L'OSSERVAZIONE DEL TEMPO

Documento tratto dalla rubrica "Meteonautica" a cura di Maurizio Brunetti e Antonio Moretti del Servizio Meteorologico dell'Aeronautica pubblicata mensilmente sulla rivista "Nautica"

Pubblicato su Nautica 454 di febbraio 2000

IL TEMPO VISTO CON IL RADAR

Un acquazzone, spesso associato a un temporale, può essere individuato con precisione e seguito in tempo reale anche in zone in cui sono assenti o scarse le osservazioni tradizionali, come sul mare. La parola radar viene da "radio detection and ranning" (radio rilevazione e misura a dis-tanza), ovvero uso delle radio-onde per individuare oggetti (bersagli) e misurarne la distanza. Il radar fu sviluppato appena prima della seconda guerra mondiale, 1939-1945, come un mezzo per localizzare navi e aeroplani e fu di fondamentale importanza per la difesa di Paesi come l'Inghilterra, soggetti a continui attacchi dal cielo. Infatti, a differenza di altri sistemi in uso a quel tempo, quali i potenti proiettori di luce o apparecchi per intercettare i rumori, era capace di localizzare bersagli anche in presenza di nubi o nebbia, sia di giorno che di notte. Tuttavia quando le condizioni del tempo erano particolarmente avverse, ovvero si era in presenza di fitte piogge o rovesci, era estremamente difficile individuare un bersaglio che si trovasse proprio dentro o dietro l'area delle precipitazioni. Infatti, il suo segnale si indeboliva e si confondeva con quello proveniente dall'acquazzone. Questo, che rappresentava un grosso limite per l'operatività del radar, in quanto non consentiva di individuare sempre puntualmente le navi e gli aerei nemici, fu considerato, invece, un grande vantaggio dai meteorologi. Infatti, per la prima volta era possibile localizzare le zone di precipitazione nella portata del radar, individuarne le dimensioni e seguirne gli spostamenti.

Il principio di funzionamento del radar è molto semplice. Invia verso l'oggetto cercato radioonde modulate ad impulsi e riceve le onde riflesse dall'oggetto medesimo. Schematicamente consta di un'antenna del tipo a paraboloide che, ruotando intorno ad un asse, emette uno stretto fascio di onde a impulsi generato da un trasmettitore. L'eco di ritorno captata dall'antenna è inviata ad un ricevitore e, dopo l'amplificazione, a un indicatore. La stessa antenna è usata per la trasmissione e la ricezione; a tal fine sulla linea di alimentazione è inserito un dispositivo di commutazione che sconnette il ricevitore durante la trasmissione degli impulsi e, viceversa, sconnette il trasmettitore nella fase di ricezione (fig.1). La localizzazione del bersaglio si ottiene riferendolo ad un sistema di coordinate spaziali e tenendo conto che la distanza dell'oggetto si ricava dalla velocità con cui viaggia l'impulso (velocità della luce) e dal tempo trascorso fra la sua emissione e la ricezione del segnale riflesso.

Un radar meteorologico lavora con una lunghezza d'onda (lambda) compresa tra 1 e 10 cm (microonde). In questo intervallo, uno strumento con lunghezze d'onda più piccole rileva gocce infinitesimali che non precipitano e viene quindi usato per lo studio della fisica delle nubi. Di contro, un radar che lavora con lunghezze più grandi rileva gocce di maggiore dimensione e quindi consente di individuare le precipitazioni e di stimarne la quantità. Le rappresentazioni sull'indicatore dei dati elaborati dai segnali di ritorno di un radar sono di diverso tipo. La più conosciuta è la PPI (Plan Position Indicator - Indicatore di Posizione su un Piano), che raffigura sul piano orizzontale una proiezione di ciò che rileva il radar in un giro completo intorno al suo asse, con una determinata angolazione rispetto alla superficie terrestre (elevazione). Un'altra rappresentazione molto significativa è la SRI (Surface Rainfall Intensity - Intensità della Precipitazione in Superficie), cioè la quantità di precipitazione espressa in mm/ora negli strati più bassi dell'atmosfera. Questa è ricavata, mediante apposito algoritmo, dalla "riflettività radar", ovvero l'intensità degli echi provenienti dai sistemi nuvolosi, dipendente dalla dimensione delle gocce e dalla loro concentrazione.

Nella figura 2 è rappresentata la SRI prodotta dal radar di Grazzanise del Servizio Meteo dell'Aeronautica Militare il giorno precedente l'evento calamitoso dell'alluvione di Cervinara (AV). Un altro tipo di indicatore è quello denominato RHI (Range Height Indicator - Segnalatore dell'Intervallo di Altezza). Questa rappresentazione dà un diagramma dell'altezza degli echi in funzione della distanza dal radar e si ottiene variando con continuità l'elevazione dell'antenna. Si costruiscono, in tal modo, spaccati verticali, mediante i quali si possono individuare le quote degli echi più intensi e, quindi, le nubi ad alto sviluppo verticale cui possono essere associati i temporali.

Il Servizio Meteorologico dell'Aeronautica ha attualmente in funzione quattro radar digitali, a Treviso, Pisa, Brindisi e Grazzanise e sta per metterne in linea altri tre, a Sigonella, Trapani e Decimomannu. I dati osservati da questi strumenti vengono accentrati in tempo reale al Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aeronautica di Pratica di Mare (CNMCA), elaborati e ritrasmessi agli enti periferici del Servizio per l'assistenza ai numerosi utenti. Lo sviluppo in questo settore è di grande valenza per le previsioni del tipo VSRF -Very Short Range weather Forecast, a brevissimo termine (0 -12 ore) e, di conseguenza, in particolare diviene essenziale per le previsioni di tipo Nowcasting, ovvero con validità 0-2 ore. La possibilità, ad esempio, di localizzare e seguire, in tempo reale, le traiettorie delle nubi temporalesche rappresenta una delle applicazioni del radar più importanti. Infatti i temporali non si spostano sempre secondo il vento, specie quando questo è debole, ma spesso hanno percorsi e velocità diverse. La direzione di spostamento, in particolare, può variare per il continuo cambiamento di dimensione della cella temporalesca. Queste frequenti trasformazioni della nube possono essere seguite molto bene con il radar, che registra infatti echi con movimenti assai irregolari. Dunque questo strumento rappresenta un valido aiuto per l'assistenza marittima. Infatti viene utilizzato, insieme agli altri sistemi di indagine, per l'emissione, da parte della Sala Operativa del CNMCA, degli avvisi di burrasca/tempesta (vento forte e temporali con raffiche), così rilevanti per la sicurezza della navigazione. Il problema principale diventa quello di far giungere l'informazione all'utente nel più breve tempo possibile. Questo in parte è stato risolto con la recente istituzione, a seguito di accordi tra Enti e Ministeri interessati, del canale 68 in radiotelefonia VHF, che trasmette, con continuità e in tempo reale, il "meteomar" e gli avvisi di sicurezza per la navigazione marittima.

IL RADAR NON SOLO PER PREVEDERE IL TEMPO

Infatti ha permesso una migliore comprensione dei processi di formazione delle gocce di acqua e della loro capacità di accrescimento, dando un valido contributo al progresso delle varie teorie in materia.

Ad esempio la più antica, formulata dallo studioso inglese Tor Bergeron (1891-1977), ipotizzava che tutte le precipitazioni avessero origine allo stato solido, cioè sotto forma di cristalli di ghiaccio e soltanto la temperatura dello strato d'aria, in prossimità della superficie terrestre, determinasse la caduta di pioggia, neve o nevischio. Questo è vero, ma non sempre, e il radar lo dimostra, consentendo l'individuazione della formazione delle prime gocce di precipitazione all'interno della nube.