RALtropo: Microwave Cloud-Rain Detector per il monitoraggio delle perturbazioni troposferiche locali
Per studiare l’evoluzione dei fenomeni atmosferici locali come la formazione di nubi cariche di acqua liquida o di piogge, è stato sviluppato il radiometro a microonde RALtropo (funzionante nella banda di frequenza di 10-12 GHz) che ”osserva” continuamente il cielo allo zenit registrando le variazioni della temperatura di brillanza riconducibili a questi eventi. Lo strumento misura la radiazione solare trasmessa attraverso gli strati superiori dell’atmosfera e l’emissione propria dell’atmosfera dovuta alle molecole di gas, particelle di aerosol e acqua in forma di piccole gocce (nubi), cristalli di ghiaccio, precipitazioni. Dato che la trasmissione e l’emissione di radiazione dipendono dalle proprietà specifiche dell’atmosfera, questo sistema è utilizzabile per analizzare il suo stato.
Si tratta di un sensore di sorveglianza del cielo (“all-weather sky monitor”) continuamente operativo, di giorno e di notte, che può esssere vantaggiosamente integrato con i tradizionali strumenti di monitoraggio meteorologico.
Località: Senigallia (AN) – Italia – 43.733956 N, 13.1816613 E
Il grafico si aggiorna automaticamente ogni 5 minuti e visualizza le variazioni dell’indice locale di copertura nuvolosa e di pioggia.
Quando la misura del Radiometric Cloud-Rain Index (parametro correlato con la temperatura di brillanza del cielo) tende ad aumentare, è elevata la probabilità di pioggia. Se il cielo è sereno e asciutto, lo strumento misura valori minimi, mentre quando sono presenti formazioni nuvolose ricche di acqua liquida il valore aumenta, con rapide variazioni in caso di pioggia. La risposta dello strumento è, quindi, proporzionale al contenuto colonnare di acqua liquida.
Le dimensioni delle particelle presenti in atmosfera variano da frazioni di un micrometro a qualche centimetro: in funzione delle loro dimensioni e della loro composizione possono disperdere e diffondere le radiazioni. Le particelle con dimensioni paragonabili o superiori alla lunghezza d’onda della radiazione incidente tendono a diffonderla con molta efficienza, comportandosi come vere e proprie sorgenti elementari. Nella banda delle microonde e in condizioni di cielo sereno e asciutto, quindi in assenza di pioggia, grandine o neve, la probabilità che la radiazione incidente sia diffusa è trascurabile, dato che gli altri costituenti atmosferici (molecole di gas, minuscole gocce d’acqua presenti nelle nubi di alta quota) sono molto più piccoli della lunghezza d’onda. In queste condizioni sono importanti solo i fenomeni di assorbimento e di emissione dovuti al vapore acqueo e all’ossigeno che presentano bande di assorbimento alle frequenze di 22-30 GHz e di 51-60 GHz. D’altra parte, quando RALtropo osserva il cielo con formazioni nuvolose ricche di acqua liquida o in presenza di precipitazioni, diventa importante il contributo emissivo dell’atmosfera per diffusione dovuto alle particelle grandi come le gocce di pioggia. Se queste sono debolmente legate al mezzo, come nelle precipitazioni, si comportano come molti diffusori di radiazione discreti che incrementano l’intensità dell’emissione atmosferica (proporzionalmente all’intensità della pioggia), mentre una nuvola appare come un mezzo relativamente omogeneo, contribuendo meno alla radiazione complessiva.
RALtropo è uno strumento utile per analizzare le condizioni troposferiche e le loro variazioni in funzione delle condizioni meteorologiche. Sono osservabili molte formazioni nuvolose e precipitazioni con ottima definizione strumentale e ripetibilità: la notevole quantità di dati acquisiti nei vari periodi dell’anno al verificarsi di un’ampia varietà di condizioni meteorologiche, consente una valutazione affidabile sulle tipologie di coperture nuvolose che interessano la zona monitorata. Elevate variazioni del Radiometric Cloud-Rain Index rivelano la presenza di formazioni nuvolose ricche di acqua che si muovono attraverso il volume di atmosfera osservato, effetti chiaramente visibili nelle misurazioni.