IL DIAGRAMMA TERMODINAMICO

PARTE PRIMA

IL SONDAGGIO TERMODINAMICO

Il diagramma termodinamico è un potente strumento di analisi a disposizione dei meteorologi per un esame “tridimensionale” della troposfera, intendendo con ciò la possibilità di conoscere, con una precisione soddisfacente, l’andamento dei principali parametri atmosferici al variare della quota. L’abitudine di consultare questi grafici con particolare attenzione non dovrebbe però essere propria solo dei professionisti della meteorologia, ma anche rientrare nelle abitudini di alcune particolari categorie di utenti, per i quali risulta di fondamentale importanza la conoscenza del grado di instabilità dell’aria, della quota della base delle possibili nubi, nonché il loro più probabile sviluppo verticale. A queste informazioni si va poi ad aggiungere tutta un’altra serie di dati, dalla direzione ed intensità dei venti in quota, alla percentuale di umidità presente nell’aria, alla possibile presenza di inversioni termiche al suolo o in quota, fino al valore stesso della quota della tropopausa, che segna il limite di massima altezza della troposfera.

A partire da questo e per i prossimi numeri, esamineremo dalle pagine di Aviazione Sportiva quali sono i passi che portano alla realizzazione di un diagramma termodinamico ed in che modo questo debba poi essere letto. Numerose sono le possibilità di reperire su Internet, direttamente in forma grafica, i sondaggi termodinamici delle località italiane ed estere, partendo, ad esempio, da uno dei siti meteorologici da noi già segnalati in precedenza (http://www.orso.net/uma.htm). Coloro che hanno fatto un’abitudine della lettura di questo “angolo della meteorologia” sanno, tuttavia, che è nostra consuetudine raccomandare di confrontare tutte le informazioni derivante da fonti “non ufficiali” con quelle disponibili presso i centri di assistenza al volo dell’ENAV o dell’Aeronautica Militare; anche in questo, caso, quindi, la precauzione è d’obbligo, stante la possibilità che i dati presenti sulla rete non siano aggiornati od accurati.

I meteorologi, dunque, osservano la temperatura, la pressione, l’umidità ed il campo dei venti in quota attraverso una serie di osservazioni periodiche (dette RAOB ed eseguite da due a quattro volte al giorno), realizzate attraverso i cosiddetti radiosondaggi: alcuni sensori, trasportati fino in alta quota da un pallone, inviano, durante la loro ascesa, un flusso di dati praticamente continuo verso la stazione ricevente, fino a quando il pallone stesso non scoppia ad un’altezza approssimativamente pari a quella della superficie isobarica 10 hPa. I dati così trasmessi vengono riportati all’interno di un messaggio alfanumerico, detto TEMP, nella cui prima parte devono figurare almeno le condizioni registrate a determinati livelli barici standard, con l’eventuale aggiunta, in una seconda parte, di altri valori, riferiti ad una serie di livelli intermedi, ritenuti significativi.

Entro poche ore dal lancio della radiosonda, i dati RAOB vengono codificati e risultano pronti per la trasmissione all’interno del circuito internazionale aeronautico. Il riporto in forma grafica del TEMP, da parte dell’utente finale, permetterà poi proprio la costruzione del sondaggio o diagramma termodinamico.

La storia dei primi sondaggi atmosferici risale addirittura ad una fase precedente alla fine del XIX secolo, quando le informazioni venivano ottenute tramite apparecchi registratori, detti meteorografi, che, inviati “in quota” per mezzo di speciali sonde ancorate al suolo, provvedevano al riporto automatico, su di un singolo foglio, dei valori di due o più parametri meteorologici, come temperatura, pressione e umidità. Il sistema presentava, però, alcuni inconvenienti:

  • l’altezza media raggiungibile era di soli circa 10.000 ft, anche se alcuni voli furono in grado di raggiungere quote quasi doppie;
  • i dati non potevano essere valutati sino al termine dell’osservazione, quando la strumentazione veniva riportata a terra;
  • le sonde potevano essere utilizzate solo in buone condizioni atmosferiche e se i venti non erano ne troppo deboli ne troppo forti;
  • vi era il pericolo di una ricaduta al suolo della strumentazione e la possibilità di provocare seri danni alle persone o alle proprietà.

Dal 1925 al 1937, i dati in quota furono invece ottenuti istallando i meteorografi direttamente sugli aerei, in osservazioni chiamate APOBS. Anche se gli aerei continuarono a venire utilizzati per questo scopo fino al 1943, il loro uso venne, comunque, drasticamente ridotto dopo l’introduzione delle radiosonde, avvenuto nel 1937. Anche le osservazioni con gli aerei presentavano, infatti, alcuni inconvenienti:

  • l’altezza media raggiungibile era approssimativamente di 17.000 piedi, con un massimo di circa 20.000;
  • anche ora i dati non potevano essere valutati se non al termine dell’osservazione, dopo l’atterraggio dell’aereo;
  • le osservazioni non potevano essere eseguite in condizioni estreme (temporali o altri fenomeni violenti).

Il primo lancio di una radiosonda propriamente detta risale però al Gennaio 1930, quando un meteorologo russo, Pavel A. Molchanov, eseguì un completo sondaggio atmosferico in una località chiamata Pavlosk. A partire dal 1936 le radiosonde vennero adottate dallo U.S. Weather Bureau e, per la fine dello stesso anno, un network di parecchie stazioni era già in grado di effettuare osservazioni di routine sul territorio americano. La radiosonda andò, quindi, rapidamente a sostituire l’utilizzo “meteorologico” degli aerei, che, tuttavia, non scomparve totalmente, risultando ancora oggi un mezzo insostituibile per l’osservazione diretta e ravvicinata di alcuni fenomeni di particolare interesse: si pensi, ad esempio, ai voli di ricognizione dei cicloni tropicali, eseguiti a cura del servizio meteorologico americano, con aerei appositamente equipaggiati.

Le radiosonde

La radiosonda è una piccola “scatola leggera” di sensori a perdere (il tutto ha circa le dimensioni di una scatola da scarpe; vedere Figura 1), che viene sospesa ad un pallone, parzialmente riempito con idrogeno o, preferibilmente, elio, ritenuto più sicuro anche in fase di manipolazione a terra; completa la dotazione un piccolo paracadute di materiale biodegradabile. I sensori vengono utilizzati per misurare diversi parametri meteorologici e sono accoppiati con un trasmettitore radio alimentato a batteria, che permette l’invio dei dati ad una stazione ricevente di terra. Durante l’ascesa del pallone, avvengono regolari campionamenti di temperatura ambiente, umidità relativa e pressione atmosferica; tracciando la posizione della radiosonda, vengono inoltre ottenuti i valori di direzione ed intensità dei venti in quota.

Anche se il progresso tecnologico offre sempre soluzioni diverse, soprattutto per quanto riguarda la biodegradabilità dei materiali, la strumentazione di base per una radiosonda deve comunque comprendere un sensore termico (trattasi generalmente di un componente metallico, che subisce variazioni della propria resistenza elettrica con la temperatura esterna), uno per l’umidità (un film chimico, funzionante sul medesimo principio di quello termico), un barometro aneroide ed un sistema di controllo ad esso collegato, in grado di fungere da interruttore per attivare le misure di temperatura ed umidità ad intervalli costanti di pressione. Per conoscere nel dettaglio le caratteristiche e le prestazioni delle più moderne radiosonde, può essere utile una visita al sito Internet della Vaisala (http://www.vaisala.com/), la società finlandese leader nella costruzione di strumentazione meteorologica, i cui apparati trovano largo impiego anche nel nostro Servizio Meteorologico.

L’insieme pallone-paracadute-radiosonda (Figura 2) ascende ad una velocità che dipende dalle condizioni atmosferiche, dalla quantità di gas e dalle dimensioni del pallone, mentre la quota utile raggiungibile varia non solo a seconda dell’altezza di scoppio del pallone, ma anche in base all’esistenza o meno di possibili avarie o interferenze (di origine atmosferica o di altro tipo), che potrebbero impedire una corretta ricezione dei dati trasmessi a terra. Quando il pallone esplode, avendo raggiunto la sua altezza di scoppio, il paracadute frena la discesa della radiosonda, minimizzando i pericoli per persone o installazioni al suolo. Secondo dati del servizio meteorologico statunitense, un pallone di 600 grammi può raggiungere un’altezza media di poco superiore ai 90.000 ft, mentre quelli di 1200 grammi possono superare i 100.000 ft.

Nel nostro paese, i lanci delle radiosonde avvengono principalmente a cura dell’Aeronautica Militare, anche in aeroporti, come Milano Linate, dove il servizio meteorologico è, invece, totalmente a carico dell’Ente Nazionale di Assistenza al Volo. A questi si devono poi aggiungere altre località dove il sondaggio avviene grazie ad utenti terzi, siano esse società di gestione aeroportuale, servizi meteorologici regionali oppure enti di studio o ricerca; un elenco delle attuali stazioni di radiosondaggio è riportato nella tabella di Figura 3.

Concludiamo con alcune considerazioni. E’ ovvio che le radiosonde, durante la loro salita in quota, tendono ad allontanarsi dalla verticale della stazione di lancio e questo debordare sarà tanto più ampio quanto più intensi saranno i venti in quota. Mentre discuteremo sui prossimi numeri del significato “meteorologico” di questa osservazione, vediamo ora alcune implicazioni di tipo eminentemente più “pratico”.

In Italia vengono eseguiti da due a quattro lanci giornalieri per ogni stazione, il che si traduce in una ventina abbondante di queste “scatole” liberamente a spasso per i nostri cieli. L’utenza aeronautica viene portata a conoscenza delle località e degli orari di lancio sia tramite segnalazione sull’AIP sia tramite NOTAM; in frequenza, inoltre, i controllori provvedono a segnalare il rilascio imminente di un pallone sonda, nel caso si tratti di stazione all’interno di un sedime aeroportuale. Per quanto più strettamente attiene agli utenti VDS (a parte una raccomandazione di carattere generale, sull’opportunità di “frequentare” comunque NOTAM ed AIP), la bassa quota tenuta dai velivoli ULM rende già di per sé assai scarsa la possibilità di un “incontro ravvicinato” con uno di questi palloni, lontano dalla stazione di lancio.

E nel caso del ritrovamento di una di queste “scatole volanti”? Già la semplice constatazione che, molto raramente, si ha notizia di persone o cose rimaste “interessate” dal ritorno a terra di una radiosonda, è sufficiente a dimostrare quanto ricca di zone scarsamente abitate sia la nostra penisola (anche se consideriamo che molte sonde potrebbero andare disperse in mare o all’estero, dovremmo pur sempre ammettere che qualcuna di quelle straniere potrebbe benissimo atterrare sul nostro suolo). Ciascuna sonda riporta comunque le istruzioni su come comportarsi nel caso di un ritrovamento ed a quale autorità debba, eventualmente, essere riconsegnato l’intero dispositivo.

1 – Continua

 

Figura 1

Una moderna radiosonda

Figura 3

Il “treno” pallone-paracadute-radiosonda

 

Stazioni italiane di radiosondaggio

Brindisi Casale
Bologna S.Pietro Capofiume
Cagliari Elmas
Cuneo Levaldigi (di prossima attivazione)
Milano Linate
Roma Pratica di Mare
Trapani Birgi
Udine Campoformido

ALTRE IMMAGINI NON CITATE NEL TESTO

Una moderna stazione per il lancio delle radiosonde

 

Una delle prime stazioni di radiosondaggio

 


 

Dott. Marco Tadini
meteorologo

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