SimulatIon and modElling of interfAce fluxes in wind-wave flows for an imProved cLimAte scieNcE

Le interazioni di un vento turbolento con la superficie dell'acqua rappresentano un problema fondamentale per molti processi atmosferici. La quantità di moto e gli scambi di calore attraverso l’interfaccia con gli oceani influenzano bruscamente l’atmosfera e la comprensione dei meccanismi di guida migliorerebbe sicuramente le capacità di previsione meteorologica. Tuttavia, dopo decenni di sforzi di ricerca, il problema delle onde del vento è ancora riconosciuto come estremamente sfuggente. Il motivo è la natura multiscala e multifisica dei fenomeni coinvolti. Infatti, le scale del vento turbolento sono significativamente influenzate dalle scale più piccole delle onde dell'acqua che a loro volta sono influenzate dalla struttura del vento turbolento stesso formando così un complesso fenomeno di accoppiamento multiscala. Inoltre, sono coinvolti processi di diversa natura (ad esempio chimica, biologia, radiazioni, ecc.) aumentando così ulteriormente la complessità delle interazioni multiscala vento-onda dovute alla multifisica. Il progetto SEAPLANE mira ad affrontare questi problemi utilizzando strumenti statistici innovativi e approcci di modellazione avanzati. I meccanismi delle onde del vento dipendenti dalla scala e dalla posizione saranno studiati mediante le equazioni di Kolmogorov e Yaglom applicate ad una simulazione DNS completamente accoppiata a due fasi, prima nel suo genere. Il quadro teorico consente dettagli senza precedenti sui meccanismi a cascata, scala per scala, di quantità di moto e calore in un vento turbolento che interagisce con le onde dell’acqua. Il formalismo è strettamente connesso all'approccio di filtraggio delle equazioni di Navier-Stokes e verrà utilizzato per sviluppare una pratica LES avanzata. Questo verrà utilizzato per produrre un database ad alta fedeltà per la quantità di moto e gli scambi di calore sulla superficie aria-mare dalle velocità del vento basse a quelle elevate. Tali informazioni sono di enorme importanza per i sistemi di previsione in cui questi flussi superficiali sono parametrizzati utilizzando ipotesi approssimative. Il progetto SEAPLANE affronterà anche questo problema che, più in generale, è legato all'approssimazione approssimativa di numerosi processi multifisici che determinano la dinamica dell'atmosfera su mesoscala. Lo strumento all'avanguardia WRF-Chem per la simulazione della dinamica dell'atmosfera sarà migliorato dalle conoscenze fondamentali acquisite su LES e sugli scambi di calore e quantità di moto. Verrà inoltre introdotta una parametrizzazione avanzata dei meccanismi che generano l'aerosol marino. È ampiamente riconosciuto che le particelle di aerosol hanno un forte impatto sul clima terrestre e il modello sviluppato avrà un forte impatto sulla qualità dei sistemi di previsione. Nel complesso, i dettagli senza precedenti sui fenomeni a cascata, la produzione di banche dati LES ad alta fedeltà e la parametrizzazione migliorata degli scambi atmosfera-oceano avranno un impatto significativo sulla scienza del clima e sulle capacità di previsione dei sistemi di previsione climatica e meteorologica in tutti i tempi.