STAZIONE METEOROLOGICA IN DOTAZIONE ALL'ISTITUTO TECNICO “A. MALIGNANI”

Come sopraccitato, l'istituto tecnico “A. Malignani” dalla fine degli anni settanta ha in dotazione una stazione di rilevamento meteorologico costituita da diverse strumentazioni ed in collegamento con satellite NOAA; i dati raccolti dalla stazione vengono successivamente rielaborati da un'apposita centralina ed inviati ad una stampante, sita nel gabinetto di aerotecnica, la quale emette un bollettino meteorologico ogni due ore riportando i seguenti valori:

Strumenti costituenti la stazione meteorologica:

Anemometro :Strumento che misura la velocità del vento (greco ánemos, "vento" e metron, "misura"). Il modello più comune di anemometro è composto da tre o quattro coppette sferiche o paraboliche, dette di robinson, sistemate su tre bracci sfasati tra loro di 120°e saldate ad un'asta verticale tramite corte barre; il flusso d'aria spinge le coppe e provoca la rotazione dell'asta con frequenza proporzionale alla sua intensità. Sul cilindro è posta la scala della velocità, graduata in metri al secondo. Tale strumento ha la semplice funzione di rilevamento dell'intensità del vento; per poter conoscere anche la sua direzione è necessario un ulteriore strumento che viene definito anemoscopio.

Anemoscopio: strumento atto alla rilevazione della direzione del vento; esso è costituito da un un cilindro munito di banderuola che si dispone secondo la direzione del vento e, all'estremità opposta, da un contrappeso che permette al complesso di ruotare orizzontalmente

Eliofanografo: strumento atto alla registrazione del tempo reale di ricezione della radiazione solare allo scopo di determinare l'insolazione, elemento importante per la climatologia. L'eliofanografo più utilizzato in Italia è quello di Campbell-Stokes; in esso la radiazione solare viene concentrata attraverso una sfera di vetro su una striscia di cartoncino, sulla quale lascia una bruciatura sottile che rispecchia il moto apparente del Sole sulla sfera celeste.

Sensore di irraggiamento: è uno srumento atto alla registrazione dell'energia al suolo; i rilevamenti vengono effettuati in Watt /m 2 .

Barografo, termometri a massima e a minima, idrografo e pluviografo sono i restanti elementi facenti parte la stazione meteorologica già precedentemente citati e descritti a riguardo della capannina

SATELLITI NOAA

I satelliti NOAA svolgono dal 1960 un servizio continuo di monitoraggio e di rilevamento dei parametri atmosferici. Questi percorrono un orbita polare eliosincrona ed appartengono alla NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) che è l'ente statunitense civile per la meteorologia e l'oceanografia.
Nell'Aprile del 1960 fu lanciato in orbita il primo satellite meteorologico TIROS 1 , le immagini, poco dettagliate, venivano registrate a bordo per mezzo di telecamere ottiche per poi essere inviate a terra su comando dei centri di controllo. Fino al 1964 seguirono i satelliti della serie NIMBUS e dal 1966 al 1970 si aggiunse la serie ESSA costruiti allo scopo di sperimentare nuove tecnologie per fornire immagini più nitide e dettagliate trasmesse in tempo reale. Malgrado le prime difficoltà tecniche, il progetto diede ottimi risultati.
Alla fine degli anni '60 ci si rendeva sempre più conto che la tecnologia satellitare, oltre a scopi osservativi, poteva essere applicata anche per ottenere altre informazioni della superficie terrestre quali temperatura, piovosità, etc., utili ad integrare i pochi dati disponibili per i modelli matematici di previsione. Con la messa in orbita di ITOS 1 nel Gennaio del 1970 le telecamere utilizzate fino ad allora vennero sostituite con radiometri a scansione, molto più precisi ed affidabili, che potevano riprendere la superficie terrestre anche durante la notte ed a varie lunghezze d'onda, ovvero nel visibile e all'infrarosso. Al satelliti successivo ad ITOS 1 si pensò di dare il nome di NOAA 2, dalla sigla del servizio meteorologico civile americano; nel corso degli anni, fino ad arrivare ai giorni nostri, si susseguirono poi vari NOAA.
Verso la fine degli anni settanta, con la messa in orbita di NOAA 6, si pensò di dividere il sistema di trasmissione delle immagini in due sistemi: uno analogico a bassa risoluzione e uno digitale con risoluzione piena. Si rese necessaria la progettazione di due nuovi standard che avrebbero dovuto trasmettere le informazioni del radiometro verso terra:

APT analogico (Automatic Picture Trasmission) il sistema di diffusione a bassa risoluzione, 8 bit (256 livelli di grigio), con duplice immagine linearizzata di cui una all'infrarosso e l'altra al visibile;

HRPT digitale (High Resolution Picture Trasmission) il sistema che trasmette a piena risoluzione, 10 bit (1024 livelli di grigio), tutti e 5 i canali spettrali generati dal radiometro di bordo, due al visibile e tre all'infrarosso. Combinandoli opportunamente è possibile ottenere anche immagini a colori reali. I sistemi APT ed HRPT sono ancora attivi, in futuro però (attorno al 2008) tutti e due verranno eliminati per lasciare il posto a nuovi standard sviluppati tutti con tecnologia digitale. La trasmissione numerica infatti, se da un lato può significare maggiori costi per gli utenti per l'installazione di apparecchiature più sofisticate, dall'altro comporta un miglioramento del servizio da parte del satellite. Si possono inviare una quantità di informazioni maggiore rispetto ai metodi di trasmissione tradizionali ed è esente da deterioramento del segnale e disturbi.

Oltre ai sistemi di diffusione delle immagini, vi è un terzo sistema digitale chiamato DSB , è lo scandaglio atmosferico del satellite che ha il compito di misurare la temperatura alle varie quote, al fine di esplorare le parti alte dell'atmosfera non raggiungibili dai palloni sonda:

HRIS (High Resolution Infrared Sounder) scandaglio infrarosso ad alta risoluzione che serve a misurare la temperatura dalla superficie alla media stratosfera fino ad una quota di 40 km.

MSU (Microwave Sounder Unit) è dotato di 4 canali e misura la temperatura della troposfera terrestre (0-20 km) attraverso l'invio di microonde comprese tra 50 e 58 GHz.

Tale servizio attualmente è ricevibile sulle frequenze di 137.700 e 136.770 khz. Con il lancio dei nuovi satelliti nel 2009 verrà soppresso assieme al sistema di diffusione analogico delle immagini per essere integrato con nuovi sistemi.
A questi si aggiungono i sistemi:

SSU grazie a tre canali riesce ad analizzare l'atmosfera da una quota di 25 a 50 km.

SEM viene utilizzato per misurare le variazioni di energia emesse dal sole al fine di prevedere eventuali tempeste solari.

SBUV (Solar Backscatter Ultraviolet Radiometer) che misura la concentrazione dello strato di ozono nell'atmosfera.

I satelliti polari ruotano attorno ai due poli con orbite ellittiche angolate rispetto alla rotazione terrestre, con altezze estremamente basse, tipicamente 700-1200 km. In virtù del movimento combinato della Terra e del satellite occorrono parecchie orbite affinchè quest'ultimo transiti due volte alla portata di una stazione ricevente a terra. Mediamente un satellite polare transita 4-6 volte al giorno alla vista di una stazione ricevente con distanze variabili tra i 700 ed i 3500 km e con un tempo di visibilità di circa 12-15 minuti per ogni passaggio. Grazie alla loro orbita bassa i satelliti polari sono in grado di trasmettere a terra immagini molto dettagliate, il radiometro a scansione esplora la zona sottostante linea dopo linea sfruttando l'avanzamento del satellite per far avanzare l'immagine.

Band plan

Come per tutti i satelliti meteorologici in orbita, convenzionalmente ogni stato ha a disposizione un numero ben preciso di frequenze utilizzabili per trasmettere i dati dei propri satelliti a terra. Nella tabella sottostante sono indicate quelle usate dai NOAA per la trasmissione delle immagini:

Scandagli atmosferici a 136.770 e 137.700 kHz.

Stazione ricevente

Da terra possono essere facilmente ricevute le immagini e i dati trasmessi dai satelliti NOAA. Per quanto detto precedentemente sull'orbita polare, è necessario conoscere la posizione del satellite nel cielo per sapere quando sarà acquisibile. A tale scopo si utilizzano programmi di tracking che sulla base dei kepleriani , dati aggiornati sulla posizione del satellite, sono in grado di calcolare i futuri passaggi utili e fornire informazioni sull'orientamento delle antenne. Altro software necessario è quello di decodifica del segnale ricevuto, che traduce i dati inviati dal satellite in immagine utilizzando la scheda audio del PC per l'acquisizione. Sono utili anche programmi di elaborazione delle immagini ottenute. Nella sezione software di Pianeta Radio è possibile scaricare l'occorrente. La parte più complessa e costosa è ovviamente quella hardware. Occorre un buon ricevitore FM in grado di coprire le frequenze da 134 a 140 MHz circa e del cavo coassiale di buona qualità, meglio se a bassa attenuazione. A questo si deve aggiungere il seguente materiale:

ricezione APT

- Antenna omnidirezionale per satelliti polari o antenna direttiva con relativo sistema di elevazione e rotazione. Nel primo caso può essere utilizzata una normale antenna verticale che consente però l'acquisizione solo quando il satellite si trova nella parte bassa del cielo; un dipolo incrociato permette la ricezione di tutto il passaggio ma non ha un grande guadagno; i migliori risultati si ottengono con antenne di tipo quadrifilare. Nel secondo caso si utilizzano antenne di tipo yagi, si riceve un buon segnale ma la necessità di un sistema di movimentazione rende tutto più costoso e complicato da controllare.
- Preamplificatore di segnale montato direttamente sotto l'antenna che permette di eliminare i problemi di attenuazione dovuti al cavo di discesa. Può essere omesso se la tratta di cavo è breve.

ricezione HRPT

- Antenna parabolica di circa 1 m di diametro con illuminatore per i 1700 MHz a polarizzazione circolare destrorsa.
- Sistema di elevazione e rotazione dell'antenna per l'inseguimento del satellite controllato preferibilmente in automatico dal programma di tracking.
- Converter, con preamplificatore integrato, che trasla il segnale dai 1700 MHz a circa 135 MHz, frequenza adatta al ricevitore utilizzato.

Nel caso in cui non si voglia utilizzare la scheda audio sono disponibili schede di decodifica hardware da inserire nel PC, queste possono integrare a volte anche il ricevitore. E' conveniente cominciare l'attività di ricezione con le immagini APT che fornisce con facilità buoni risultati, per poi passare alla più complessa e impegnativa ricezione HRPT.

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