RTOFS

Dall'HYCOM della Marina all'oceano quotidiano della NOAA

I National Centers for Environmental Prediction (NCEP) della NOAA, che gestiscono il modello meteorologico GFS, iniziarono a prevedere l'oceano nel dicembre 2005 con un RTOFS Atlantico, che copriva il bacino del Nord Atlantico e le acque costiere degli Stati Uniti, la Corrente del Golfo e il Golfo del Messico. Il suo successore globale, RTOFS Global, divenne operativo il 25 ottobre 2011: il primo sistema globale di previsione oceanica della NOAA in grado di risolvere i vortici, costruito in stretta collaborazione con la Marina degli Stati Uniti. Nel 2016 l'NCEP propose di dismettere il sistema atlantico, ormai superato da quello globale.

Il suo modello oceanico, HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model), nacque da modelli isopicnici come il Miami Isopycnic Coordinate Ocean Model (MICOM), sulle basi poste da Rainer Bleck, e fu sviluppato dall'Università di Miami con il Naval Research Laboratory. La Marina lo usava nel proprio Global Ocean Forecasting System (GOFS 3.1 — HYCOM a 41 strati con analisi NCODA a 1/12°). La versione 1.0 di RTOFS ripartiva ogni giorno da un'analisi prodotta dal Naval Oceanographic Office con NCODA, e l'NCEP adattò il modello al proprio forzante atmosferico, da GDAS e GFS.

Il 17 ottobre 2015 la versione 1.1 portò gli strati da 32 a 41, nove dei quali aggiunti vicino alla superficie, accoppiò HYCOM con il modello di ghiaccio marino CICE di Los Alamos, migliorò la batimetria fino a una profondità minima di 5 m e adottò un'equazione di stato a 17 termini. La versione 2.0, operativa nel dicembre 2020, riportò l'analisi quotidiana all'Environmental Modeling Center dell'NCEP con un sistema proprio, RTOFS-DA. Seguirono correzioni dei bias vicino all'equatore e nuovi satelliti (v2.3, agosto 2022), correzioni di stabilità (v2.4, settembre 2024) e, il 29 luglio 2025, la v2.5, che vincola l'assimilazione del livello del mare e assimila le misure di corrente delle boe derivanti e dei radar HF.

Il passo successivo è stato annunciato nel marzo 2026: RTOFS v3.0 sostituirebbe HYCOM con MOM6 (Modular Ocean Model) e CICE 4 con CICE 6, i componenti dello Unified Forecast System della NOAA. A ottobre 2026 il flusso operativo è ancora la v2.5, quella basata su HYCOM descritta qui.

HYCOM: un oceano a tre tipi di strato

HYCOM risolve le equazioni primitive di un oceano idrostatico, come altri modelli di circolazione; ciò che lo distingue è la sua coordinata verticale. Nell'oceano aperto e stratificato i suoi strati seguono superfici di uguale densità (strati isopicnici), il che impedisce alle masse d'acqua di confondersi nel tempo; nello strato rimescolato superficiale diventano livelli a profondità fissa; e sulle piattaforme poco profonde seguono il fondale (strati che seguono il terreno, o sigma). Ogni strato ha una densità di riferimento e il modello continua a riportarne le interfacce verso di essa, a meno che ciò non le ammassi.

RTOFS globale ha 41 di questi strati ibridi, quelli a profondità fissa soprattutto nei primi 200 m, su una griglia tripolare a 1/12° di 4.500 × 3.298 punti: una griglia di Mercatore a sud di 47° N e, a nord, una porzione artica con due poli, in modo che nessun punto cada sul polo geografico. A circa 9 km il modello è detto eddy-resolving, cioè risolve i vortici: i vortici dell'oceano e i meandri della Corrente del Golfo o del Kuroshio sono calcolati, non cancellati dalla media.

L'oceano è accoppiato ogni ora con CICE 4, il modello di ghiaccio marino di Los Alamos, e forzato dall'atmosfera dell'NCEP: le analisi GDAS per il passato, poi lo sforzo del vento, la radiazione e le precipitazioni della previsione GFS per gli 8 giorni a venire. Il sistema operativo non ha marea, anche se il codice della v2.0 ha aggiunto un forzante mareale per un uso futuro, e non è accoppiato con un modello di onde, quindi la sua corrente non contiene la deriva di Stokes, il moto netto in avanti dell'acqua al passaggio delle onde.

RTOFS-DA e il ciclo quotidiano

Ogni giorno RTOFS-DA raccoglie la temperatura della superficie del mare dai satelliti (METOP-B, VIIRS) e da navi e boe, la salinità superficiale dai satelliti SMAP e SMOS e dalle boe, i profili di temperatura e salinità (galleggianti Argo e Alamo, glider, calate CTD, sonde a perdere, boe ormeggiate e perfino sensori portati da animali marini), l'altezza della superficie del mare dei satelliti altimetrici (AltiKa, CryoSat, Jason-3, Sentinel-3A, 3B e 6A) e la concentrazione del ghiaccio marino da SSMIS e AMSR2. Dalla v2.5 prende anche le correnti misurate dalle boe derivanti e dai radar HF costieri. Ogni osservazione passa prima per un controllo di qualità automatico e un diradamento.

RTOFS-DA è un 3DVar multivariato e multiscala, costruito sul NCODA (Navy Coupled Ocean Data Assimilation) della Marina. Un 3DVar cerca lo stato dell'oceano che si accorda meglio sia con la previsione a 24 ore del giorno prima, usata come prima stima, sia con le osservazioni, ciascuna pesata secondo il suo errore atteso, in un unico istante di analisi anziché su una finestra come farebbe un 4D-Var. Lontano dall'equatore, alle correzioni di densità vengono associate correnti in equilibrio geostrofico, l'equilibrio tra la pressione e la rotazione terrestre; dal 2022 una correzione dei bias attenua le onde spurie che questa inizializzazione generava all'equatore.

Il ciclo è quotidiano, dalle 00 UTC: le correzioni sono introdotte nel modello gradualmente (incremental analysis update) anziché tutte in una volta, poi la previsione arriva a 8 giorni, i primi quattro e gli ultimi quattro in due fasi della giornata. I risultati, campi superficiali orari e campi tridimensionali ogni 6 ore, in GRIB2 e NetCDF, sono pubblicati sui server NOMADS della NOAA e su NOAAPort, e replicati negli open data della NOAA sul cloud.

Come tutto ciò che pubblica il National Weather Service, RTOFS è di pubblico dominio negli Stati Uniti: gratuito, riutilizzabile per qualsiasi scopo, alla sola condizione di non presentarlo come proprio né di lasciar intendere un'approvazione della NOAA. I dati elaborati, per esempio reinterpolati su un'altra griglia, non devono essere spacciati per dati originali della NOAA.

In mare

RTOFS è nato attorno alla Corrente del Golfo: il sistema atlantico dava già indicazioni su di essa, e la valutazione del sistema globale da parte dell'NCEP ha verificato la posizione della corrente e il flusso misurato dal cavo della Florida attraverso lo Stretto della Florida. In mare aperto disegna le grandi correnti e i loro vortici ovunque l'altimetria e i galleggianti li fissino; queste strutture si spostano nell'arco di giorni piuttosto che di ore, ed è questo che rende degna di essere letta una loro previsione a 8 giorni.

Il suo punto cieco, per un velista, è la marea. Sulle piattaforme continentali e negli stretti dove dominano le correnti di marea, la Manica, il Golfo del Maine o la Baia di Fundy, RTOFS dà solo la corrente non mareale, così la corrente reale può scorrere in senso opposto per metà di ogni marea. Lì va letto piuttosto per la deriva residua, con accanto gli atlanti delle correnti di marea, o SMOC, che aggiunge la marea.

Senza deriva di Stokes, tralascia anche la spinta sottovento delle onde che SMOC aggiunge quando il vento soffia forte. Accanto a SMOC, RTOFS è un secondo parere da un sistema indipendente, un altro modello, un'altra assimilazione, altri venti: in mare aperto, dove i due concordano su una corrente, merita fiducia; dove collocano un vortice in modo diverso, la corrente in quel punto è incerta. Vicino alla costa, la maggior parte della loro differenza è semplicemente la marea.

RTOFS in Saily WR

RTOFS è una delle due correnti che un velista può scegliere in Saily WR, accanto a SMOC o a nessuna corrente; la corrente scelta si somma alla velocità della barca in ogni punto e a ogni ora, sulla rotta di ogni modello di vento, così che le rotte restino confrontabili fianco a fianco. L'app prende la corrente superficiale di RTOFS, senza marea né deriva di Stokes, dalla sua unica emissione giornaliera delle 00 UTC: ogni ora fino a H+72, poi ogni 3 ore fino a H+192, 8 giorni avanti. La NOAA pubblica ogni emissione in due parti, e l'app prende ciascuna appena esce: le prime 72 ore arrivano sul server verso le 09:30 UTC, il resto verso le 15:30 UTC; nel frattempo, oltre H+72, una rotta prosegue nell'emissione del giorno prima, che il server conserva, fino al suo orizzonte: da un'emissione all'altra, la corrente è interpolata nel tempo come tra due scadenze qualsiasi.

La sua griglia tripolare, di circa 1/12°, è riportata su una griglia regolare a 1/12°: ogni punto di questa griglia prende il valore del punto RTOFS più vicino entro 15 km. Un server scarica ogni nuova emissione appena è pubblicata, e la pagina Dati mostra in tempo reale su quale emissione si trova RTOFS, il suo orizzonte e la sua copertura.

Calcolare la stessa traversata d'altura con RTOFS, poi con SMOC, mostra quanto una rotta dipenda dall'analisi oceanica: se entrambe le correnti la mandano dalla stessa parte, la scelta è solida; se le rotte si separano attorno a un vortice, quel vortice merita uno sguardo in mare. Vicino alla costa, uno scarto tra le due è prima di tutto la marea, che SMOC aggiunge e RTOFS tralascia.