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Clouds And PrEcipitation Physics
Research Activity:
The Research Group on Clouds and Precipitation Physics (CAPE) is established in 2014 as a way of channeling the strengths and capabilities of CNR-ISAC in the field of the physics of clouds processes and precipitation formation. It represents a response to national and international science challenges on clouds and precipitation in meteorology and climate. The team members realize the importance of organized team work and thus make available their long time experience in observing (from radar, satellite and groud-based systems) and modeling precipitating systems.
The Group aims at contributing to a common physical understanding of cloud dynamical and microphysical processes, which naturally reflects into common projects. Research topics concern the advancement of knowledge on cloud physics in view of applications in weather prediction, climate evolution, civil protection, and clean energy production from solar and aeolic sources. The Group has a strong international perspective as partner of international projects of the World Meteorological Organization (WMO), chiefly the Global Energy and Water Exchanges Project (GEWEX), and collaborates with European and international Space Agencies (CONAE, ESA, EUMETSAT, JAXA, NASA, NOAA) and high-profile Universities and Research Centers (among others, ECMWF, NCAR).



Objectives:
Clouds, their structure, space-time distribution and type represent a key unknown for the correct understanding of the mechanisms of the meteo-climatic system of our planet. Cloud physics has unveiled to a large extent the cloud’s microphysical structure, while the introduction of remote sensing from radar and satellite has considerably widened the scientific perspective by shifting research from the laboratory to the real clouds in the atmosphere. At the same time, cloud numerical modeling has attained important results in the representation and parameterization of cloud processes in the models at all scales. Research activities at the highest level are part of the general scientific framework of the water cycle and are thus interdisciplinary in their own right. The Clouds and Precipitation Physics (CAPE) Group is composed by scientists who work on improving the existing knowledge of cloud physics and liquid and solid precipitation. In particular, CAPE focuses on the following fundamental scientific objectives: • physical structure of warm and mixed phase clouds in terms of their water and ice content; • microphysical properties of the hydrometeors, their formation and evolution within the cloud, and physical properties of the cloud condensation nuclei and ice nuclei; • liquid and solid precipitation formation; • ground based and in-cloud precipitation measurement; • interaction of clouds with complex orography and effects of the orography on precipitation intensity; • dynamic and microphysical triggering of convection in the atmospheric boundary layer; • cloud electrification mechanisms, lightning processes and terrestrial gamma-ray flashes generation; • wind field structure in various conditions (storms, fronts, MCS, …); • structure of convective storms; • large eddy simulation (LES) of gravity currents and application to thunderstorm outflows and sea/land breezes; • structure of tropical like cyclones (TLC) over the Mediterranean basin; • physical structure of atmospheric extreme events (TLC, MCS, tornado,…); • air-sea interactions, surface fluxes and atmosphere-ocean-wave coupled modeling; • meteorologically driven risks with hydrogeological effects at the ground; • regional climatology of clouds and precipitation (flood and drought); • estimates and forecasts of solar radiation fluxes in the visible from satellite sensors and their validation with ground based instruments; • meteorological observations and modeling applied to the production of energy from solar and wind sources; • meteorological observations and modeling for hydrological applications at urban and basin scales; • meteorological forecasting using mesoscale and local scale models with particular emphasis on precipitation. The wide spectrum of research topics, with clear repercussions on scientific knowledge and on applications to monitoring and meteo-climatic forecasting, requires the adoption of adequate observational and modeling instruments. The CAPE Group focuses on satellite and radar meteorology, numerical modeling, cloud physics, hydrology, and solar radiation. The observational tools include: two real time satellite receiving stations, a C-band polarimetric radar (Roma), two C-band Doppler radars (Puglia), a Ka-band (35 GHz) mobile cloud radar, a Ku-band radar for snow cover and air-sea interface studies, several sensors for ground based microphysical observations of precipitation. The CAPE scientists have also a long time experience in the organization of field measurement campaigns. Numerical modeling concentrates on the simulation of cloud processes at cloud scale and mesoscale and of dynamical processes within the atmospheric boundary layer (ABL) for the investigation of the triggering processes of convection and for wind shear studies (LES). CAPE participates to the lightning detection network LINET and manages the radiometric network ESR/SKYNET for the estimation of aerosol and clouds optical thickness, and of water vapor columnar content in clear sky conditions. A modeling component is active to simulate precipitation systems and processes at the mesoscale by means of the Weather Research and Forecasting (WRF) model in cooperation with the National Center for Atmospheric Research (NCAR), and of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS). The Local Analysis and Prediction System (LAPS) developed by NOAA's Earth System Research Laboratory (ESRL) is used and modified for assimilation and nowcasting exercises in several projects. The Realistic Large-Eddy Simulation (RLES) model from NCAR represents the backbone of the efforts for the simulation of wind fields and the inception of convention within the boundary layer. Finally, the model WRF-CHEM is being applied to simulations of aerosol-cloud interactions during relevant Sahara dust outbreaks and volcanic eruptions. CAPE research topics are linked to those of the Global Energy and Water Exchanges (GEWEX) Project thus contributing to the European and international research on the water cycle. The Group participates to the most relevant satellite missions for clouds and precipitation, above all the Global Precipitation Measurement (GPM) mission, which was successfully launched on 27 February 2014. EUMETSAT and ESA are also considered of primary interest and CAPE scientists are members of Scientific Advisory Groups (SAG) in this context. The ground instrumentation of the Group are relevant for the GPM validation program. At the same time, they will be used for observational campaigns for regional climate, such as those of the Atmospheric Radiation Measurement (ARM, Department of Energy, USA) program.
Current funded projects and activities:
Infrastructures:
Permanent Staff:
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TECNOLOGO |
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PRIMO RICERCATORE |
PRIMO RICERCATORE |
Temporary Staff:
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ASSOCIATO |
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BORSA DI STUDIO |
BORSA DI STUDIO |
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INCARICO DI COLLABORAZIONE |
ASSEGNO DI RICERCA |
ASSEGNO DI RICERCA |
RICERCATORE TD |
BORSA DI STUDIO |
RICERCATORE TD |
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ASSOCIATO |
Current students and recent graduates:
2016
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ANALISI DI UN’INTENSA INTRUSIONE DI POLVERI SAHARIANE SUL BACINO DEL MEDITERRANEO |
Simulazione e assimilazione di dati di fulminazione |
Studio dell’inquinamento atmosferico su scala regionale: implementazione del modello WRF-Chem |
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Studio del trasporto di ceneri vulcaniche e biossido di zolfo causati da un'eruzione dell'Etna |
Il lavoro di questa tesi è focalizzato sulla valutazione della sensibilità delle
microonde rispetto a differenti idrometeore per le frequenze a 89 GHz e 150
GHz e nella banda di assorbimento del vapor d’acqua a 183.31 GHz. |
Studio dell’inquinamento atmosferico su scala regionale: influenza delle emissioni biogeniche |
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Ottimizzazione dei parametri delle funzioni di rilascio di sea spray nel Bacino Mediterraneo |
Studio della
capacità della cellulosa di agire come nucleante del ghiaccio in atmosfera. |
Studio dell’inquinamento secondario su scala regionale: influenza delle condizioni meteorologiche |
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Modellistica e simulazioni di aerosol marino nel bacino Mediterraneo |
Il lavoro di tesi riguarda lo studio dettagliato di un ciclone di tipo tropicale ( tropical
like cyclone, TLC) vericatosi nel Canale di Sicilia nel novembre 2014, realizzato
attraverso un'analisi modellistica eettuata con i modelli BOLAM e MOLOCH
(sviluppati presso il CNR-ISAC di Bologna) e il confronto con osservazioni. |
Valutazione dei modelli di emissione di Saharan dust |
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Utilizzo dei dati di fulminazione per applicazioni in ambito operativo per la previsione e prevenzione a brevissimo termine degli eventi intensi ad essi collegati. |
Studio dell'inquinamento secondario su scala regionale: influenza dell'uso del suolo |
2015
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Metodologie di classificazione multi-spettrale degli scenari nuvolosi |
Analisi satellitare e modellistica di cicloni con
caratteristiche tropicali nel Mediterraneo |
2014
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L’attività elettrica nei cicloni tropicali e di tipo tropicale |
Analysis of the characteristics of a Tropical-Like Cyclone in the Mediterranean Sea |
Analisi di tre eventi di precipitazione intensa su Liguria e Calabria |
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Effetto dell'accoppiamento di un modello meteo con modelli di circolazione oceanica, di onde e di transporto dei sedimenti in un caso studio di irruzione fredda persistente nel nord Adriatico.
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I temporali autorigeneranti: Gli eventi di Genova del 2011 e del 2014 a confronto |
Sviluppo di celle temporalesche e assistenza al volo |
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Precipitazioni nevose in Emilia-Romagna: L’evento intenso del febbraio 2012 |
La struttura dei medicane |
I Medicane – Cicloni di tipo tropicale |
2013
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Analisi satellitare di un ciclone con caratteristiche tropicali nel Mediterraneo |
Misura della copertura nevosa in ambiente montano nel nord Italia |
Analisi di dati del radar polarimetro di S. Pietro Capofiume e comparazione con i dati del pluviometro in banda X Pludix per sistemi precipitanti di varia natura. |
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Identificazione delle nubi mediante sensori satellitari nel VIS-NIR-IR |
La struttura elettrica delle nubi temporalesche |
Eventi di precipitazione intensa sulla Sardegna, 1950-1999 |
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Struttura nuvolosa del temporale |
I cicloni di tipo tropicale sul Mediterraneo |
La classificazione delle nubi tra passato, presente e futuro |
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Analisi di un ciclone con caratteristiche tropicali nel Mediterraneo |
Temporali convettivi estremi e pattern sinottici |
2012
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Gli indici di instabilità atmosferica da satellite: Uno strumento per il nowcasting |
La concentrazione di PM2.5 a Bologna e provincia: Analisi annuale da sett. 2009 ad ago. 2010 |
Analisi di eventi di precipitazione intensa collegati a temporali auto-rigeneranti |
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Analisi di cicloni di tipo tropicale usando simulazioni numeriche e dati da satellite |
Identificazione e localizzazione dei fulmini tramite sistemi automatici |
Propagazione del suono in atmosfera e relativi effetti sull’uomo e l’ambiente |
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Identificazione delle nubi precipitanti mediante l'uso dei canali spettrali del Meteosat Second Generation |
2011
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Analisi della supercella del 12 agosto 2010 |
Osservazione delle perturbazioni chimiche indotte da sprite in alta atmosfera |
2010
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Utilizzo di dati saltellitari nell’analisi di eventi di precipitazione intensa |
Caratterizzazione delle nubi e formazione delle idrometeore mediante sensori satellitari di ultima generazione |
Analisi della variabilità della precipitazione mensile globale del dataset del Global Precipitation Climatology Project (GPCP) versione 2.1. |
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Prima validazione di una maschera di copertura nevosa nelle microonde ad alta frequenza |
La previsione di eventi meteorologici significativi e la sua percezione da parte dell’utilizzatore finale |
Sviluppo di un algoritmo per la stima della precipitazione nevosa nelle microonde ad alta frequenza da satellite. Analisi della calibrazione mediante i dati della rete radar NIMROD. |
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Analisi multisensore di temporali sull’Emilia-Romagna |
Utilizzo delle microonde ad alta frequenza per la stima della precipitazione |
Inseminazione delle nubi: Stato della ricerca e prospettive operative |
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Stima della precipitazione nevosa da satellite |
2009
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Misura della precipitazione da satellite mediante un nuovo algoritmo a 183 GHz, calibrazione e prima validazione. |
Assimilazione di dati da radar meteorologico nel modello alla mesoscala COSMO in collaborazione con Meteo Swiss. |
2008
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Numerical modeling of the role of the West African Monsoon in the tropical to mid-latitudes climate system. |
Analisi della climatologia e variabilità interannuale della neve sull’Appennino Emiliano-Romagnolo mediante i dati delle stazioni di ARPA-SIMC. |
2007
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Analysis of the cold cloud climatology over Europe and the Mediterranean during the warm season from Meteosat IR imagery |
2002
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Validation of a satellite-based rainfall estimation algorithm using reengage and radar measurements |
1999
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Clouds, aerosol and minor gases satellite remote sensing: monitoring and modeling using passive radiometers (Meteosat and GOME). |
Additional Information:
International Precipitation Working Group (IPWG) http://ipwg.isac.cnr.it/