bay Operational Forecast System: Skill Assessment for 2001 and Improvements, NOAA Technical Memorandum NOS CS 1, NOAA Office of Coast Survey (2002)
- Technical Implementation Notice – Implementation of the new Oceanographic Forecast Modeling System for Chesapeake Bay, effective March 29, 2011, NOAA National Ocean Service (2011)
- Technical Implementation Notice – Implementation of the new Oceanographic Forecast Modeling System for the Delaware Bay, effective March 29, 2011, NOAA National Ocean Service (2011)
- Technical Implementation Notice – Implementation of the new Oceanographic Forecast Modeling System for the Tampa Bay, effective March 29, 2011, NOAA National Ocean Service (2011)
- Technical Implementation Notice 13-41 Amended – Implementation of the new Oceanographic Forecast Modeling System for the San Francisco Bay, delayed until March 11, 2014, NOAA National Ocean Service (2013)
- Service Change Notice 17-108 Updated – Implementation of new Oceanographic Forecast Modeling System for the Gulf of Maine, effective January 3, 2018, NOAA National Ocean Service (2017)
- Implementation of the Gulf of Maine Operational Forecast System (GoMOFS) and the Semi-Operational Nowcast/Forecast Skill Assessment, NOAA Technical Report NOS CO-OPS 088, NOAA Center for Operational Oceanographic Products and Services (2018)
- Service Change Notice 19-51 – Implementation of new Oceanographic Forecast Modeling Systems for the Cook Inlet and Lake Michigan and Lake Huron, effective July 23, 2019, NOAA National Ocean Service (2019)
- Service Change Notice 21-14 Updated – Implementation of new Oceanographic Forecast Modeling System for the U.S. West Coast (WCOFS) and the Upgraded Northern Gulf of Mexico (NGOFS2), effective March 22, 2021, NOAA National Ocean Service (2021)
- Service Change Notice 24-77 – NOS OFS Framework Version Updates and Implementation of Oceanographic Forecast Modeling Systems for the Salish Sea and Columbia River, effective on or about September 9, 2024, NOAA National Ocean Service (2024)
- NOAA Operational Forecast System (OFS), Registry of Open Data on AWS (2026)