Il laboratorio di modellistica numerica dei processi planetari dell’Istituto di Geoscienze e Georisorse è dedicato allo studio di base di alcuni dei principali processi geologici, geomorfologici, fluidodinamici e climatici del Sistema Terra e degli altri pianeti o satelliti.

Scopo del laboratorio è comprendere, mediante la simulazione al calcolatore e l’analisi e interpretazione dei dati osservativi e dei risultati, alcuni dei processi che determinano la dinamica alla superficie (oceano, atmosfera, terre emerse) e nell’interno dei pianeti rocciosi, il clima e il paleoclima planetario. Particolare interesse è dedicato alle interazioni fra geosfera e biosfera nel Sistema Terra e all’analisi delle condizioni che possono permettere la presenza della vita sui pianeti (o satelliti) rocciosi.

L’approccio è basato sull’utilizzo di modelli concettuali deterministici, di modelli empirici e di modelli climatici globali. La sostenibilità economica del laboratorio si basa sul reperimento di finanziamenti da progetti di ricerca nazionali e internazionali.

STRUMENTAZIONE

Il laboratorio basa la propria attività sullo sviluppo, implementazione e utilizzo di modelli numerici deterministici sia concettuali sia complessi e sull’utilizzo di modelli di comunità. Al momento, sono utilizzati i modelli ESTM (evoluzione di un EBM), modelli a box per l’interazione suolo-vegetazione-atmosfera, modelli semplificati degli ecosistemi lacustri, modelli di simulazione della convezione turbolenza rotante, modelli per la turbolenza quasi-geostrofica, il modello JULES, il modello EMIC PLASIM e il modello costiero Delft3D. Sono anche sviluppati ed utilizzati modelli data-based, empirici, per stimare e prevedere la risposta di specifici sistemi (incendi, ghiacciai, ecosistemi) alla variabilità climatica.
Per la simulazione numerica semplificata sono utilizzate le numerose workstation e i server multi- processore disponibili presso il CNR, mentre le simulazioni più pesanti al momento vengono effettuate presso il CINECA.

CONTATTI

Antonello Provenzale
CNR IGG, Via Moruzzi 1, Pisa
antonello.provenzale(at)cnr(dot)it

STAFF

Antonello Provenzale (Dirigente di Ricerca CNR – Responsabile di laboratorio)
Maria Silvia Giamberini (Tecnico CNR)
Sara Lenzi (borsista)
Marta Magnani
Ljuba Novi (assegnista)

PRINCIPALI COLLABORAZIONI ESTERNE

Alberto Adriani, INAF, Roma
Carlo Baroni, Università di Pisa
Carl Beierkuhnlein, University of Bayreuth, Germany
Palma Blonda, CNR IIA, Bari
Annalisa Bracco, Georgiatech, USA
Fasma Diele, CNR IAC, Bari
Tomaso Esposti Ongaro, INGV, Pisa
Klaus Fraedrich, Max-Planck-Institute, Hamburg, Germany
Jost von Hardenberg, CNR ISAC, Torino
Luciano Iess, Università La Sapienza, Roma
Arnon Karnieli, Ben Gurion University, Israel
Carmela Marangi, CNR IAC, Bari
Giuseppe Mitri, Università “G. D’Annunzio”, Chieti
Giuseppe Murante, INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste
Elisa Palazzi, CNR ISAC, Torino
Maria Cristina Salvatore, Università di Pisa
Laura Silva, INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste
Edward A Spiegel, Columbia University, New York, USA
Marco Turco, University of Barcelona, Spain
Giovanni Vladilo, INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste
Hezi Yizhaq, BGU, Sede Boker Campus, Israel
Jeffrey B. Weiss, University of Colorado, Boulder, USA

Il laboratorio basa la propria attività sullo sviluppo, implementazione e utilizzo di modelli numerici deterministici sia concettuali sia complessi. Al momento, sono utilizzati i modelli ESTM (evoluzione di un EBM), modelli a box per l’interazione suolo-vegetazione-atmosfera, modelli semplificati degli ecosistemi lacustri, il modello JULES e il modello EMIC PLASIM. Sono anche sviluppati ed utilizzati modelli data-based, empirici, per stimare e prevedere la risposta di specifici sistemi (incendi, ghiacciai, ecosistemi) alla variabilità climatica.

Attività

Al momento, le attività di questo laboratorio numerico sono dedicate ai seguenti temi di ricerca:

Fluidodinamica planetaria

  • Convezione turbolenta rotante, in acqua e in fluidi con alto numero di Prandtl, come base concettuale per la simulazione in atmosfere e oceani planetari, negli oceani coperti da uno spesso strato di ghiaccio (Ganimede, Europa) e nel mantello dei pianeti rocciosi.
  • Dinamica dei vortici in atmosfere e oceani planetari, con particolare riferimento alla dinamica delle atmosfere nei pianeti gassosi (Giove).
  • Stime dell’abitabilità di pianeti rocciosi utilizzando modelli climatici semplificati (EBM, ESTM, EMIC).

Processi geomorfologici

  • Dinamica delle “ripple” e “megaripple” eoliche nelle regioni desertiche sabbiose della Terra e di Marte.
  • Modellistica empirica e deterministica della risposta dei ghiacciai alpini ai cambiamenti climatici.
  • Processi di interazione mare-costa e modellistica dell’erosione costiera.

Interazioni geosfera-biosfera-clima nel Sistema Terra

  • Dinamica delle interazioni suolo-vegetazione-atmosfera nella “Critical Zone” in regioni estreme, con particolare attenzione per le regioni montane e per la tundra artica.
  • Modellistica della dinamica degli ecosistemi dei laghi montani e delle interazioni ecosistema lacustre-ambiente-clima.
  • Modellistica empirica delle relazioni fra clima, vegetazione e incendi sviluppando e utilizzando modelli “data-based” per la stima e la previsione dell’area bruciata.

PRINCIPALI PROGETTI IN CORSO

EU H2020 ECOPOTENTIAL (2015-2019), grant number 641762

EU ERA4CS (special project Serv_for_Fire)

ASI JUICE fase C/D – Attività scientifiche

PON OT4CLIMA

 

 

 

 

PUBBLICAZIONI

  • H. Yizhaq, G. Bel, S. Silvestro, T. Elperin, J. F. Kok, M. Cardinale, A. Provenzale, I. Katra, The origin of the transverse instability of aeolian megaripples. Earth Plan. Sci. Letters, in press.
  • M. Turco, J.J. Rosa-Cánovas, J. Bedia, S. Jerez, J.P. Montávez, M.C. Llasat, A. Provenzale, Exacerbated fires in Mediterranean Europe due to anthropogenic warming projected with nonstationary climate-fire models. Nature Communications, 9:3821 | DOI: 10.1038/s41467-018-06358-z (2018)
  • M. Turco, S. Jerez, F.J. Doblas-Reyes, A. AghaKouchak, M.C. Llasat, A. Provenzale, Skilful forecasting of global fire activity using seasonal climate predictions. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-018-05250-0 (2018)
  • M. Turco, J. von Hardenberg, A. AghaKouchak, M.C. Llasat, A. Provenzale, R.M. Trigo, On the key role of droughts in the dynamics of summer fires in Mediterranean Europe. Scientific Reports, 7, 81, DOI:10.1038/s41598-017-00116-9 (2017).
  • S. Terzago, J. von Hardenberg, E. Palazzi, A. Provenzale, Snow water equivalent in the Alps as seen by gridded data sets, CMIP5 and CORDEX climate models. The Cryosphere, 11, 1625-1645 (2017)
  • L. Silva, G. Vladilo, G. Murante, A. Provenzale, Quantitative estimates of the surface habitability of Kepler-452b. MNRAS,  https://doi.org/10.1093/mnras/stx1396 (2017)
  • M. Turco, J. von Hardenberg, A. AghaKouchak, M.-C. Llasat, A.  Provenzale,  R.M. Trigo, On the key role of droughts in the dynamics of summer fires in Mediterranean Europe. Scientific Reports 7: 81 | DOI:10.1038/s41598-017-00116-9 (2017)
  • L. Silva, G. Vladilo, P.M. Schulte, G. Murante, A. Provenzale. From climate models to planetary habitability: temperature constraints for complex life. International Journal of Astrobiology, doi:10.1017/S1473550416000215 (2016)
  • D. Lacitignola, F. Diele, C. Marangi, A. Provenzale. On the dynamics of a generalized predator-prey system with Z-type control. Mathematical Biosciences, in press (2016)
  • A.B. Pieri, F. Falasca, J. von Hardenberg, A. Provenzale. Plume dynamics in rotating Rayleigh–Bénard convection. Physics Letters A, 380, 1363-1367 (2016)
  • F. Viterbo, J. von Hardenberg, A. Provenzale, L. Molini, A. Parodi, O.O. Sy, S. Tanelli. High-Resolution Simulations of the 2010 Pakistan Flood Event: Sensitivity to Parameterizations and Initialization Time. J. Hydrometeorology, 17, DOI: 10.1175/JHM-D-15-0098.1 (2016)
  • M. Turco, J. Bedia, F. Di Liberto, P. Fiorucci, J. von Hardenberg, N. Koutsias, M.C. Llasat, F. Xystrakis, A. Provenzale. Decreasing Fires in Mediterranean Europe. PLOS ONE 11, e0150663. doi:10.1371/journalpone.0150663 (2016)
  • J. von Hardenberg, D. Goluskin, A. Provenzale, E.A Spiegel. Generation of Large-Scale Winds in Horizontally Anisotropic Convection. Physical Review Letters, 115, 134501 (2015)
  • A. Pieri, J. von Hardenberg, A. Parodi, A. Provenzale. Sensitivity of Precipitation Statistics to Resolution, Microphysics, and Convective Parameterization: A Case Study with the High-Resolution WRF Climate Model over Europe. J. Hydrometeorology, 16, doi: 10.1175/JHM-D-14-0221.1 (2015)
  • A. Provenzale, E. Palazzi, K. Fraedrich, Editors, The Fluid Dynamics of Climate, CISM series (Springer, 2015).