AI for Weather and Climate
Modelli di intelligenza artificiale fondazionali per ogni scala temporale, dalla prossima ora ai prossimi decenni
Il cambiamento climatico sta rendendo gli eventi meteorologici estremi sempre più frequenti e intensi in Italia e in Europa. Temporali violenti, grandinate, alluvioni lampo e ondate di calore mettono a rischio persone, infrastrutture e attività economiche, soprattutto in territori complessi come quello alpino. Per rispondere servono previsioni più accurate e più dettagliate, prodotte abbastanza in fretta da supportare decisioni in tempo reale.
FBK fa ricerca e sviluppa modelli di intelligenza artificiale per la nuova generazione di previsioni meteorologiche e climatiche. Li addestriamo su decenni di rianalisi, simulazioni numeriche e osservazioni. I modelli che ne risultano raggiungono o superano l’accuratezza delle previsioni tradizionali su tutte le scale temporali, con una frazione del costo computazionale delle simulazioni numeriche. Lavoriamo a stretto contatto con agenzie di protezione civile, servizi meteorologici e aziende, e portiamo i nostri modelli dalla ricerca fino ai servizi operativi.
Cosa facciamo
Nowcasting e previsioni a breve termine con l’AI
Sviluppiamo modelli di AI generativa per il nowcasting delle precipitazioni (0–6 ore), in grado di prevedere l’evoluzione di temporali e grandinate. I modelli combinano i dati dei radar meteorologici con altre fonti, tra cui satellite, rilevamento dei fulmini e modelli numerici di previsione. Producono previsioni probabilistiche sotto forma di ensemble di scenari possibili, ad altissima risoluzione: fino a 0,5–1 km e ogni 5 minuti. Stiamo estendendo i modelli al breve termine, fino a 24 ore. La nostra ricerca riguarda anche la stima della probabilità di grandine, il tracciamento delle celle temporalesche e il blending tra nowcasting AI e modelli numerici di previsione.
Downscaling con l’AI
Sviluppiamo modelli di AI generativa che trasformano campi meteorologici a bassa risoluzione in campi alla scala del chilometro. Sono addestrati su decenni di simulazioni a bassa e alta risoluzione accoppiate, rianalisi e osservazioni. Questo ci permette di ricostruire variabili locali come temperatura, precipitazione e vento con un costo computazionale molto inferiore a quello del downscaling dinamico. Adattiamo ogni configurazione di addestramento all’applicazione, che si tratti di downscaling di previsioni stagionali, proiezioni climatiche o altre simulazioni numeriche.
Previsioni stagionali
Stiamo esplorando approcci di AI alle previsioni stagionali basati sui regimi meteorologici. I nostri modelli apprendono le relazioni complesse tra la circolazione atmosferica euro-atlantica e le condizioni al suolo per ricostruire le anomalie di temperatura e precipitazione in Europa. I primi risultati indicano alternative computazionalmente efficienti ai metodi tradizionali di previsione stagionale.
Sistemi di allerta meteo
Trasformiamo i nostri modelli di AI in sistemi operativi di allerta precoce in tempo reale. La nostra piattaforma integra dati da molte fonti e diffonde le allerte su più canali. È progettata per inserirsi nei flussi operativi delle agenzie di protezione civile regionali e nazionali.
Principali progetti e iniziative
IT4LIA AI Factory – verticale Earth
FBK guida il verticale Earth di IT4LIA, la AI Factory italiana sostenuta da EuroHPC e ospitata da Cineca. Il verticale sviluppa modelli di AI fondazionali e generativi per meteo, clima e ambiente, dal nowcasting locale alle proiezioni climatiche, insieme a dataset AI-ready e servizi. Ricercatori, enti pubblici e aziende possono usarli per protezione civile, agricoltura, assicurazioni, utility ed energie rinnovabili.
ICSC – Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing (Spoke 4 “Earth & Climate”)
Nello Spoke 4 di ICSC, FBK sviluppa modelli di AI generativa per il downscaling di simulazioni climatiche e meteorologiche. Questi modelli producono informazioni ad alta risoluzione a supporto di studi di impatto e strategie di adattamento, sfruttando l’infrastruttura HPC nazionale.
Nowcasting AI per l’area alpina – Trento e Bolzano
In Provincia autonoma di Trento, i modelli di nowcasting di FBK alimentano un sistema di allerta precoce completamente automatico e multicanale, utilizzato da Meteotrentino e dalla protezione civile provinciale. Il sistema combina stazioni meteorologiche, dati radar e nowcasting AI.
In Provincia autonoma di Bolzano, FBK e il Centro Funzionale Provinciale dell’Agenzia per la Protezione civile stanno sviluppando insieme NowcastingBZ, un sistema di nowcasting AI pensato per il territorio alpino dell’Alto Adige. Le caratteristiche principali:
- Integra in un unico dataset multi-sorgente radar (incluso il nuovo radar a doppia polarizzazione), satellite, fulminazioni e il modello numerico ICON.
- Usa modelli generativi allo stato dell’arte come LDCast e GPTCast per fornire previsioni probabilistiche di precipitazione e fulminazioni a 0,5 km e 5 minuti di risoluzione, fino a circa 90 minuti.
- Per compensare il breve storico del nuovo radar, adotta il transfer learning: i modelli vengono prima addestrati sul lungo archivio radar di MeteoSvizzera e poi affinati sui dati locali.
- Aggiunge stima della probabilità di grandine, tracciamento delle celle temporalesche e blending con i modelli numerici di previsione, e gira in tempo reale sull’infrastruttura FBK.
Collaborazioni scientifiche
La nostra ricerca si svolge in collaborazione scientifica attiva con i principali servizi meteorologici ed enti di ricerca europei e italiani:
- ItaliaMeteo – Agenzia Nazionale per la Meteorologia e Climatologia
- Arpae Emilia-Romagna
- Meteotrentino e Agenzia per la Protezione civile della Provincia autonoma di Bolzano
- MeteoSvizzera – Ufficio federale di meteorologia e climatologia
- ECMWF – Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine
- DMI – Istituto Meteorologico Danese
- RMI – Istituto Meteorologico Reale del Belgio
- Fondazione CIMA
- CMCC – Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici
- CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche
- ENEA – Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile
