RALtropo 2018: un anno di osservazioni

Come descritto nella pagina La Troposfera a Microonde, il radiometro RALtropo “vede” il cielo allo zenit e registra continuamente, 24 ore al giorno e tutti i giorni dell’anno, le variazioni atmosferiche correlate con variazioni nel contenuto di acqua nella troposfera, in forma di nuvole cariche di acqua liquida, pioggia e neve. Lo strumento, progettato e costruito per funzionare automaticamente e continuamente senza intervento di operatori, calibrato e termicamente stabilizzato per garantire ripetibilità e accuratezza nelle misure, stima la temperatura di brillanza dei cielo nella banda delle microonde e misura la temperatura dell’aria a un’altezza di circa 9 metri dal suolo. Con un solo strumento è possibile monitorare i fenomeni atmosferici locali particolarmente dinamici come le precipitazioni e le nuvolosità, pianificando un’efficace azione di controllo dell’ambiente per elaborare segnali di allerta al verificarsi di eventi dannosi o pericolosi per le persone e per il territorio.

Come funziona

In generale, i radiometri a microonde che ”osservano” il cielo misurano la radiazione cosmica proveniente dallo spazio esterno, attenuata dagli strati atmosferici, e l’emissione propria dell’atmosfera dovuta alle molecole di gas, alle particelle di aerosol e di acqua in forma di piccole gocce (nubi), cristalli di ghiaccio, precipitazioni, fumo, polvere e polline. La dimensione di queste particelle varia da frazioni di un micrometro a qualche centimetro e, secondo le loro dimensioni e composizione, disperdono e diffondono le radiazioni. Le particelle con dimensioni paragonabili o superiori alla lunghezza d’onda della radiazione incidente tendono a diffonderla, comportandosi come sorgenti elementari. Nella banda delle microonde e in condizioni di cielo sereno, sono importanti solo i fenomeni di assorbimento e di emissione dovuti al vapore acqueo e all’ossigeno (alle frequenze 22-30 GHz e 51-60 GHz), essendo la dimensione di queste molecole (e delle minuscole gocce d’acqua che costituiscono le nubi di alta quota) molto minore della lunghezza d’onda.

Se lo strumento osserva un cielo molto nuvoloso, eventualmente con pioggia, diventa importante l’emissione propria dell’atmosfera (per diffusione) dovuta alle particelle grandi come le gocce di acqua. Se queste sono debolmente legate al mezzo, come nelle precipitazioni, si comportano come tanti diffusori di radiazione discreti che incrementano notevolmente l’intensità dell’emissione atmosferica (proporzionale all’intensità della pioggia), mentre una nuvola si comporta come un mezzo omogeneo, contribuendo in misura inferiore alla radiazione complessiva. Si può descrivere la radiazione a microonde dell’atmosfera tramite una temperatura di brillanza che comprende il contributo della radiazione cosmica di fondo (circa 3 K, se l’antenna non “vede” il Sole, la Luna o altre radiosorgenti celesti) e la somma della radiazione atmosferica proveniente dai vari strati, attenuata dalle capacità di assorbimento dell’atmosfera stessa lungo il cammino di propagazione.

L’utilizzo di radiometri operanti nella banda 10-12 GHz, sufficientemente lontana dalle frequenze di assorbimento del vapore acqueo e dell’ossigeno, consente di valutare solo il contributo emissivo dovuto alle formazioni nuvolose cariche di pioggia e alle precipitazioni, proporzionale alla quantità di acqua liquida presente nello strato troposferico.

Come è andato il 2108?

I grafici seguenti mostrano le variazioni annuali della temperatura di brillanza del cielo, della temperatura dell’aria e della piovosità nella zona dove è installatala stazione RALtropo. Utilizzando opportuni algoritmi è possibile correlare gli incrementi della temperatura di brillanza con la presenza di acqua liquida in atmosfera, quindi individuare e seguire l’evoluzione di nubi cariche di pioggia e stimare l’ammontare orario, giornaliero e annuale delle precipitazioni.

Si può definire una soglia per la temperatura di brillanza (dell’ordine di 85 K), oltre la quale il contenuto troposferico di acqua liquida si manifesta come pioggia. Al di sotto di questa soglia le variazioni della temperatura di brillanza sono presumibilmente associate a formazioni nuvolose.

Il grafico seguente documenta l’andamento annuale della temperatura dell’aria: la traccia di colore rosso rappresenta la variazione oraria, mentre quella blu è la temperatura media giornaliera. La temperatura minima nel 2018, pari a -8.43 °C, si è registrata alla fine di Febbraio mentre la massima, 33.94 °C, all’inizio di Agosto. La temperatura media annuale è stata di 13.7 °C.

Marzo è risultato il mese più piovoso dell’anno, Agosto quello più asciutto, come di solito accade dalle nostre parti (Senigallia – AN – Italia). Il grafico seguente ci dice che la “stagione delle pioggie” si è concentrata durante il mese della primavera. Una stima della quantità di pioggia caduta durante l’anno, calcolata dalle misure della temperatura di brillanza, ha fornito il valore di 1074.37 mm.

Nella pagina variazioni annuali della temperatura di brillanza a microonde del cielo, della temperatura dell’aria e della piovosità, aggiornata ogni 24 ore, è possibile verificare quasi in tempo reale l’andamento di questi parametri e confrontare i nuovi dati con quelli corrispondenti allo stesso periodo dello scorso anno.