Gli aerosol presso MeteoSvizzera

3 settembre 2019, 3 Commenti

Concludiamo la serie sugli aerosol illustrando gli aspetti legati al loro rilevamento. Il monitoraggio a lungo termine della concentrazione e delle proprietà ottiche e chimiche degli aerosol si iscrive nel contesto delle osservazioni globale del clima e permette, oltre all’analisi delle interazioni tra aerosol e nubi, di mettere in evidenza e analizzare eventi legati al trasporto della sabbia dal deserto del Sahara o allo spostamento delle polveri emesse nel corso di eruzioni vulcaniche o di incendi boschivi. Gli aerosol sono rilevati sia con strumenti posizionati presso stazioni di misura al suolo, sia con strumenti di telerilevamento.

Cielometro alla Kleinen Scheidegg, che misura gli aerosol nella zona Jungfaujoch (foto: G. Martucci).
Cielometro alla Kleinen Scheidegg, che misura gli aerosol nella zona Jungfaujoch (foto: G. Martucci).

Le proprietà ottiche degli aerosol e il loro impatto sul clima

Su incarico di MeteoSvizzera, l’Istituto Paul Scherrer (PSI) effettua in modo operazionale le misure delle concentrazioni degli aerosol presso la stazione di ricerca alpina dello Jungfraujoch. Questi rilevamenti sono parte integrante del contributo svizzero al programma di sorveglianza globale dell’atmosfera terrestre GAW (Global Atmosphere Watch), dell’Organizzazione meteorologica mondiale. La verifica della qualità e l’analisi pluriennale dei dati sono effettuate in stretta collaborazione con la stazione aerologica di MeteoSvizzera a Payerne. In questo contesto le proprietà ottiche degli aerosol, che sono di primaria importanza per definire l’impatto degli aerosol sul clima, sono misurate dal 1995, e costituiscono una delle serie di dati più lunga al mondo. Inoltre qui si determinano la concentrazione delle particelle e dei nuclei di condensazione, come pure la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la loro composizione chimica. In aggiunta agli strumenti installati in quota allo Jungfraujoch, a Payerne verranno presto installati diversi strumenti per meglio determinare le proprietà ottiche degli aerosol presenti sull’Altopiano.

Il ciclo stagionale ben visibile nelle serie di dati pluriennali mostra chiaramente che in estate l’inquinamento prodotto sull’Altopiano svizzero e sulla Pianura Padana è trasportato, per convezione, dalle masse d’aria calde fino alla quota dello Jungfraujoch, mentre durante l’inverno esso non raggiunge queste altitudini e la stazione si trova in strati d’aria poco inquinati.

Le misurazioni effettuate presso la stazione dello Jungfraujoch consentono anche di verificare automaticamente la presenza di polveri sahariane e di generare un’informazione specifica. Quasi ogni anno sullo Jungfraujoch si effettuano inoltre misurazioni specifiche in relazione allo studio sull’interazione tra gli aerosol e le nubi.

Misurazione della profondità ottica degli aerosol

Gli aerosol presenti nell’atmosfera diminuiscono la quantità di radiazione solare che raggiunge il suolo. Questa estinzione della radiazione dovuta alla presenza delle polveri fini è ad esempio ben visibile dal colore brunastro del cielo al di sopra delle città molto inquinate. Talvolta si può stimare visivamente l’altitudine dello strato di atmosfera più inquinato, denominato strato limite planetario. L’immagine scattata dalla Croce di Fana (2200 metri) il 21 ottobre 2017 mostra ad esempio chiaramente il limite dello strato limite planetario a metà altezza dei versanti montagnosi – la sua altezza a 2000 metri fu infatti misurata tramite strumenti di telerilevamento.

L’opacità dell’atmosfera, che indica il grado di attenuazione della radiazione solare da parte degli aerosol contenuti in tutta la colonna atmosferica, è denominata «profondità ottica degli aerosol.» Essa è misurata a partire dalla metà degli anni 1990 nelle quattro stazioni della rete climatologica svizzera per il monitoraggio della radiazione in ambiente alpino SACRaM (Swiss Alpine Climate Radiation Monitoring,): Payerne, Locarno-Monti, Davos e Jungfraujoch. La profondità ottica degli aerosol costituisce una variabile importante che influenza in modo decisivo il forzante radiativo della Terra.

I profili atmosferici degli aerosol

MeteoSvizzera osserva e analizza gli aerosol anche tramite strumenti di telerilevamento che forniscono i profili verticali di determinati parametri degli aerosol. Presso la stazione aerologica di Payerne MeteoSvizzera utilizza due diversi tipi di sistemi di misurazione LIDAR (Light Detection And Ranging). I LIDAR emettono nell’atmosfera un impulso laser (segnale) e in seguito misurano il segnale retrodiffuso dalle molecole e dalle particelle presenti nell’atmosfera. I sistemi LIDAR più semplici e meno potenti, denominati cielometri, consentono di determinare gli strati di aerosol e la base delle nubi. Su incarico della REGA MeteoSvizzera ha messo in funzione una rete di 34 cielometri per permettere di migliorare le capacità di volo in condizioni meteorologiche avverse. Simili strumenti sono stati installati anche presso gli aeroporti.

Il sistema LIDAR più complesso, il LIDAR Raman, permette invece di misurare anche i profili verticali dell’umidità, della temperatura e di determinate le proprietà ottiche degli aerosol. Queste misure, effettuate dal 2008 a Payerne, forniscono importanti informazioni utilizzate anche per gli studi sul clima. Le lunghe serie pluriennali di dati riguardanti l’umidità e la temperatura, come pure l’analisi delle tendenze della concentrazione di aerosol e del vapore acqueo nella troposfera possono infatti migliorare la modellizzazione numerica dei cambiamenti climatici. Sono inoltre attualmente in fase di sviluppo ulteriori applicazioni, come ad esempio una metodologia per la previsione della nebbia.

Gli eventi particolari

Tutte queste misurazioni degli aerosol sono utilizzate anche per comprendere e analizzare gli eventi particolari, come ad esempio le incursioni di polveri sahariane o gli spostamenti di ceneri prodotte da incendi di boschi e eruzioni vulcaniche. In generale questi strumenti di telerilevamento misurano la struttura complessa della bassa troposfera. Le misurazioni del LIDAR Raman di Payerne visibili nel grafico sottostante mostrano i primi 8 chilometri della troposfera nel corso della giornata del 30 marzo 2014. Quel giorno due diverse masse d’aria hanno attraversato la Svizzera: ad un altitudine di 4 - 6 km una massa d’aria ricca di polvere proveniente dal nord del Sahara;ad un’altitudine di 1,5 - 3 km una massa d’aria ricca di solfati e aerosol proveniente dalla Pianura Padana (Nord Italia).

Visione ingrandita: Fonte: MeteoSvizzera
Fonte: MeteoSvizzera

Conclusione

Abbiamo dedicato cinque articoli del blog agli aerosol: a questo punto vi siete probabilmente resi conto che gli aerosol sono una componente importante per i processi atmosferici e per i cambiamenti climatici. Essi sono rilevati in modo sistematico da circa 30 anni attraverso le reti di misura al suolo; inoltrei sistemi di misura tramite telerilevamento sono in piena espansione nel mondo. La rete europea di cielometri, gestita nell’ambito del programma E-PROFILE di EUMETNET, è attualmente coordinata da MeteoSvizzera e permette di avere una visione globale della concentrazione di aerosol e/o della base delle nubi.

Visione ingrandita: Base delle nubi misurata dai cielometri della rete di di E-PROFILE il 28 agosto 2018. La previsione AOD (data dalla colorazione dello sfondo) è stata calcolata con il modello atmosferico CAMS.
Base delle nubi misurata dai cielometri della rete di di E-PROFILE il 28 agosto 2018. La previsione AOD (data dalla colorazione dello sfondo) è stata calcolata con il modello atmosferico CAMS.

Alcuni modelli atmosferici ad esempio quello del CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service) o del BSC (Barcelona Supercomputing Center) elaborano previsioni per l’andamento delle concentrazioni di diversi tipi di aerosol. Visto l’importanza della tematica, gli aerosol sono al centro di numerosi progetti di ricerca: dallo studio delle loro proprietà per i modelli climatici, si passa alla produzione di aerosol per applicazioni industriali o mediche, arrivando fino allo sviluppo e la calibrazione di modelli volti a prevederne il trasporto all’ interno di sistemi dinamici o di organismi biologici.  Gli aerosol costituiscono quindi un elemento complesso, estremamente interessante e incontestabile, che riguarda numerosi ambiti scientifici della fisica dei materiali, della medecina e delle scienze ambientali.

 

Link

Parte 1/5: Gli aerosol, una componente poco conosciuta dell’atmosfera

Parte 2/5 - Gli aerosol e la formazione delle nuvole

Parte 3/5 - Gli aerosol e il clima

Parte 4/5 - Gli aerosol e la salute

 

Commenti (3)

  1. Francesco, 4.09.2019, 18:20

    Siete i migliori a spiegare le vostre meteorologia siete sempre il n°1 bravi e i miei complimenti

  2. mino62, 4.09.2019, 09:16

    A meteosvizzera : in tutti i 5 approfondimenti molto interessanti sugli aereosol non sono stati menzionati i progetti in fase di studio (tipo quello dell'università americana di Harvard) su applicazioni degli aereosol sopra la troposfera per tentare di attenuare il riscaldamento terrestre.
    Il tema e' molto delicato, se possibile sarebbe utile un vostro parere in merito.
    Personalmente sono convinto che l'evoluzione scientifica possa fornire una possibile via d'uscita dal loop incrementale del global warming.
    Grazie

    1. team MeteoSvizzera, 9.09.2019, 14:13

      Le tecniche per influenzare tramite aerosol i quantitativi di radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre sono note da tempo. Ricerche al proposito sono in corso per cercare di chiarificare i numerosi interrogativi che esse ancora comportano: tecnologici (funzionano veramente?), finanziari (quali costi comportano?), di gestione (chi decide quali tecniche approvare e quali no?), eccetera. Il percorso prima che tali tecniche siano veramente mature è ancora molto lungo. La posizione della Confederazione al proposito la trova al seguente link: https://www.bafu.admin.ch/bafu/it/home/temi/clima/info-specialisti/obiettivo-climatico2050/negative-emissionstechnologien.html