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 Dispensa n.5

(METAR, psicrometro, questionario)

Sommario:

Nella presente dispensa, dopo aver richiamato le caratteristiche fondamentali di una buona capannina meteorologica, accenneremo brevemente alle caratteristiche strutturali di un servizio meteorologico. Quindi daremo un'occhiata al messaggio meteorologico in codice denominato METAR, con particolare attenzione alla parte dello stesso che è riferita alle temperature. Parleremo poi degli strumenti che vanno posti in capannina e, tra questi, dello psicrometro. Infine un questionario chiuderà le tre dispense dedicate alla temperatura dell'aria e ai modi di misurarla.


Nella scorsa lezione abbiamo visto quali caratteristiche deve possedere una capannina meteorologica.

Abbiamo detto che:

  • deve essere di legno

  • con le pareti scandite da fessure per garantire la libera

  • circolazione dell'aria

  • verniciata di bianco per riflettere i raggi solari

  • orientata con l'apertura verso nord

  • posta a circa due metri dal suolo al di sopra di una superficie erbosa.

Tutte questi accorgimenti vengono adottati al solo scopo di ottenere una misurazione della temperatura dell'aria obiettiva e attendibile.

Adesso faremo un breve cenno ad un messaggio meteorologico di tipo aeronautico, detto anche impropriamente bollettino meteo. Il suo nome è METAR. Il METAR (METeorological Report) è un messaggio di osservazione meteorologica.


Cenni sull'organizzazione dei servizi meteorologici.

Tutte le organizzazioni meteorologiche sono organizzate in due grosse branche: la parte osservazioni e la parte previsioni. Le osservazioni vengono effettuate presso le stazioni meteorologiche. Nell'Aeronautica Militare Italiana, il compito di osservatore viene affidato a personale specializzato del ruolo dei sottufficiali. Le previsioni vengono invece affidate agli ufficiali geofisici che hanno il loro posto di lavoro negli uffici meteorologici.

Il METAR viene emesso ogni 30 minuti oppure ogni ora. Questo dipende dal tipo di servizio effettuato dalla stazione meteorologica. Ad esempio, le stazioni meteorologiche ubicate negli aeroporti civili, ovvero in quelli militari aperti al traffico civile, le osservazioni regolari vengono effettuate ogni 30 minuti, con conseguente emissione del messaggio METAR.

In Puglia, LIBD (l'aeroporto di Bari-Palese) emette un METAR ogni 30 minuti, come LIBR (Brindisi-Casale).

LIBV (Gioia del Colle,BA), LIBH (Marina di Ginosa, TA), LIBG (Grottaglie,TA), LIBY (Santa Maria di Leuca,LE), LIBA (Amendola,FG), LIBE (Monte Sant'Angelo, sul Gargano) emettono un messaggio METAR ogni ora.

Adesso esamineremo un METAR, per individuare la parte relativa alle temperature. Di volta in volta, man mano che andremo avanti con gli studi, completeremo la decodifica degli altri elementi riportati sul METAR, in modo che alla fine questo messaggio aeronautico non avrà più misteri per noi. Per il momento ci accontenteremo di farvi solo un cenno fugace.

Il METAR si apre con il nominativo OACI della località che lo ha emesso:

LIBD ... (stazione meteorologica di Bari-Palese)

L'OACI ha suddiviso il mondo in regioni, attribuendo ad ogni regione (che quindi comprende più nazioni) una lettera dell'alfabeto: L di LIBD indica che la stazione si trova in Europa, I ci dice che è in Italia, B che è ubicata nel meridione della penisola (l'area della FIR di Brindisi), D che si tratta proprio di Bari-Palese.

Ritornando al messaggio, dopo l'indicativo OACI, troveremo il giorno di emissione in due cifre, seguito dall'orario in cui l'osservazione meteo è stata effettuata:

LIBD 051145 (emesso il giorno 5, relativamente all'osservazione delle 1145Z).

Il gruppo che contiene giorno e ora viene chiamato gruppo data-orario.

Il gruppo successivo esprime direzione ed intensità del vento:

LIBD 01145Z 30015KT ...

le prime tre cifre (300), indicano la direzione di provenienza del vento, le seconde due cifre esprimono l'intensità media del vento (15). Chiude il gruppo l'indicazione dell'unità di misura adottata, ovvero i nodi (KT, abbreviazione di knots=nodi).

Dopo il gruppo del vento, troviamo la visibilità orizzontale, espresso in metri:

LIBD 051145 30015KT 9999 ...

I quattro 9 si utilizzano quando la visibilità è superiore ai 10 km.

Segue l'indicazione dei fenomeni, qualora ve ne siano stati al momento dell'osservazione. Si utilizza un codice formato da due lettere. Se ad esempio si è verificata una debole precipitazione, l'osservatore cifrerà il fenomeno con RA (rain=pioggia), preceduto dal segno meno per indicare che si tratta di una precipitazione a carattere debole:

LIBD 051145 30015KT 9999 -RA ...

Seguono il fenomeno i gruppi delle nubi, che esprimono quantità ed altezza della base delle nubi in centinaia di piedi:

LIBD 051145 30015KT 9999 -RA SCT020 ...

Le lettere SCT indicano la quantità, in ottavi, di nubi che coprono il cielo e che hanno la base a 2000 piedi (020=20 centinaia = 2000). In questo messaggio non si fa menzione al tipo di nubi.

Il codice utilizzato per la quantità fa riferimento ad abbreviazioni di tipo aeronautico, e precisamente:

SKC = sky clear = cielo sereno = 0 ottavi

FEW = poco nuvoloso = 1 o 2 ottavi

SCT = scattered = da poco nuvoloso a nuvoloso = 3 o 4 ottavi

BKN = broken = molto nuvoloso = 5,6 o 7 ottavi

OVC = overcast = coperto = 8 ottavi.

Espresse le nubi presenti sul cielo osservabile dalla stazione, si arriva finalmente al gruppo delle temperature:

LIBD 051145 30015KT 9999 -RA SCT020 19/18 ...

Le temperature sono indicate in gradi centigradi. Le prime due cifre del gruppo 19/18 indicano la temperatura dell'aria: 19 gradi. La seconda temperatura riportata, 18 gradi, esprime la temperatura di rugiada (dew point).

Il METAR viene completato con il QNH e altri gruppi di minore importanza.

Come avete notato, la lettura delle temperature si ottiene agevolmente: basta aggiungerci i gradi.

Abbiamo fatto cenno alla temperatura di rugiada. Cosa significa ?

La temperatura del punto di rugiada esprime il valore di temperatura a cui la massa d'aria esaminata deve scendere affinché tutta l'acqua contenuta allo stato gassoso (il vapore acqueo) raggiunga la saturazione (ovvero il 100% di umidità relativa).

Al di là della definizione, cerchiamo di capire in cosa consiste la temperatura di rugiada.

Assumiamo che l'aria che stiamo esaminando faccia parte di una ben distinta porzione di aria nello spazio. All'interno di questa porzione, che volendo possiamo raffigurare come un cubo, poniamo la nostra capannina meteorologica.

Procedendo ad una misurazione di umidità relativa, ricaviamo, per esempio, un valore pari all'80 %, mentre la temperatura effettiva dell'aria ammonta a 19 gradi.

Rinfreschiamo il concetto di umidità relativa: esprime il rapporto in percentuale tra la quantità reale di vapor acqueo contenuto nell'aria e la quantità massima di vapor acqueo che l'aria potrebbe contenere, ad una data temperatura.

Quindi l'umidità relativa ci dice quanto vapor acqueo contiene l'aria rispetto alla sua capacità massima di contenerne.

Un valore pari all'80%, quindi, significa che l'aria in quel momento possiede l'80% del vapor acqueo che sarebbe in grado di contenere. Si dice che l'aria non è satura di vapor acqueo.

Cosa si intende per saturazione?

Sta a indicare un'umidità relativa del 100%, ovvero che l'aria contiene tutta l'acqua che, con la temperatura che in quel momento possiede, le è consentito avere allo stato gassoso.

Esempio:

la temperatura dell'aria è di 20 gradi. La quantità massima di vapor acqueo che a questa temperatura essa potrebbe contenere, è di circa 17,3 grammi per metro cubo. In realtà in questo momento nell'aria vi sono soltanto 10 grammi d'acqua gassosa per metro cubo. La prima considerazione è che vi è meno acqua di quella che potrebbe contenere (10 g rispetto a 17,3 g), e che perciò l'aria è insatura. Volendo esprimere il tutto con un valore percentuale, dobbiamo moltiplicare 10 per 100, e dividere il prodotto ottenuto per 17,3. Otteniamo in tal modo un valore di circa 60%, che esprime per l'appunto il concetto di umidità relativa.

Quando l'umidità relativa è elevata, noi diciamo che l'aria è umida, mentre quando è bassa, diciamo che l'aria è secca.

Un concetto fondamentale da tenere bene in mente è il seguente:

la quantità di acqua allo stato gassoso dipende dalla temperatura.

Più una massa d'aria è calda, più vapor acqueo vi sarà in essa .

Facciamo un esempio:

d'estate perché si parla di afa? Perché l'umidità relativa raggiunge valori elevati. Non solo. Con le temperature elevate, l'acqua contenuta nell'aria è notevole. Da cosa deriva la sensazione di afa? Dall'incapacità di smaltire il calore corporeo in eccesso, poiché il sudore non evapora.

Un'altra domanda per voi: perché il sudore non evapora?

Perché l'aria è satura di acqua, cioè contiene tutta l'acqua che a quella determinata temperatura può trovarsi allo stato gassoso, e quindi non permette al sudore di passare dallo stato liquido a quello aeriforme.

Qual è l'importanza della sudorazione?

Ricordate sempre che i passaggi di stato richiedono sempre variazioni di energia. La sudorazione è un meccanismo di difesa del corpo umano contro l'eccessivo rialzo della temperatura corporea: si chiama meccanismo di termoregolazione. Il passaggio dallo stato liquido a quello gassoso avviene con una spesa di energia. Il sudore, evaporando, sottrae calore all'epidermide, determinandone perciò il raffreddamento e l'abbassamento della temperatura corporea.

Ma, come abbiamo visto, se l'aria è satura, il sudore non potrà evaporare, e si genererà quella sensazione di disagio dovuto al caldo opprimente e umido che noi definiamo afa.

Ritornando alla nostra massa d'aria a 20 gradi. Essa può contenere al massimo 17,3 grammi d'acqua. Abbiamo visto che in realtà, al momento della misurazione, ne contiene soltanto 10.

Quindi è insatura, e la sua umidità relativa è circa del 60%. Se la temperatura dell'aria comincia a calare, il contenuto d'acqua resta sostanzialmente lo stesso. Pertanto, l'umidità relativa tenderà ad aumentare. A 10 gradi, l'aria può contenere al massimo 9,4 grammi d'acqua. Cosa accadrà?

Che più la temperatura si avvicinerà a 10 gradi, più la sua umidità relativa aumenterà, fino a raggiungere il 100%. Raggiunta la saturazione, l'acqua in eccesso comincerà a condensare, ovvero passerà da gassosa a liquida.

Con gli strumenti concettuali che ci siamo dotati, possiamo ora comprendere meglio il significato di temperatura del punto di rugiada: essa rappresenta la temperatura a cui devo portare una determinata massa d'aria con un dato contenuto di acqua affinché si raggiunga la saturazione, ovvero il 100% di umidità relativa.

Riprendendo il nostro esempio, la temperatura di rugiada della massa d'aria che a 20 gradi contiene 10 grammi d'acqua, sarà all'incirca 11 gradi.

Se la stessa aria avesse contenuto 4,8 grammi d'acqua, la sua temperatura da 20 gradi doveva scendere fino a 0 gradi per raggiungere la saturazione. Su un METAR, avremmo quindi trovato questa cifratura: 20/00 (20=temperatura effettiva dell'aria, 00=temperatura di rugiada).

Possiamo pertanto dire che: minore è il contenuto in grammi di vapor acqueo, più bassa sarà la temperatura di rugiada.

Se sul METAR viene riportato 19/19, cosa potremmo dedurne?

Che l'umidità relativa è pari al 100%, poiché la temperatura che l'aria possiede al momento dell'osservazione corrisponde esattamente alla temperatura di rugiada, ovvero l'aria contiene già tutta l'acqua possibile.

Può la temperatura di rugiada essere superiore a quella effettiva?

Mai. Al massimo le due temperature possono corrispondere. Non troveremo mai sul METAR indicazioni del tipo 18/19. Qualora così fosse, ci troveremmo di fronte ad un errore evidente.

Facciamo qualche altro esempio.

Se le due temperature sono 19 con 01 (19/01), l'aria potrò considerarla umida o secca?

L'ampia differenza tra le due temperature ci dice che l'aria, per portare a condensazione il suo vapor acqueo, dovrà scendere fino ad 1 grado. Pertanto l'aria in esame potrà definirsi molto secca.

La temperatura del punto di rugiada, oltre a fornirci il valore di una importante caratteristica dell'aria, possiede un elevato valore prognostico, in quanto mi fornisce utili indicazioni sulla possibilità che si formino foschie più o meno dense e banchi di nebbia.

La nebbia è una nube formatasi al suolo a seguito della condensazione del vapor acqueo. Con la saturazione, il vapor acqueo in eccesso si è condensato, dando luogo alla formazione di micro-goccioline d'acqua.

Vedete bene che l'esame delle due temperature mi suggerirà se le condizioni sono favorevoli alla condensazione o meno. Un'aria molto secca si presenterà sfavorevole alla formazione di nebbia, mentre un'aria con elevata umidità relativa potrà facilmente dar luogo, con il raffreddamento, a riduzioni della visibilità e formazione di nebbia.

Facciamo un esempio pratico:

alle 14 le due temperature sono 19/18 (usiamo la simbologia del METAR).

Prima considerazione: l'umidità relativa è molto elevata.

Seconda considerazione: se alle 14, orario in cui la temperatura sta per raggiungere il suo massimo, l'umidità relativa è molto elevata, alle 6, quando si raggiungono i minimi di temperatura, la possibilità che la temperatura sia ben al di sotto di 18 gradi è altissima. Perciò posso formulare la previsione che prima dell'alba si potranno formare dei banchi di nebbia, conseguenti alla condensazione di tutta l'acqua aeriforme in eccesso.

Per misurare esattamente la temperatura a cui l'aria deve calare per raggiungere la saturazione, si usano dei termometri specifici.


Nelle precedenti lezioni abbiamo già avuto modo di familiarizzare con i termometri a mercurio, ad alcool o lamina bimetallica. E' giunto il momento di parlare di un altro fondamentale strumento della meteorologia, che occupa un posto di rilievo all'interno della capannina meteorologica.

Gli strumenti in capannina.

Facciamo ora un breve cenno a quali strumenti sono solitamente ospitati in capannina.

Normalmente in capannina trovano riparo tutti gli strumenti che devono misurare valori caratteristici dell'aria. Vi troveremo pertanto:

  • un termometro a mercurio (per misurare la temperatura effettiva dell'aria)

  • uno psicrometro (per misurare la temperatura di rugiada)

  • un termometro detto a massima e a minima (per evidenziare i valori estremi raggiunti dalla temperatura).


Lo psicrometro.

E' lo strumento con cui misuriamo la temperatura di rugiada. E' composto di due termometri, uno detto a bulbo asciutto e l'altro detto a bulbo bagnato (il bulbo è il rigonfiamento posto nella parte inferiore del termometro, in cui è contenuto la maggior parte del mercurio).Psicrometro ottocentesco, da GANOT, 1879

Il termometro a bulbo asciutto è un normale termometro. Quello a bulbo bagnato, invece, è così definito perché il bulbo è avvolto da una garzina. L'operazione di lettura della temperatura di rugiada si chiama operazione psicrometrica e consiste nelle seguenti azioni: l'osservatore inumidisce la garzina con dell'acqua distillata (priva di impurità). Attraverso una ventolina, azionata o da una molla o da un motorino elettrico, viene forzata la ventilazione attorno al bulbo bagnato. Lo scopo della ventilazione forzata consiste nel sollecitare l'evaporazione dell'acqua di cui è imbevuta la garzina.

L'acqua comincia ad evaporare fino a che l'evaporazione si blocca. Rammentate quanto abbiamo detto sul meccanismo di termoregolazione corporea? Bene. L'evaporazione comporta un consumo di energia che in questo caso si compie a spese del termometro, che pertanto si raffredderà: la colonnina di mercurio comincia a scendere.

La temperatura calerà fintantoché vi sarà evaporazione.

A questo punto l'osservatore potrà leggere due valori di temperatura: uno sul termometro "asciutto", e l'altro sul termometro "bagnato". La temperatura di quest'ultimo ci fornirà il valore del punto di rugiada.

Attraverso opportune tabelle, che vedremo nel corso delle esercitazioni, chiunque può ricavarsi il valore dell'umidità relativa partendo dalle due temperature.

Un metodo molto pratico quanto impreciso consiste nel sottrarre tanti 5 da 100 per ogni grado di differenza tra le due temperature.

Esempio: 19/18, corrisponde all'incirca al 95% di umidità relativa. Come ho fatto?

19 - 18 = 1

1 x 5 = 5

100 - 5 = 95.

E' ovvio che l'uso di tale calcolo è da limitarsi a valutazioni di massima, in quanto i calcoli precisi si ottengono solo con l'operazione psicrometrica e l'uso delle tabelle.

Le figure "antiche" sono tratte da GANOT, - Trattato di fisica, pubblicato nel 1868. Si ringrazia Anticousato per aver gentilmente concesso il materiale originale.

Questionario

Il questionario che vi propongo di seguito, ha in parte l'obiettivo di ampliare le nozioni già illustrate nelle dispense. Inoltre, il lettore noterà che alcune risposte non sono state date: non tanto perché trattasi di enigmi insoluti, quanto per stimolare colui che legge ad un proficuo lavoro di autonoma ricerca.

domande

risposte

(1) Quali principi si sfruttano, in linea di massima, per la misurazione della temperatura?
Solitamente, si sfruttano i seguenti principi:
  • Variazioni di volume subite da un gas, da un liquido o da un metallo;
  • Variazioni di resistenza elettrica rivelata da alcuni corpi conduttori (ad es., i termistori);
  • Trasformazioni dell'energia termica direttamente in energia elettrica (pinze termoelettriche);
  • Influenza della pressione atmosferica sulla temperatura di ebollizione (ipsometri).
(2) Perché si ricorre al mercurio come elemento termometrico?
 
(3) Per quale motivo è praticato il vuoto al di sopra della colonna di mercurio?
  • Per evitare eventuali ossidazioni del mercurio e deposito sulla superficie del mercurio.
(4) Come va eseguita l'osservazione della temperatura, onde evitare l'errore di parallasse?
  • Leggendo il valore della graduazione della scala in corrispondenza dell'altezza del menisco del mercurio.
(5) Quale accorgimento presentano i termometri a massima?
  • Un primo tipo presenta una strozzatura tra il bulbo e la canna. A causa di questa strozzatura quella parte di mercurio, che nella fase di aumento della temperatura si è trasferita dal bulbo alla canna non riesce più a rientrare nel bulbo quando la temperatura riprende a scendere. La colonna rimane nel capillare ad indicare la temperatura massima.
(6) Da cosa è costituito l'elemento sensibile del termometro a minima?
  • Da un liquido organico (alcol etilico, metilico, ecc.)
(7) Perché nei termometri a minima si adopera un liquido organico?
  • Perché ha un coefficiente di dilatazione termica molto superiore a quello del mercurio (circa 10 volte) e ciò consente l'impiego  di canne termometriche di diametro maggiore e quindi non capillari.
(8) Perché i valori della temperatura dell'aria vengono rilevati all'interno della capannina meteorologica ?
 
(9) Qual è lo scopo della capannina meteorologica?
  • Ottenere delle buone letture e registrazioni della temperatura dell'aria, riducendo al minimo il contributo di calore dovuto alla radiazione diretta del Sole o riflessa dagli oggetti circostanti.
(10) Perché le capannine meteorologiche sono dotate di pareti a persiana?
 
(11) Quando è possibile ottenere le migliori misure di temperatura dell'aria?
  • Quando il cielo è coperto e la ventilazione all'interno della capannina è sufficiente.
(12) Cosa bisogna fare per ridurre al minimo gli effetti della radiazione solare diretta sulla capannina?
  • Pitturarla periodicamente con vernice bianca.
(13) Quale accorgimento si adotta normalmente, per evitare che il calore irradiato dal suolo influenzi i termometri in capannina ?
 
(14) Che cosa s'intende per "errore di capannina"?
  • E' un tipo di errore che subentra nelle misure di temperatura quando la ventilazione è scarsa e il cielo è sereno. E' dell'ordine di 1,5°C con cielo sereno, calma di vento e sole sulla capannina, e di -0,5°C con notti serene.
(15) Quale accorgimento si adotta per evitare che il Sole agisca direttamente sugli elementi sensibili degli strumenti termometrici durante le osservazioni?
 
(16) Perché il posto dove sorge la capannina deve presentare caratteristiche analoghe a quelle della zona che entra nel campo d'osservazione della stazione meteorologica stessa?
 
(17) Perché l'osservatore deve eseguire le letture termometriche senza troppo indugiare davanti agli strumenti termometrici?
  • Perché quest'ultimi verrebbero così influenzati dal calore emanato dal corpo o dal respiro stesso.
(18) La misura del termometro a bulbo bagnato è influenzata dalla quantità d'acqua da cui è bagnato ?
  • No, perché l'evaporazione è in funzione della temperatura, dello stato igrometrico, della ventilazione e della pressione atmosferica
(19) Perché lo psicrometro viene sottoposto a ventilazione ?
 
(20) Cosa si deduce quando la differenza psicrometrica (t - td ) è piccola ?
 
(21) Dove trova impiego il termometro a tubo di Bourdon ?
  • Questo tipo di termometro viene largamente impiegato negli strumenti registratori della temperatura.
(22) Su quale principio si fondano i termometri a lamina bimetallica ?
  • Si fondano sul diverso coefficiente di dilatazione termica che presentano metalli di diversa natura. Questi termometri sono molto impiegati come termostati, perché la deformazione subita dalla lamina bimetallica per effetto del calore può servire a chiudere o a staccare un circuito elettrico. Vengono usati anche negli strumenti per la misura della radiazione solare (piranografi).
(rev.03/2002))
Questa pagina è stata realizzata da Vittorio Villasmunta

Ultimo aggiornamento: 29/11/14