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Radiosondaggi Stampa E-mail
05 Set, 2007 at 12:00 AM
Il radiosondaggio è una misurazione dei parametri atmosferici (temperatura, umidità relativa, pressione) al variare della quota effettuata mediante radiosonde collegate a dei palloni. Ogni giorno, oltre 900 stazioni sparse per il mondo lanciano in aria le loro radiosonde alle stesse ore, alcune ogni 12 ore e altre ogni 6 ore (00z e 12z, oppure 00z, 06z, 12z, 18z). In Italia l'attività di radiosondaggio è eseguita dall'Aeronautica Militare con dati elaborati da otto stazioni:

- Milano (16080 o LIML)
- Udine (16044 o LIPD)
- San Pietro Capofiume (16144)
- Cuneo - Levaldigi (16113)
- Pratica di Mare (16245 o LIRE) (gestita insieme all'ARPA)
- Brindisi (16320 o LIBR)
- Trapani (16429 o LICT)
- Cagliari (16560 o LIEE)

La radiosonda è costituita da una strumentazione elettronica di estrema precisione collegato ad un pallone aerostatico che è in grado di raggiungere i 30 Km di altezza. Il pallone è riempito principalmente di elio e idrogeno ed ha inizialmente un diametro di 2 m. Durante la fase di salita (con velocità di circa 300 metri al minuto) i sensori dell'apparecchiatura rilevano i valori dei parametri atmosferici. Questi vengono inviati, attraverso un trasmettitore radio a batteria, al ricevitore della stazione di appartenenza sintonizzato su una determinata banda di frequenza. Se il pallone non raggiunge i 400 hPa e se mancano più di sei minuti di tracciato, il volo viene considerato mancato e viene rilasciata una seconda radiosonda. Il tempo della misurazione è di circa due ore e in questo arco di tempo la radiosonda può raggiungere i 30 Km di quota e spostarsi per più di 200 Km rispetto il punto di rilascio. Tacciandone lo spostamento si possono ottenere anche informazioni riguardo l'intensità e la direzione del vento in funzione delle quote raggiunte. All'aumentare della quota, i valori di temperatura e pressione esterna diminuiscono estremamente e la massa gassosa all'interno del pallone si espande. Una volta raggiunto il limite elastico, il pallone esplode e l'apparecchiatura elettronica scende al suolo accompagnata da un piccolo paracadute (generalmente solo il 20% delle radiosonde vengono ritrovate). La centralina a terra segue l'andamento delle misurazioni, le salva all'avvenuta esplosione del pallone e successivamente le elabora con un software dedicato.

 

Attraverso i radiosondaggi si ottiene quindi una serie di dati e relativi al profilo verticale dell'atmosfera per pressione, temperatura, umidità e vento. Questi dati vengono memorizzati su file ASCII, convertiti nel formato standard meteorologico "TEMP", resi disponibili anche in formato di testo, elaborati per ottenere alcuni indici utilizzati per la stima della stabilità atmosferica e infine plottati su diagrammi termodinamici.

Gli indici (come ad esempio la temperatura di rugiada), le tabelle, i grafici e i diagrammi ricavati dai radiosondaggi sono consultabili in rete. Per conoscere le condizioni atmosferiche di un determinato luogo in un determinato giorno, è sufficiente andare ad esempio sul sito dell'Università del Wyoming  (oppure questa pagina) e:
- selezionare la voce "Txt: List" nel menu a tendina  "Type of plot"
- selezionare la data e l'ora della misurazione
- ciccare sulla stazione d'interesse.

Questi che seguono, ad esempio, sono i dati ricavati dal radiosondaggio eseguito a Milano il 22 gennaio 2007 alle ore 12:00 UTC:

radiosondaggio02

  radiosondaggio02b

 

Selezionando la voce “GIF: Skew-T” dal meno “Type of plot” si ottiene il grafico rappresentante la stabilità atmosferica:

 

radiosondaggio03

Il diagramma termodinamico Skew-T\ln P rappresenta l'andamento della temperatura dell'aria e l'andamento della temperatura di rugiada in funzione della quota e della pressione. Sull'asse orizzontale vengono riportati i valori della temperatura, mentre sull'asse verticale i valori della pressione in base logaritmica (tra il suolo e 100 hPa). Ipotizzando un'atmosfera  apressione standard, ad una determinata quota corrisponde sempre lo stesso valore di pressione.

Sul diagramma vengono riportate la curva della temperatura dell'aria (a destra) e la curva della temperatura di rugiada (a sinistra), entrambe in funzione della pressione (e quindi della quota). La prima rappresenta il gradiente termico effettivo dell'atmosfera, la seconda la temperatura alla quale si verifica la condensazione. Più le curve sono distanti tra loro e più significa che l'aria è secca. Nei punti in cui le due linee si incrociano si è in presenza di saturazione, ovvero si ha un'umidità relativa del 100%. A lato vengono riportati i valori di alcuni parametri, come ad esempio la velocità e la direzione del vento, il livello di convezione libera (LCF), il livello di condensazione forzata (LCL), l'energia potenziale convettiva disponibile (CAPA) e altri.

Il diagramma termodinamico presenta altre tre tipologie di linee:
- le linee verdi indicano le curve adiabatiche secche;
- le linee  blu tratteggiato indicano le curve adiabatiche sature;
- le linee viola tratteggiato indicano le curve isoigrometriche, le quali uniscono per ogni valore di temperatura e pressione, tutti i punti che nei quali la massa d'aria satura ha la stessa umidità specifica (espressa in g di acqua per Kg di aria secca).

Tra queste, in nero, è rappresentata la linea di trasformazione adiabatica, formata dall'unione di due curve: un'adiabatica secca nel primo tratto e un'adiabatica satura nel secondo tratto. Il punto di giunzione indica il punto in cui l'aria inizia a condensare poiché ha raggiunto la saturazione. Esso è l'intersezione della linea isoigrometrica della temperatura di rugiada con la adiabatica secca della temperatura dell'aria. E' possibile valutare la stabilità dell'atmosfera a seconda se la curva della temperatura si trovi a destra (stabilità) o a sinistra (instabilità) della curva di trasformazione adiabatica.

In termini più tecnici, si è in una situazione di stabilità dell'aria se il Gradiente effettivo è minore del Gradiente adiabatico (atmosfera subadiabatica); Mentre si è in condizione di instabilità se il Gradiente effettivo è maggiore del Gradiente adiabatico (atmosfera superadiabatica). Nel caso in cui il Gradiente effettivo corrisponde al Gradiente adiabatico si è in atmosfera in equilibrio indifferente (atmosfera adiabatica)

Nel processo adiabatico, in presenza di RH < 100%, al salire della quota l'aria secca si raffredda di 1 °C ogni 100 m (gradiente adiabatico secco); mentre in presenza di RH = 100%, l'aria satura si raffredda più lentamente perdendo 0,65 °C ogni 100 m di quota (gradiente adiabatico saturo).

Nel caso di atmosfera subadiabatica, all'aumentare della quota la differenza tra la temperatura del volume d'aria sottoposto al processo adiabatico e la temperatura dell'aria circostante tenderà a zero, ovvero le due temperature risulteranno dello stesso valore. Alla quota corrispondente, i moti convettivi del volume d'aria vengono stabilizzati.

Nel caso di atmosfera superadiabatica, invece, all'aumentare della quota la differenza tra le due temperature tenderà ad aumentare sempre più. In questo modo, si ha un incremento della velocità dei moti convettivi e quindi della loro instabilità: è sufficiente una minima causa al suolo per agevolare la formazione di celle convettive e quindi anche di fenomeni temporaleschi.

 

Radiosondaggi e precisione

Come si è visto le misurazioni avvengono tramite apparecchiature elettroniche di alta precisione. Se così non fosse il Ministero della Difesa non utilizzerebbe i risultati dei radiosondaggi per elaborare le previsioni meteo e le ditte costruttrici delle strumentazioni di misura andrebbero in fallimento.

Inoltre, esistono delle raccomandazioni del WMO (Organizzazione Meteorologica Mondiale) che indicano gli errori consentiti nelle misurazioni, le quali devono avvenire in forma diretta e con continuità lungo l'ascesa del pallone aerostatico. In particolare:
- temperatura: errore massimo di ± 1 °C;
- umidità relativa: errore medio del 10%.

 

ensori radiosonda
- Radiosonda Vaisala RS80 -

A titolo di esempio, riportiamo i parametri dei sensori di umidità e temperatura forniti da alcune ditte costruttrici di radiosonde o enti che si occupano di radiosondaggi:

www.vaisala.com:
- Temperature Sensor.
Measuring range: +60 °C to -90 °C. Resolution: 0.1 °C.
- Humidity Sensor. Measuring range: 0% ÷ 100%. Resolution: 1%.

www.nsidc.org:
- Temperature Sensor. Measuring range: +60 °C to -90 °C. Resolution: 0.1 °C.
- Humidity Sensor. Measuring range: 0 % RH to 100 % RH. Resolution: 1% RH.

www.carboregional.mediasfrance.org:
- Temperature Sensor.
Measurement range:  +60°C to -90°C. Resolution: 0.1°C.
- Humidity Sensor. Measurement range: 0 to 100%. Resolution 1%.

Come si è precedentemente visto, i palloni sonda non seguono esattamente la verticale ma si spostano a seconda del vento. Un pallone sonda lanciato nella stazione di Milano, ad esempio, può rilevare dati fino a 200 Km di distanza.

Come è quindi possibile stabilire attraverso i radiosondaggi se le condizioni rilevate sono valide anche a Km di distanza da dove sono stati lanciati i palloni sonda? Tutto dipende dalla stabilità dell'atmosfera. Ad esempio, se un pallone sonda nella sua ascesa attraversa un cumulonembo presente sopra la stazione meteo da cui è stato lanciato, i dati prelevati saranno sfalsati rispetto i dati di un pallone sonda lanciato da una località a 100 Km di distanza in cui il fenomeno non è presente.

Nel caso in cui non sono presenti fenomeni locali particolari o non esistono fronti in arrivo, cioè c'è una certa stabilità dell'atmosfera, i dati rilevati dalla sonda sono estendibili anche a 100 Km di distanza.