Roberto Sozzi (ARPA Lazio) Teodoro Georgiadis (CNR-IBIMET ...
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9 - TECNICHE PER L’OSSERVAZIONE DEL PBL.—————————————————————————⎯⎯——————————PBL, ma che permette una miglior comprensione della sua dinamica.I barometri più diffusi si basano sull’espansione e sulla contrazione di una camera elastica che separaun gas a temperatura campione dall’atmosfera esterna. L’entità della deformazione della cameraelastica dipende:• dalla differenza tra la pressione del gas da essa racchiuso e la pressione media dell’atmosfera nelpunto di misura (che poi è la variabile che interessa misurare);• dalla temperatura (che, in assenza di contromisure, tende a produrre un aumento della pressionedella camera elastica, inducendo sottostime sistematiche della pressione),• dall’accelerazione di gravità nel punto di misura (che induce un effetto simile a quello dellatemperatura, deformando la camera elastica ed inducendo sottostime).L’effetto della temperatura e dell’accelerazione di gravità può essere contrastato con opportunecontromisure meccaniche (“compensazione della temperatura”). Nel caso dei barometri impiegaticomunemente nelle reti di monitoraggio, la deformazione della camera elastica viene trasdotta in unsegnale elettrico di natura analogica. I trasduttori più comunemente utilizzati sono sensori dideformazione (strain gages) od equipaggi capacitivi. In entrambi i casi, sia il sensore primario che iltrasduttore del segnale da meccanico ad elettrico sono caratterizzati da un certo livello di complessità eper poter riuscire di qualche utilità devono essere costruiti in modo molto accurato. Il barometro ha unarisposta complessa, i cui dettagli sono però poco importanti: di regola, le variazioni di pressione sonotanto lente da lasciare allo strumento tutto il tempo di adattarsi. Il problema più frequentementeosservato a proposito dei barometri è una certa tendenza a sviluppare forti isteresi. Va anche rilevatocome i barometri abbiano necessità di un posizionamento accorto, per evitare la radiazione solarediretta e correnti d’aria parallele alla direzione in cui si trova la presa statica.Sono stati realizzati anche sensori per la misura delle fluttuazioni della pressione (microbarometri) conl'intento di misurare i vari termini presenti nel bilancio di energia cinetica turbolenta contenenticovarianze in cui compare la pressione. Per alcune informazioni su tali apparati si rimanda a Kaimal eFinnigan (1994); va comunque sottolineato il fatto che i sensori di questo genere finora utilizzati (anchese molto raramente) sono sempre stati prototipi di ricerca.9.8.5 MISURA DELLE PRECIPITAZIONIPer la misura delle precipitazioni, il sensore più utilizzato è il pluviometro. Questo sensore è costituitoda un cilindro metallico di dimensione nota, con il fondo a forma di imbuto che convoglia l'acquameteorica raccolta ad un sistema a cucchiaio basculante, come è schematizzato nella Fig.9.35. Labascula ha due posizioni di equilibrio stabile e passa da una posizione all'altra ogni volta che uno deidue cucchiai si riempie. Quando arriva alla nuova posizione di equilibrio, un sistema magneto-elettrico(relé di reed) emette un impulso di tensione che il sistema di acquisizione deve essere in grado diregistrare. Dato che il volume di ciascun cucchiaio è noto, ad ogni impulso corrisponde un volume notodi acqua raccolta dal pluviometro, pari al volume del cucchiaio stesso. Se in un intervallo di tempo siregistrano N impulsi e V è il volume del cucchiaio, il volume totale di pioggia raccolta dal pluviometrosarà pari a:V tot= NV[9.61a]———————————————————————————⎯⎯————————- 375 -
9 - TECNICHE PER L’OSSERVAZIONE DEL PBL.—————————————————————————⎯⎯——————————Dato che è noto il diametro D del pluviometro, la precipitazione h espressa in mm di pioggia, risulteràpari a:h = 4NVπD 2[9.61b]( )Relé diReedCucchiaio vuotoMagnetepermanenteCucchiaio che si stariempiendoContrappesoFig.9.35: Schema di funzionamento del sistema basculante di un pluviometro.Esistono anche altri tipi di sensore per la misura della precipitazione. Essi sono di tipo elettronico edhanno la capacità non solo di distinguere tra precipitazioni liquide e solide (neve), ma anche di fornireinformazioni sulla densità e dimensione delle idrometeore. Alcune informazioni su tali tipi di sensore sipossono trovare in De Felice (1998).9.8.6 MISURA DELLA RADIAZIONE SOLARE E TERRESTREQui di seguito presenteremo una breve introduzione ai principali sensori con cui si misura attualmente laRadiazione Globale e la Radiazione Netta. Per maggiori dettagli si rimanda a Hinzpeter (1982).9.8.6.1 Radiazione solare globaleDato che la radiazione solare viene in parte diffusa dall’atmosfera, la sua misura deve riferirsi alledirezioni di tutto l’emisfero posto superiormente al punto di misura. Lo strumento utilizzato a tal fine èchiamato radiometro globale o piranometro. I piranometri più usati in Micrometeorologia e sipossono classificare essenzialmente in due tipi.Il primo tipo è rappresentato dai piranometri a termopila, un esempio dei quali è rappresentato inFig.9.36. L’elemento sensibile di un piranometro di questo tipo è un disco metallico, diviso in settoricolorati in modo da assumere diversi albedo (ad esempio, alternativamente bianchi e neri; sono stateusate anche altre combinazioni di colori). Ogni settore è termicamente collegato al giunto di unatermocoppia; i giunti alternativamente caldi e freddi delle termocoppie dei settori, collegati in modoopportuno, forniscono in uscita una tensione (in genere debolissima, trattandosi di una misura ditemperatura differenziale, dell’ordine di pochi microvolt) che dipende dalla differenza di temperatura trai settori, che a sua volta dipende dalla radiazione incidente. Una trattazione estremamente accurata deiprincipi fisici su cui si basa il funzionamento del piranometro, può essere trovata in Hinzpeter (1982) acui si rimanda per i dettagli. In sostanza la cosa più importante da ricordare è che, dopo un’opportuna———————————————————————————⎯⎯————————- 376 -
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