Didattica modelli fisico matematici

La meteorologia e l'analisi degli errori: Quante incertezze fisico-matematiche!

Introduzione: Capita spesso che a causa di un acquazzone improvviso, la prima persona su cui si scaglia la propria rabbia è il meteorologo. Chi magari sta compiendo un tragitto all'aperto ed è uscito senza l'ombrello, chi ha organizzato un evento in piazza e tanti altri esempi che sarebbe banale e tedioso andare ad elencare. In questo breve articolo, cercheremo di spiegarvi quanto possa risultare difficile per i modelli matematici su cui si affidano i meteorologi, formulare un'analisi dettagliata del futuro immediato dal punto di vista climatico. L'errore è un parametro ben definito nell'elaborazione di una grandezza o una quantità e anche nella meteorologia può giocare un ruolo molto significativo.

Cos'è l'analisi di un errore nella scienza? Quello che comunemente definiamo "errore" o "sbaglio", dal punto di vista scientifico assume un significato ben più complesso e matematico. Se da una parte è fondamentale avere una stima precisa di ogni singolo dato che abbiamo il dovere di analizzare in qualsiasi forma, dall'altra siamo obbligati ad essere consapevoli che quanto esso possa tendere al suo reale valore, non saremo mai in grado di conoscerlo definitivamente, ma attraverso l'analisi degli errori possiamo averne una stima accettabile riducendoli al minimo. Gli stessi errori, possono essere definiti in un linguaggio prettamente sperimentale "incertezze".

La stazione meteorologica e le previsioni meteo: Il ruolo di una stazione meteorologica è quello di elaborare un certo numero di dati da inviare al modello matematico che emanerà poi una sintesi cartacea di quanto appreso anche da questi ultimi. La classica "previsione meteo" e quello che normalmente viene definito "Run Modellistico". Ma ci siamo mai chiesti quanto questi dati possano essere certi al fine di ritagliarsi un ruolo così importante? Abbiamo mai pensato ad un margine di errore che per quanto possa essere ridotto, può comunque influire e anche in modo rilevante sulla previsione meteo?

Pressione, temperatura,umidità e vento: I tre dati principali sui quali una stazione meteorologica deve rispettare un certo rigore di osservazione sono proprio questi. Come alcuni sanno, è fondamentale infatti che i sensori di rilevamento debbano essere tarati il più precisamente possibile in modo tale da avere una stima esatta dei reali valori registrati nell'aria. Avete capito bene, esatta. E' proprio quì che si concretizza il nostro problema.

La fonte di incertezza , in primo luogo , può già fornire una possibilità di errore. Si definisce tale, quella che proviene direttamente dallo strumento utilizzato per effettuare una data misurazione. Anche se siamo intenti a cronometrare un velocista a più riprese, non potremo mai fare una stima esatta del tempo che ha impiegato ad attraversare un determinato percorso. Se utilizzassimo un cronometro infatti, il gesto di azionarlo non avverrà mai in perfetta concomitanza con la partenza dello stesso velocista. Ci sarà una differenza minima che andrà a determinare discrepanze tra i valori acquisiti nelle prove effettuate. Così come per questo esempio, anche la stazione meteorologica potrà avere delle difficoltà, seppur minime, a descrivere un veloce cambiamento nel tempo del valore della pressione o simili.

Prendendo in esame un parametro come quello della temperatura, è necessario mettere in chiaro che il dato segnalato da una strumentazione meteorologica come abbiamo detto, si avvicina a quello reale ma non risulterà mai tale.
Senza entrare troppo nel dettaglio, il valore della t(temperatura)=x che la stazione meteorologica ritiene più vicino a quello reale viene definito xbest , mentre la stessa incertezza viene definita δx.

Per cui, dal momento che una stazione meteorologica assegna ad X un valore pari a +24,3°C , sappiamo per certo che questo è il risultato di un'approssimazione degli errori e che X è compreso tra un -δx ed un δx di un minimo di gradi centigradi che può variare a seconda della strumentazione utilizzata ( anche +- 0,02°C).

L'esempio della temperatura ovviamente non è il solo che potrebbe essere stipulato e preso in esame. Per quanto concerne l'analisi degli errori, molti altri dati che una strumentazione meteorologica elabora ne sono completamente esposti.

In conclusione, non c'è frase più consona all'argomento, detta dal generale Andrea Baroni:"La meteorologia è una scienza inesatta". Che per quanto un calcolatore possa elaborare una previsione meteorologica certa sui prossimi giorni, sapremo sempre che essa non può rivelarsi affidabile al 100% e che la famosa "incertezza" è sempre dietro l'angolo. Sarà poi l'esperienza del meteorologo a giocare un ruolo fondamentale sull'elaborato di un modello matematico.

Ma la base da cui proviene tutto ciò, come abbiamo cercato di spiegarvi, risulta ancora inesatta e giornalmente esposta a determinati errori.

Questo infine è uno dei tanti esempi basati sull'analisi degli errori relativo alla saturazione del colore, dove è rappresentato il suo andamento e un suo valore ideale.

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