Meteorologia – Osservazione metereologica

Componenti dell'osservazione meteorologica

Ci sono quattro componenti nell'osservazione meteorologica:

– misure fisiche effettuate sopra il suolo (temperatura dell'aria, umidità);

– osservazioni visive codificate, anche fatte da terra (riguardanti principalmente nuvole e idrometeore);

– misurazioni dell'altitudine (pressione, temperatura, umidità e vento), effettuate da palloni meteorologici;

– osservazioni effettuate mediante telerilevamento (satellite e radar).

Stazioni meteorologiche e misurazioni

Ogni stazione meteorologica, solitamente situata nei pressi di un aerodromo, effettua, secondo un orario fissato a livello internazionale – Coordinated Universal Time (UTC), o Greenwich Meridian Time – e ogni tre ore (dalle 00:00 alle 21:00 UTC), una serie di osservazioni quantitative che descrivono lo stato termico e dinamico dell'atmosfera immediatamente al di sopra del suolo e cioè:

– pressione atmosferica, misurata all'interno della stazione

– velocità e direzione del vento, 10 m dal suolo

– temperatura dell'aria e pressione parziale del vapore acqueo; queste ultime due variabili si misurano a 2 m dal suolo, all'interno del rifugio meteorologico

Osservazioni visive e codificate

Queste osservazioni quantitative, effettuate in un luogo libero da qualsiasi ostacolo (edificio, cortina di alberi), sono integrate da osservazioni visive che vengono poi codificate:

– nuvolosità (= copertura nuvolosa)

– tipi di nuvole a tre diversi livelli di altitudine (bassa, media, alta), conformi a un atlante internazionale delle nubi (pubblicato dall'Organizzazione meteorologica mondiale [WMO]) per la classificazione;

– ciò che è noto come tempo sensibile (possibile presenza di nebbia, rugiada, gelo al suolo, nevicate, grandine o nevischio ...).

Osservazioni climatiche e strumentazione

Altre osservazioni, più destinate al monitoraggio climatico, vengono effettuate una o due volte al giorno: – numero di ore di sole, o durata dell'insolazione;

–pluviometria.

L'attrezzatura strumentale di tutte queste stazioni meteorologiche è standardizzata a livello nazionale.

Osservazioni in quota e radiosonde

Un numero molto più piccolo di stazioni effettua osservazioni in quota via radio. Una sonda automatizzata standard che misura temperatura, pressione e umidità relativa, dotata di un trasmettitore radio, è collegata a un pallone ascendente riempito di idrogeno o elio e dotata di un riflettore di onde radar. Il movimento della sonda viene tracciato durante la sua ascesa, il che consente di dedurre la velocità e la direzione del vento alle successive altitudini del pallone. Le misurazioni si fermano quando il pallone esplode, di solito ad un'altitudine superiore a 25 km, e un piccolo paracadute si dispiega per rallentare la sonda nella sua caduta. Queste osservazioni via radiosonda vengono normalmente effettuate due volte al giorno (alle 00:00 e alle 12:00 UTC).

Rete di osservazioni sinottiche

La rete di osservazioni sinottiche: lo scopo principale di questa rete è quello di descrivere nel modo più preciso possibile lo stato dell'atmosfera, in un dato momento, sia in superficie (osservazioni fatte immediatamente sopra il suolo) che in quota (radiosondaggi), da cui il nome di osservazioni sinottiche. Infatti, non si tratta solo di descrivere il tempo in questo momento, ma anche di "inizializzare" modelli numerici di previsione che mirano a simulare, da uno stato iniziale noto, l'evoluzione dinamica dell'atmosfera. Pertanto, tutte le stazioni di osservazione sinottica sono tenute a rispettare un calendario comune per le misurazioni della superficie ogni tre ore. Per svolgere adeguatamente i compiti che le sono assegnati, questa rete deve coprire anche l'intera superficie terrestre.

Rete internazionale sinottica di superficie

La rete internazionale sinottica di superficie comprende circa 14.000 stazioni, di cui 9.000 stazioni di terra e 5.000 su navi mercantili selezionate.

Tutte le informazioni raccolte vengono quindi codificate per la diffusione immediata e lo scambio internazionale attraverso il sistema globale di telecomunicazioni. Alcune aree del globo sono purtroppo scarsamente coperte, comprese le aree desertiche e oceaniche.

Osservazione radar e previsioni

L'osservazione radar, utilizzata principalmente per previsioni a brevissimo termine (da 0 a 3 ore), consente di identificare le aree piovose e, distinguendo diversi livelli di riflettività radar, di identificare le aree in cui forti precipitazioni sono associate a fenomeni meteorologici pericolosi come temporali o grandine.

Ogni radar scansiona un'area circolare con un raggio di 150 km attorno al suo sito di impianto, e le immagini radar locali digitalizzate formano un mosaico che copre l'intero territorio metropolitano, ad eccezione di alcune zone d'ombra, cioè non ancora coperte.

Questa immagine radar composita, rinnovata ogni quarto d'ora, viene trasmessa in tempo reale a tutti i centri meteorologici dipartimentali e a numerosi utenti esterni.

Satelliti meteorologici e orbite

Meno di tre anni dopo il lancio del primo satellite artificiale della Terra, nell'ottobre del 1957, da parte dell'Unione Sovietica, la NASA (= agenzia spaziale americana) mise in orbita il primo satellite meteorologico sperimentale, Tiros 1, e pose le basi, l'anno successivo, di un programma operativo di osservazioni meteorologiche satellitari che era operativo dal 1966. Due tipi di satelliti sono attualmente utilizzati dalla meteorologia:

• satelliti meteorologici a bassa orbita

• satelliti geostazionari

Satelliti a bassa orbita e geostazionari

I satelliti meteorologici a scorrimento in orbita bassa orbita orbitano intorno alla Terra in 110 minuti, e, ad ogni passaggio, il radiometro a bordo e puntato verso la Terra scansiona un nastro della superficie terrestre largo più di 2.000 km. Inoltre, l'esatta inclinazione dell'orbita, che è una funzione dell'altitudine di volo, è scelta in modo tale che il moto di precessione del piano dell'orbita attorno all'asse dei poli (legato al fatto che il campo gravitazionale non ha simmetria sferica dato l'appiattimento del geoide ai poli) compensi esattamente lo spostamento dell'angolo di vista del Sole (dell'ordine di 1 ° al giorno), a seconda della rotazione della Terra attorno al Sole. La proprietà di questa traiettoria è quella di essere eliosincrona, cioè attraversa sempre un cerchio di latitudine dato allo stesso tempo solare locale, che consente al satellite di osservare la Terra e la sua atmosfera giorno dopo giorno nelle stesse condizioni di illuminazione.

I primi satelliti, lanciati sia dagli Stati Uniti (serie Tiros) che dall'Unione Sovietica (serie Meteor), nel 1960, erano satelliti a scorrimento.

Satelliti geostazionari e copertura globale

Posti ad un'altitudine (36.000 km) tale che la forza inerziale motrice bilanci esattamente la forza di gravità, i satelliti geostazionari sono, a differenza dei precedenti, fissi in relazione ad un sistema di riferimento che ruota con la Terra. Per fare questo, devono essere posizionati sopra l'equatore. Il satellite rimane quindi permanentemente verticale allo stesso punto sulla superficie del globo (latitudine 0°) e osserva sempre la stessa porzione di superficie terrestre, senza però coprire le regioni polari di alta latitudine. Al fine di ottenere una copertura globale dell'atmosfera, è stato progettato un insieme di cinque satelliti geostazionari distanziati in longitudine, due per gli Stati Uniti, uno per l'Europa, uno per l'India e uno per il Giappone, come parte del GARP (Global Atmospheric Research Programme), che ha avuto luogo nel corso del 1970.

L'Europa, insieme all'Agenzia spaziale europea (ESA), ha lanciato il suo primo satellite meteorologico stazionario, Meteosat, nel 1977 sul Golfo di Guinea a 0° di longitudine (cioè sul meridiano di Greenwich). Questo satellite permette di osservare l'atmosfera sopra l'Europa, l'Africa, il Medio Oriente e parte del Sud America. Le sue immagini sono disponibili ogni mezz'ora.