Osservazione e modellistica della criosfera

SHINE - Research Team

Università degli Studi dell’Aquila – CETEMPS

osservazione-e-modellistica-della-criosfera-hover

SHINE è l’acronimo di Snow High-altitude Instrumental Network and Implementation of Numerical modelling in mountain Environment e sta ad indicare l’unità di ricerca del CETEMPS dell’Università degli Studi dell’Aquila che si occupa dell’osservazione e della modellistica della criosfera, fortemente voluta dall’ex direttore del CETEMPS, il Prof. Frank Silvio Marzano, deceduto prematuramente l’8 Maggio 2022.

La nostra attività di ricerca è articolata su due filoni principali. Il primo riguarda la modellistica numerica del manto nevoso, che permette di prevedere le proprietà fisiche della neve al suolo e la sua evoluzione stagionale. Il secondo aspetto delle nostre attività è incentrato sull’osservazione in situ del manto nevoso stagionale, tramite misure automatiche delle principali variabili atmosferiche e nivologiche e misurazioni manuali, in prossimità dei siti di monitoraggio.

SCOPRI IL NOSTRO TEAM

MODELLISTICA NUMERICA

La simulazione del manto nevoso stagionale è particolarmente impegnativa nelle regioni montuose a causa della complessa interazione tra flusso atmosferico e topografia. Infatti il flusso sinottico che si avvicina alla topografia può portare alla formazione di fenomeni locali, come le precipitazioni orografiche, che hanno una grande influenza non solo sui pattern di deposizione della neve a scala di cresta, ma anche di fenomeni a scala minore, come la deposizione preferenziale e la ridistribuzione della neve, che può causare ampie variazioni del manto nevoso entro pochi metri. Pertanto la qualità di una simulazione del manto nevoso è strettamente correlata alla risoluzione orizzontale e alla qualità dei dati atmosferici utilizzati per forzare il modello di manto nevoso.

Ai fini della stima delle proprietà fisiche del manto nevoso stagionale è stata sviluppata una catena modellistica che vede coinvolti il modello atmosferico WRF (Weather Research and Forecasting model) ed il modello di suolo Alpine3D.

Il modello WRF

modello-wrf-modellistica-numerica-della-criosfera

Il modello WRF viene utilizzato per descrivere l’evoluzione atmosferica alla mesoscala. WRF è un modello meteorologico regionale non idrostatico che include diverse opzioni per la parametrizzazione dei processi fisici atmosferici. Il modello atmosferico WRF può essere configurato con più domini nidificati a risoluzione crescente, in modo da passare dalla scala sinottica a bassa risoluzione, alla scala locale ad alta risoluzione.

Il modello Alpine 3D

modello-alpine-3d-modellistica-della-criosfera

Alpine3D è un modello numerico tridimensionale di manto nevoso e suolo. Comprende il modello unidimensionale SNOWPACK per simulare le proprietà della neve, della superficie terrestre e del suolo; il modulo SnowDrift per simulare il trasporto eolico della neve, il modulo EBalance per calcolare i campi di radiazione tenendo conto dell’ombreggiatura topografica e degli effetti di riflessione, e un modulo di deflusso dell’acqua liquida attraverso il suolo. SNOWPACK è il cuore di Alpine3D, è sviluppato utilizzando uno schema lagrangiano che permette di fornire una descrizione dettagliata della stratigrafia della neve, del bilancio di massa e di energia, simulando fino a 50 strati di neve. Per forzare Alpine3D, utilizziamo la temperatura dell’aria, l’umidità relativa, la velocità del vento, la radiazione a onde corte in entrata, la radiazione a onde lunghe in entrata, la precipitazione totale, la fase di precipitazione e la temperatura della superficie del suolo estratte dal modello WRF.

MISURE IN SITU

Il gruppo SHINE gestisce due osservatori meteo-nivologici installati in località Pietrattina (1460 m s.l.m.) sull’estremità orientale dell’Altopiano di Campo Imperatore e presso gli impianti sciistici di Campo Felice, in località Colle del Nibbio (1790 m s.l.m.). Entrambi gli osservatori sono costituiti da una stazione automatica, equipaggiata per il rilevamento dei principali parametri atmosferici (temperatura, umidità, pressione, velocità e direzione del vento), piranometri per la misura della radiazione solare incidente e riflessa, un nivometro per la misura dell’altezza neve e sensori per l’acquisizione della temperatura superficiale del manto nevoso e del suolo. I siti di misura sono inoltre dotati di un campo neve ove vengono effettuate misure manuali del manto nevoso in accordo con gli standard internazionali della “Classificazione della neve stagionale al suolo”. Gli osservatori sono gestiti in cooperazione con l’associazione amatoriale MeteoAQuilano.

Campo Imperatore – Località Pietrattina

campo-imperatore-localita-di-pietrattina-misure-in-situ-della-criosfera

Il sito di misura di Campo Imperatore si trova nell’Appennino Centrale, nella regione Abruzzo, sull’altopiano di Campo Imperatore, nel comune di Castel del Monte.

La zona dell’installazione prende il nome di Pietrattina ed è posta nell’estremo orientale dell’Altopiano di Campo Imperatore ad una quota di circa 1460 metri s.l.m., nel Comune di Castel del Monte. La zona durante l’estate è soggetta al pascolo, mentre d’inverno viene battutto un lungo anello di sci di fondo per circa 10 chilometri. Zona magnifica dal punto di vista naturalistico, da qui si gode di un panorama spettacolare verso alcune delle vette più importanti del gruppo montuoso del Gran Sasso, in primis Monte Camicia e Monte Prena. Dal punto di vista climatico, la zona risulta molto fredda e ventosa in inverno, con le condizioni del tempo che possono mutare rapidamente. Infatti non sono rare improvvise bufere di neve che giungono soprattutto per via di tese correnti dai quadranti settentrionali ed orientali.

L’osservatorio di Pietrattina è dedicato al defunto Prof. Frank S. Marzano, che con le sue spiccate capacità di ricercatore e coordinatore, ha posto le basi per lo sviluppo di un filone di ricerca multidisciplinare sul tema delle scienze della neve e del ghiaccio nell’Appennino Centrale.

I dati raccolti dalla stazione sono visualizzabili in tempo reale sul sito internet di MeteoAQuilano.

Campo Felice – Località Colle del Nibbio

localita-colle-del-nibbio-misure-in-situ-della-criosfera

Il sito di misura di Campo Felice si trova nell’Appennino Centrale, nella regione Abruzzo, nei pressi degli impianti sciistici di Campo Felice, nel comune di Rocca di Cambio.

La zona dell’installazione è nei pressi del Colle del Nibbio, sul versante nord a quota 1790 m s.l.m., in una radura pianeggiante nel bosco di faggio adiacente la pista da sci intitolata a Giovanni Paolo II. Gli alberi che la circondano fanno sì che il vento non sia mai eccessivo, tuttavia sono sufficientemente distanti da non intercettare le precipitazioni nevose. Perciò il sito è particolarmente adatto al rilevamento delle proprietà del manto nevoso, tanto che di fianco all’osservatorio, è presente uno dei tanti campi neve manuali Meteomont, dove le truppe Alpine dell’esercito eseguono i loro rilevamenti.

I dati raccolti dalla stazione sono visualizzabili in tempo reale sul sito internet di MeteoAQuilano.

Chi siamo

Di seguito sono elencati i membri attualmente presenti nel del team SHINE, che lavorano sulle tematiche relative al monitoraggio e alla modellistica della criosfera. Qualora siate interessati a lavorare con noi, non esitate a contattarci e a controllare nella sezione notizie la presenza di posizioni aperte presso il nostro team.

Prof.Paolo Tuccella

Paolo Tuccella ha conseguito la laurea specialistica in Fisica presso l’Università degli Studi dell’Aquila nel 2009 e il titolo di dottore di ricerca presso lo stesso ateneo aquilano nell’anno 2013. Nell’ambito del dottorato di ricerca, ha trascorso un periodo di sei mesi presso la NOAA di Boulder (CO, USA) nel 2012. Dopo sei mesi di post-doc in Italia, ha iniziato nel 2013 il suo percorso di ricercatore postdoc all’estero, prima presso l’Università Pierre et Marie Curie di Parigi e poi presso l’Ecole Polytechnique sempre nella capitale francese. Nel 2016 il prof. Tuccella è risultato vincitore di un grant biennale AXA Research Fund con un progetto relativo alle problematiche di valutazione del rischio nell’area tematica clima-ambiente. A partire dal 2019, il prof. Tuccella ha iniziato a occuparsi di monitoraggio e modellistica numerica del manto nevoso. In questo ambito, sta partecipando anche attivamente alle attività di monitoraggio del Ghiacciaio del Calderone del Gran Sasso d’Italia, nell’ambito delle attività del Comitato Glaciologico Italiano, del quale è membro dal 2022. Dal 2021, il prof. Tuccella è direttore della linea di ricerca “Osservazione e Modellistica della Criosfera” presso il Center of Excellence Telesensing of Environment and Model Prediction of Severe Events (CETEMPS) dell’Università degli Studi dell’Aquila e nel 2023 ha conseguito il titolo di “Osservatore Nivologico” AINEVA.

Dott.Edoardo Raparelli

Edoardo Raparelli consegue la laurea triennale in Fisica presso l’Università degli Studi dell’Aquila nel 2015. Ottiene poi la laurea magistrale in Scienze Atmosferiche e Criosferiche presso l’ACINN della Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, dopo aver svolto la sua tesi magistrale presso il centro di ricerca SLF di Davos sul tema del metamorfismo e dell’assestamento della neve fresca. Consegue il dottorato di ricerca nel 2022 presso l’Università La Sapienza di Roma, supervisionato dal Prof. Frank S. Marzano, combinando tecniche modellistiche e di telerilevamento del manto nevoso per la stima delle proprietà fisiche dei cristalli. Nello stesso anno vince un assegno di ricerca presso lo stesso istituto, portando ulteriormente avanti i temi affrontati durante l’attività di dottorato. Nel 2023 si sposta all’Università degli Studi dell’Aquila, nel gruppo di “Osservazione e Modellistica della Criosfera” presso il Center of Excellence Telesensing of Environment and Model Prediction of Severe Events (CETEMPS), ottenendo un assegno di ricerca sul tema del monitoraggio e della modellistica numerica delle proprietà fisiche del manto nevoso. Dal 2018 si occupa dello sviluppo di un sistema automatico di monitoraggio nivo-meteorologico per ambiente montano, attualmente utilizzato dal team SHINE, e partecipa alle attività di monitoraggio del Ghiacciaio del Calderone del Gran Sasso d’Italia, nell’ambito delle attività del Comitato Glaciologico Italiano. Nel 2022 consegue il titolo di “Osservatore Nivologico” AINEVA.

Pubblicazioni

Di seguito sono riportate le pubblicazioni scientifiche che riguardano l’ambito della criosfera a cui i ricercatori del team hanno lavorato, organizzate per tipologia. Per eventuali domande relative a una specifica pubblicazione, potete contattarci tramite gli indirizzi riportato sul sito. Risponderemo il prima possibile.

ARTICOLI SCIENTIFICI RECENTI

Palermo, G., Raparelli, E., Tuccella, P., Orlandi M., and Marzano, F.S. (2023). Using Artificial Neural Networks to Couple Satellite C-Band Synthetic Aperture Radar Interferometry and Alpine3D Numerical Model for the Estimation of Snow Cover Extent, Height, and Density. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 16, 2868-2888. doi: https://doi.org/10.1109/JSTARS.2023.3253804
Raparelli, E., Tuccella, P., Colaiuda, V., & Marzano, F. S. (2023). Snow cover prediction in the Italian central Apennines using weather forecast and land surface numerical models. The Cryosphere, 17(2), 519-538. doi: https://doi.org/10.5194/tc-17-519-2023
Bruschi, F., Moroni, B., Petroselli, C., Gravina, P., Selvaggi, R., Pecci, M., Spolaor, A., Tuccella, P., Raparelli, E., Gabrieli, J. and Esposito, G., (2022). Chemical characterisation of natural and anthropogenic inputs of dust in the seasonal snowpack (2017–2020) at Calderone Glacier (Gran Sasso d’Italia). Environmental Chemistry. doi: https://doi.org/10.1071/EN22017
Tuccella, P., Pitari, G., Colaiuda, V., Raparelli, E., and Curci, G. (2021) “Present-day radiative effect from radiation-absorbing aerosols in snow.” Atmospheric Chemistry and Physics 21.9: 6875-6893. doi: https://doi.org/10.5194/acp-21-6875-2021

CONFERENZE RECENTI

Paolo Tuccella, Edoardo Raparelli, Federica Bruschi, David Cappelletti, Valentina Colaiuda, Raffaele Lidori, Eleonora Marchetti, Massimo Pecci, Chiara Petroselli, Alessia Spezza, Regional climate forcing and response from black carbon and dust in snow: a preliminary study on Central Italy, Workshop CHIMERE, Paris, June 22 and 23, 2023
Palermo, G., Raparelli, E., Romero, N.A., Manzi, M.P., Papa, M., Biscarini, M., Tuccclla, P., Lombardi, A., Colaiuda, V., Tomassetti, B. and Cimini, D., 2022, July. Snow-Mantle Remote Sensing from Spaceborne Sar Interferometry Using a Model-Based Synergetic Retrieval Approach in Central Apennines. In IGARSS 2022-2022 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (pp. 4514-4517). IEEE. doi: https://doi.org/10.1109/IGARSS46834.2022.9884911
Raparelli, Edoardo, et al. “Snow measurement campaign for snowpack model and satellite retrieval validation in Italian Central Apennines within SMIVIA project” EGU General Assembly Conference Abstracts. 2022. doi: https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-12082
Raparelli, Edoardo, et al. “Snow cover forecasts in Central Apennines coupling weather prediction and snowpack models” Quarto Congresso Nazionale AISAM. 2022.
Paolo Tuccella, Edoardo Raparelli, Federica Bruschi, David Cappelletti, Valentina Colaiuda, Raffaele Lidori, Frank S. Marzano, Laurent Menut, Massimo Pecci, Regional climate forcing and response from black carbon and dust in snow: a preliminary study on Central Italy, Quarto Congresso Nazionale AISAM, Genova, 15-19 febbraio 2022.
Raparelli, Edoardo, et al. “Snow cover forecasts in Central Apennines coupling snowpack and weather prediction models” Terzo Congresso Nazionale AISAM. 2021.
Paolo Tuccella, Edoardo Raparelli, Valentina Colaiuda, Giovanni Pitari, Present-day radiative effect from radiation-absorbing aerosols in snow, virtual 3rd National Conference of AISAM (Italian Association on Atmospheric Sciences and Meteorology), 9-11 Feb. 2021
Raparelli, Edoardo, et al. “Snowpack modelling in central Italy: analysis and comparison of high-resolution WRF-driven Noah LSM and Alpine3D simulations.” EGU General Assembly Conference Abstracts. 2020. doi: https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-19408
Raparelli, Edoardo, et al. “Investigation of snow metamorphism in presence of atmospheric impurities through numerical models, remote sensing observations and in situ measurements.” Secondo Congresso Nazionale AISAM. 2019.
Raparelli, Edoardo, et al. “Investigation of atmospheric impurity impacts on snow metamorphism through in situ measurements, remote sensing observations and numerical models.” 35th International Conference on Alpine Meteorology (ICAM). 2019.
Raparelli, Edoardo, et al. “Snow metamorphism and densification-Comparison of measured, parametrised and modelled data.” EGU General Assembly Conference Abstracts. 2019. url: https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2019/EGU2019-17480.pdf
Tsonga, E.T., Palermo, G., Raparelli, E., Tuccella, P., Manzi, M.P. and Marzano, F., 2022. Retrieving fractional snow cover in Central Apennines from Sentinel 2 and 3 visible-infrared spectroradiometer data and random forest learning techniques (No. EGU22-2460). Copernicus Meetings. doi: https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-2460
Palermo, G., Raparelli, E., Romero, N.A., Papa, M., Orlandi, M., Tuccella, P., Lombardi, A., Picciotti, E., Di Fabio, S., Pettinelli, E. and Mattei, E., 2022. Differential SAR interferometry for estimating snow water equivalent in central Apennines complex orography from Sentinel-1 satellite within SMIVIA project (No. EGU22-10149). Copernicus Meetings. doi: https://doi.org/10.5194/egusphere-egu22-10149
Pettinelli, E., Pecci, M., Marzano, F.S., Biscarini, M., Boccabella, P., Bruschi, F., Caira, T., Cappelletti, D., Cimini, D., D’Aquila, P., Di Fiore, T., Esposito, G., Lauro, S.E., Mattei, E., Monaco, A., Palermo, G., Pecci, M., Raparelli, E., Scozzafava, M. and Tuccella, P. “Monitoring the last Apennine glacier: recent in situ campaigns and modelling of Calderone glacial apparatus”. No. EGU2020-22579. Copernicus Meetings. 2020. doi: https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-22579

Didattica

Snow and glacier physics and applications

Laurea magistrale LMAST – L’Aquila

Docente: Prof. Paolo Tuccella

L’obiettivo di apprendimento è fornire allo studente le basi teoriche e le metodologie di osservazione per comprendere i processi fisici che governano l’evoluzione della neve stagionale e dei ghiacciai.

Ultime news inserite

BANDO – Università degli Studi dell’Aquila, Dipartimento di Scienze fisiche e chimiche

“SnowMed – Apennine snow cover in the Mediterranean climate region: multi-sensor data, observations, modeling and trend analysis”– PROGETTO: PRIN2022 SNOWMED – CUP: E53D23004550001 – Responsabile del progetto: Dott. Paolo Tuccella

Bando (Pubblicazione 15.12.2023 – Scadenza 15.01.2024)

Link al bando: https://dsfc.univaq.it/it/component/chronoforms5/?chronoform=atti_vista&gcb=169&Itemid=299