Radiometria

MeteoSvizzera utilizza la radiometria a microonde per rilevare i profili verticali della temperatura e dell’umidità nella troposfera, dal suolo terrestre fino a una quota di sei chilometri. I radiometri consentono inoltre di allestire i profili verticali dell’ozono stratosferico.

Le molecole presenti nell’atmosfera emettono una radiazione elettromagnetica nella lunghezza d’onda delle microonde, che può essere misurata mediante un radiometro. Sensori estremamente sensibili registrano le microonde che raggiungono la superficie terrestre. In funzione della frequenza della radiazione elettromagnetica, il radiometro determina la temperatura, l’umidità e il contenuto di ozono in diversi strati dell’aria. A differenza delle misurazioni con radiosonde, il funzionamento dei radiometri è automatico. Ciò consente di ottenere dati con un’elevata risoluzione temporale. MeteoSvizzera allestisce i profili della temperatura e dell’umidità ogni dieci minuti e il profilo dell’ozono ogni 30 minuti.

Misurazione dei profili della temperatura e dell’umidità

Lo strumento è installato su un basamento in beton a 1,5 metri dal suolo. Il detector si trova al centro sotto un rivestimento di polistirolo permeabile alle microonde. A destra è applicata la ventilazione.
Radiometro per il rilevamento dell’umidità e della temperatura (HATPRO) a Payerne.

MeteoSvizzera utilizza due radiometri per rilevare i profili della temperatura e dell’umidità: il profilatore di umidità e temperatura (HATPRO, Humidity and Temperature Profiler) e il profilatore di temperatura (TEMPRO). Entrambi gli strumenti misurano ogni 10 minuti i profili di temperatura e umidità (relativa e assoluta) nella troposfera, dalla superficie terrestre fino a un’altitudine di 6 km. La risoluzione verticale media ammonta a 500 m. I profili della temperatura e del vapore acqueo sono ottenuti dalle misurazioni effettuate con una ricevitore a 2 bande (7 canali tra 22 e 31 GHz per il vapore acqueo e 7 canali tra 51 e 58 GHz per la temperatura). A tale scopo si utilizza un algoritmo di regressione che si basa sulla climatologia dei radiosondaggi di Payerne.

Informazioni fornite dai profili della temperatura

I profili della temperatura consentono di individuare determinati modelli nell’atmosfera, come ad esempio le inversioni di temperatura nella troposfera. I radiometri sono utilizzati anche nel sistema di analisi dei venti e previsione meteorologica (CN-MET) in caso d’incidente nucleare.

La misurazione dei profili di ozono

Il radiometro SOMORA (Stratospheric Ozone Monitoring Radiometer) rileva il rapporto di mescolamento in volume dell’ozono nella stratosfera e nella parte inferiore della mesosfera con una risoluzione verticale di 8-15 km e temporale di 30 minuti. Il radiometro SOMORA è stato sviluppato dall’Istituto di fisica applicata dell’Università di Berna e in Svizzera è in funzione ininterrottamente dal gennaio 2000. MeteoSvizzera fornisce i dati rilevati con il radiometro SOMORA alla rete internazionale Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC), che monitora lo stato dell’atmosfera e i suoi cambiamenti.

La variabilità del contenuto di ozono nel corso dell’anno

La distribuzione verticale dell’ozono nella stratosfera è dedotta dalla misurazione della linea spettrale dell’ozono alla frequenza di 142.17 GHz. L’intensità di questa linea è proporzionale alla concentrazione di ozono, mentre la larghezza dipende dalla pressione dell’aria, ossia dall’altezza. La quantità di ozono è espressa come rapporto del numero di molecole di ozono rispetto al numero di tutte le molecole in un determinato volume di aria. Nella serie temporale allestita sulla base dei 48 profili dell’ozono rilevati giornalmente è ben riconoscibile la variazione annuale del contenuto di ozono (ciclo annuale).

MeteoSvizzera mette a disposizione degli utenti le misurazioni effettuate con il radiometro SOMORA. Altre misurazioni del profilo di ozono sono fatte da MeteoSvizzera con la cosiddetta spettrometria Dobson e Brewer.

HATPRO and TEMPRO

  • Löhnert, U. and Maier, O.: Operational profiling of temperature using ground-based microwave radiometry at Payerne: prospects and challenges, Atmos. Meas. Tech., 5, 1121-1134, doi:10.5194/amt-5-1121-2012, 2012.
  • Calpini, B., Ruffieux, D., Bettems, J.-M., Hug, C., Huguenin, P., Isaak, H.-P., Kaufmann, P., Maier, O., and Steiner, P.: Ground-based remote sensing profiling and numerical weather prediction model to manage nuclear power plants meteorological surveillance in Switzerland, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 4, 789-813, doi:10.5194/amtd-4-789-2011, 2011.

SOMORA

  • K. Hocke, N. Kämpfer, D. Ruffieux, L. Froidevaux, A. Parrish, I. Boyd, T. von Clarmann, T. Steck, Y. M. Timofeyev, A. V. Polyakov, and E. Kyrölä, Comparison and synergy of stratospheric ozone measurements by satellite limb sounders and the ground-based microwave radiometer SOMORA, Atmos. Chem. Phys., 7, 4117–4131, 2007.
  • Calisesi Yasmine, Monitoring of stratospheric and mesospheric ozone with a ground-based microwave radiometer: data retrieval, analysis, and applications, Ph.D. thesis, Philosophisch- Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität Bern, Bern, Switzerland, 2000.

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