Dopo tre giorni di pioggia continua, in accordo con le previsioni, abbiamo visto una bella nevicata a Senigallia (AN, Italia) il 25 e 26 febbraio 2018. Per noi, gente di mare, rappresenta sempre un’evento eccezionale.
Abbiamo analizzato i dati raccolti dalla stazione radiometrica RALtropo che “osserva” il cielo alla frequenza di 11.2 GHz (microonde) ricavando informazioni utili per studiare e segnalare eventi, come le piogge e le nevicate persistenti, spesso causa di disagi per la popolazione o, nei casi peggiori, disastri per il territorio. Lo strumento misura la radiazione esterna proveniente dallo spazio (comprendente anche la radiazione solare) e quella propria dell’atmosfera dovuta alle molecole di gas, alle particelle di aerosol e di acqua in forma di piccole gocce (nubi), ai cristalli di ghiaccio e alle precipitazioni. Alla frequenza di lavoro di RALtropo e quando il cielo è sereno e asciutto, la dimensione dei costituenti atmosferici (molecole di gas, minuscole gocce d’acqua che compongono le nubi di alta quota) è molto minore della lunghezza d’onda e sono trascurabili i fenomeni di assorbimento e di emissione dovuti al vapore acqueo e all’ossigeno che si verificano a frequenze più elevate. L’intensità della radiazione misurata è minima (solo quella esterna) e l’emissività atmosferica è molto bassa. Quando piove, diventa importante il “rumore” dovuto alle particelle grandi come le gocce di pioggia che, comportandosi come tanti diffusori di radiazione indipendenti, incrementano l’intensità dell’emissione in modo proporzionale all’intensità della precipitazione. Una nuvola si comporta come un mezzo omogeneo, contribuendo in misura inferiore alla radiazione complessiva. Le precipitazioni nevose (cristalli di ghiaccio) incrementano ulteriormente l’emissività atmosferica, essendo l’emissività a microonde del ghiaccio molto superiore a quella dell’acqua liquida.
Se descriviamo l’intensità della radiazione a microonde dell’atmosfera in termini di temperatura di brillanza (prodotto dell’emissività di un oggetto per la sua temperatura fisica), si nota l’apparente paradosso che il cielo alle microonde appare più caldo quando nevica rispetto a quando piove (contrariamente a quanto avviene misurando la temperatura fisica dell’aria) e, quando piove, è più caldo di quando è sereno. In effetti, il cielo sereno e asciutto osservato allo zenit appare, per un radiometro a microonde, come lo scenario più “nero” e più freddo esistente in natura, dato che la sua radiazione è prossima a quella del fondo cosmico a microonde (3 K circa), limite minimo di temperatura.
I seguenti grafici mostrano le variazioni della temperatura di brillanza del cielo (colore rosso) e della temperatura dell’aria (colore blu), durante il periodo 20-23 Febbraio caratterizzato, nella nostra zona, da piogge persistenti. Analoghe registrazioni mostrano le variazioni di questi parametri durante la nevicata del 25 e 26 Febbraio confermando quando detto.
Le formazioni nuvolose come i cumuli, con ampia estensione verticale, sono formate da piccole gocce di acqua che producono piogge di breve durata. Un radiometro che ”vede” queste nubi misura una temperatura di brillanza variabile nell’intervallo 40-60 K: il loro monitoraggio è importante perché queste nubi possono crescere fino a diventare cumulonembi, sorgenti di piogge intense e di lunga durata. La loro temperatura di brillanza è leggermente superiore a quella dei cumuli. Altri tipi di nubi come gli altostrati e i cirri, che si formano a quote molto elevate, non producono significative variazioni nella risposta radiometrica.
Come si vede dalle registrazioni, elevate variazioni nella temperatura di brillanza rivelano la presenza di formazioni nuvolose ricche di acqua che si muovono attraverso il volume di atmosfera osservato. Quando nevica, come mostrato nel seguente grafico, il cielo a microonde è più “brillante” (quindi più “caldo”) rispetto a quando piove anche se la temperatura fisica dell’aria misurata a 9 metri dal suolo è bassa.
