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Il rilevamento delle diverse variabili atmosferiche, non solo al suolo, ma anche in quota, è essenziale per la meteorologia. Questi dati vengono per esempio assimilati nei modelli numerici per le simulazioni e sono messi a disposizione del meteorologo per un'analisi specifica della struttura verticale dell'atmosfera. In estate con le situazioni convettive (temporali) e in inverno con i casi d'inversione termica e nebbia, i dati forniti dalla piccola stazione meteorologica che il pallone sonda porta verso l'alto risultano di vitale importanza per delle previsioni accurate, soprattutto per quelle dei fenomeni ad alto impatto, come quelli appena citati.
Le misure al suolo sono relativamente semplici da effettuare e la Svizzera è coperta da una fitta rete di stazioni di misura automatiche. Anche i satelliti, sempre più precisi, forniscono molte informazioni, ad esempio sulla copertura nuvolosa o sul contenuto di umidità dell'atmosfera. I nuovi satelliti di EUMETSAT (MTG InfraRed Sounder) potranno fornire fra alcuni anni dei profili verticali di temperatura e umidità, ma queste informazioni, pur avendo il pregio di garantire una copertura su ampia scala e una frequenza temporale elevata, non hanno un'accuratezza elevata come quelle fornite dagli strumenti portati in quota dai palloni sonda. Inoltre questi strumenti forniscono non solo profili di temperatura e umidità, ma anche quelli di altre grandezze meteorologiche.
Profili atmosferici
La stratificazione verticale dell'atmosfera terrestre è complessa: si possono riconoscere cinque strati con delle caratteristiche ben definite. Essi sono definiti in base all'inversione del gradiente termico verticale, ovvero l'andamento della temperatura con la quota. Partendo dal basso, questi strati sono chiamati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. La separazione fra uno strato e l'altro è dato da zone di discontinuità, ovvero zone dove il gradiente termico verticale s'inverte. Queste zone vengono indicate con il nome "pausa", ovvero tropopausa, stratopausa e così via.
I fenomeni meteorologici sono essenzialmente confinati allo strato più basso, ovvero nella troposfera. Questo strato alle nostre latitudini ha uno spessore di circa 10 km (le zone di bassa pressione e i sistemi frontali annessi possono far variare questo spessore) e si trova generalmente in una situazione di equilibrio, ovvero la temperatura diminuisce con l'altezza di circa 0.7 - 1 °C ogni 100 metri (questo valore dipende dall'umidità dell'aria). Se la temperatura diminuisce con un gradiente inferiore ai 0.7 °C / 100 m o addirittura aumenta con la quota siamo in una situazione molto stabile. Al contrario se il gradiente negativo è maggiore ai valori indicati sopra (ovvero se la temperatura diminuisce velocemente con la quota) siamo in una situazione ancor più instabile del normale. Ovviamente anche la troposfera è molto complessa e sono rarissimi i casi (praticamente mai) dove il gradiente è più o meno costante dal suolo fino all'inizio della tropopasusa. Il profilo di temperatura misurato dagli strumenti portati dal pallone sonda fornisce informazioni sulla stabilità dell'atmosfera.
Il profilo di umidità invece fornisce importanti indicazioni sulla facilità o meno con cui nell'aria s'innesca la condensazione e quindi sull'altitudine delle nuvole (base e sommità), mentre il profilo del vento è importante per le previsioni aeronautiche (per esempio per l'identificazione dei tagli di vento). Questi profili in meteorologia vengono denominati radiosondaggi.
La figura qui sopra mostra un profilo atmosferico effettuato a Payerne alla mezzanotte di mercoledì 15 febbraio. Mostra la temperatura dell'aria e la temperatura del punto di rugiada, cioè la temperatura alla quale il vapore acqueo inizia a condensare. Dal profilo si può notare una marcata inversione termica (l'aria è più fredda vicino al suolo rispetto a una quota di 1000 metri), ovvero mostra una spiccata stabilità. Nella parte inferiore del profilo, le due linee del grafico si sovrappongono (ovvero la temperatura dell'aria è uguale alla temperatura del punto di rugiada), suggerendo al meteorologo che a quella quota vi è condensazione e quindi si è formata o si sta formando nebbia in prossimità della superficie. Queste misure sono molto importanti anche per i modelli numerici utilizzati in meteorologia, in quanto la loro risoluzione spaziale, in questo caso soprattutto quella verticale, non permette di modellare correttamente la stratificazione dell'atmosfera. Le misurazioni fornite dai radiosondaggi sono dunque vitali per correggere queste carenze dei modelli e far si che fenomeni molto dipendenti dal profilo verticale di temperatura e umidità (temporali, nebbia) vengano simulati con la massima qualità possibile.
Palloni sonda
Misurare un profilo atmosferico non è un compito facile. Alcuni aerei trasmettono informazioni sulla temperatura, ma questo è limitato alla loro altitudine di volo. In prossimità degli aeroporti disponiamo di numerosissimi profili (decolli - atterraggi), per il resto del volo dgli aeroplani rimangono a quote standard e quindi non forniscono profili verticali. Per questo motivo, da oltre un secolo, i meteorologi utilizzano palloni sonda. Questi palloni sono solitamente gonfiati con elio e dotati di una piccola stazione meteorologica all'interno di una scatola che misura diverse grandezze come la temperatura, l'umidità e pressione atmosferica. Sono inoltre dotati di un GPS che traccia l'altitudine e la traiettoria, dalla quali si può ricalcolare la velocità e la direzione del vento, nonché di un trasmettitore radio che comunica tutte le misure e la posizione in tempo reale. MeteoSvizzera lancia i palloni due volte al giorno, a mezzanotte e a mezzogiorno, da Payerne, e da alcuni anni questo sistema è stato automatizzato.
La traiettoria dei palloni sonda
Una volta rilasciati, i palloni volano con il vento. In genere raggiungono un'altitudine di circa 35 km prima di esplodere. La scatola con gli strumenti ritorna quindi a terra, dotata di un paracadute per limitare i danni. Nella maggior parte dei casi, le scatole non vengono purtroppo ritrovate. Se trovate una di queste scatole durante un'escursione sulle Alpi, potete raccoglierla e seguire quanto indicato sull'etichetta. Essa fornisce un indirizzo web con le istruzioni su come restituire gratuitamente la sonda trovata a MeteoSvizzera o riciclarne i componenti.
Ogni giorno vengono lanciati molti palloni sonda in tutto il mondo. I palloni possono percorrere diverse centinaia di chilometri. Il sito web https://radiosondy.info/ permette di seguire in diretta i voli dei palloni sonda in tutto il mondo. L'immagine sottostante mostra i voli dei palloni sopra la Svizzera nelle ultime 48 ore.
