Per eseguire una previsione meteorologica è necessario risolvere le equazioni che governano l'evoluzione delle variabili termiche e dinamiche del fluido atmosferico; per questo è indispensabile conoscere i valori di tali variabili all'istante iniziale. Il processo che conduce alla descrizione dello stato iniziale dell'atmosfera è tanto importante (e non meno complesso) quanto la previsione stessa, particolarmente se si è interessati ad una previsione accurata del tempo a breve e media scadenza.
Il primo passo, evidentemente, è la raccolta delle osservazioni: temperatura, pressione, umidità, intensità e direzione del vento rilevate al suolo e in quota (radiosondaggi, aerei, navi), o dedotte in modo indiretto dai satelliti sono gli ingredienti indispensabili.
Vale la pena sottolineare che queste osservazioni devono essere simultanee (nel linguaggio tecnico: sinottiche) e soprattutto dovrebbero essere sufficientemente dense in ogni regione del globo.
A livello operativo, l'inserimento delle nuove osservazioni (processo di assimilazione) avviene a partire da una simulazione del modello stesso a brevissima scadenza, ad esempio una previsione a +6 o a +12ore. La previsione a breve (nel gergo tecnico: background) fa da guida per l'inserimento delle nuove osservazioni, che dunque si manifesta tramite delle correzioni sulle variabili del background. Si capisce quindi che la descrizione dello stato iniziale dell'atmosfera è il risultato di un compromesso tra uno stato previsto e l'aggiustamento imposto dai nuovi valori misurati. Questo modo di operare presenta vantaggi notevoli rispetto alla costruzione di uno stato iniziale ex-novo, dato che una previsione a breve contiene una mole enorme di informazioni, frutto delle osservazioni inserite in precedenza e modificate dall'evoluzione nel modello, di cui sarebbe impossibile fare a meno.
Con il termine analisi si intende quello schema attraverso il quale si attribuiscono pesi diversi alle osservazioni che sono state eseguite in località sparse nel globo. Detto in parole povere, poiché il modello fa i suoi calcoli su una griglia di punti e su livelli verticali definiti, l'analisi (detta di solito analisi oggettiva) si incarica di stabilire quanto le singole osservazioni (che di norma non coincidono con i punti di griglia del modello) debbano influenzare il valore della variabile di background sulla griglia, sia nella direzione orizzontale, sia in quella verticale. Di solito lo schema di analisi tiene conto in primo luogo della distanza, secondo la regola intuitiva che le osservazioni più vicine al punto sono più influenti di quelle più lontane, ma considera anche la statistica degli errori, vale a dire che dà più peso alle osservazioni che risultano più significative rispetto a quelle che possono essere affette da errori sistematici.
Dopo questa serie di operazioni, è, a volte, ancora necessario un ultimo passo per approdare, finalmente, alla previsione del tempo: questo passo è detto inizializzazione e consiste nel rimuovere dal campo di variabili che si è appena aggiornato alcune incongruenze, o se vogliamo delle instabilità, che crescendo durante l'integrazione del modello condurrebbero a simulazioni prive di significato meteorologico specialmente durante le prime ore della simulazione. Di solito si tratta di onde (del tipo di gravità o inerziali), spurie, che si sviluppano quando il modello tenta di bilanciare fra loro i campi di massa (il vento) e i campi del geopotenziale, che nell'atmosfera reale, così come in quella del modello, tendono verso il cosiddetto equilibrio quasi-geostrofico.
Lorenzo Danieli