01-09-2021


Le immagini fornite dai satelliti meteorologici rappresentano uno strumento molto prezioso per l'osservazione diretta dei fenomeni meteo in corso, specie quelli convettivi, ma altrettanto importanti sono anche i dati che rilevano che vanno ad alimentare i modelli di previsione meteo-climatici.

Alcuni satelliti svolgono compiti piu' specifici come lo studio della copertura del suolo, i cambiamenti della produttivita' vegetazionale, il tracciamento dell'ozono, gli aerosol atmosferici, il monitoraggio dei ghiacci e la rilevazione della temperatura del mare e del suolo oltre che il monitoraggio delle eruzioni vulcaniche, degli incendi, della siccita', delle inondazioni, delle tempeste di polvere e degli uragani.

SATELLITI GEOSTAZIONARI

Caratteristiche principali:

    -   Orbita Geostazionaria, Circolare, Equatoriale;
    -   Altezza 36.000 Km dal suolo;
    -   Qualita' osservazioni degradano all'aumentare della latitudine;
    -   Migliore copertura spazio-temporale con scansioni frequenti;
    -   Minore risoluzione;
    -   Risente della variazione condizioni di luce.

L'orbita che seguono e' detta 'geosincrona' perche' compiono un giro completo attorno alla Terra nello stesso tempo in cui la Terra compie un giro su se stessa. Se potessimo vederli nel cielo, li vedremmo quindi sempre fermi nello stesso punto ed e' per questo che le immagini che producono riguardano sempre la stessa area geografica.

Visto il tipo di orbita (circolare equatoriale) e la distanza dalla Terra (circa 36.000 Km), hanno il pregio di riuscire a monitorare una vasta area geografica e di avere la possibilita' di poter effettuare scansioni rapide della stessa. Per contro, hanno il difetto di risentire di un calo della qualita' delle immagini all'aumentare della latitudine per effetto della curvatura del globo.

Questi piccoli satelliti sono in grado di osservare il tipo e la consistenza delle nubi, l'instabilita' atmosferica, la convezione, i venti, l'umidita', la nebbia, le precipitazioni, la radiazione solare, l'aerosol, la copertura nevosa e vegetazionale, l'albedo, le polveri, le eruzioni vulcaniche, le temperature di terre e mari ed gli incendi.

Come abbiamo detto sopra, ogni satellite e' in grado di monitorare solo una porzione della Terra e per questo per poter disporre di una visione globale c'e bisogno di piu' satelliti.
Attualmente la copertura dell'America viene garantita dal National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) americano con i satelliti GOES (EAST e WEST), la copertura dell'Asia e dell'Australia viene garantita dal Japan Meteorological Agency (JMA) giapponese con i satelliti HIMAWARI (8 e 9) mentre la copertura dell'Europa, dell'Africa e del bacino indiano viene garantita dall'EUropean Organisation for the exploitation of METeorological SATellites (EUMETSAT) europea con i satelliti METEOSAT (8-9-10-11).

SERVIZIO SVOLTO DAI SATELLITI METEOSAT EUROPEI

    -   FULL DISK
Meteosat 8 - scansione dell'Europa, dell'Africa e dell'Oceano Indiano con una frequenza pari a 15 minuti.
Meteosat 11 - scansione dell'Europa e dell'Africa con una frequenza pari a 15 minuti.

    -   RAPID SCAN SERVICE
Meteosat 10 - (in Backup anche dal Meteoast 9) - scansione rapida dell'Europa (1/3 dell'area coperta dal full disk, tra i 15° e i 70° di latitudine) con una frequenza di 5 minuti.

SENSORI E IMMAGINI

I satelliti Meteosat dispongono di speciali strumenti di misura chiamati RADIOMETRI:

    - GERB (Geostationary Earth Radiation Budget), dedicato allo studio del clima. Misura il bilancio di radiazione in una banda larga dall'infrarosso alla radiazione solare. Offre informazioni utili soprattutto nell'analizzare i processi climatici collegati alle nubi e al vapore acqueo.

    - SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager), il principale, scansiona la superficie terrestre usando 12 canali spettrali differenti, fornendo dati sull'atmosfera, sulla temperatura delle nubi, della superficie terrestre e marina. E' dotato di un canale ad alta risoluzione nella banda del visibile (HRV) che fornisce informazioni utili nella previsione anche locale dei fenomeni meteorologici intensi con risoluzione spaziale di 1 km.

CANALI SPETTRALI

    1 - Visibile (0.6 µm)
    2 - Visibile (0.8 µm)
    3 - Prossimo infrarosso (1.6 µm)
    4 - Infrarosso (3.9 µm)
    5 - Vapore Acqueo (6.2 µm)
    6 - Vapore Acqueo (7.3 µm)
    7 - Infrarosso (8.7 µm)
    8 - Ozono (9.7 µm)
    9 - Infrarosso (10.8 µm)
    10 - Infrarosso (12.0 µm)
    11 - Biossido di Carbonio (CO²) (13.4 µm)
    12 - Visibile in Alta Risoluzione HRV (larga banda)

Nella banda del visibile il satellite riceve parte della radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre, dai mari e dalle nubi. La visione dunque si avvicina a quella umana apparendo come una fotografia. Le tonalita' bianche o chiare rappresentano le nubi spesse come anche i temporali, le tonalita' medie rappresentano le nubi piu' sottili come i cirri mentre quelle scure rappresentano le superfici ricoperte d'acqua. Limite di questo tipo di immagini la disponibilita' solo nella fase diurna.

Nella banda del 'prossimo infrarosso' il satellite riesce a mostrarci chiaramente in chiaro le nubi con acqua e in scuro le nubi che contengono ghiaccio e ovviamente anche la neve al suolo.

Nella banda dell'infrarosso la radiazione puo' essere correlata alla temperatura della superficie emittente. In questo caso piu' le superfici risultano scure e piu' sono calde mentre quelle chiare sono fredde. Il vantaggio di queste immagini e' la disponibilita' h24.

Nella banda del vapore acqueo il satellite ci mostra l'umidita' presente alle medie-alte quote (300-600 hPa) e dalla disposizione di questa si possono individuare anche i fronti atmosferici e le correnti a getto.

IMMAGINI COMPOSITE

Mediante l'interpolazione delle bande vengono poi sviluppati altri prodotti come ad esempio le immagini:

    -   BISPETTRALI che utilizzano 3 canali (1-2-9) per distinguere chiaramente il tipo di nubi, nebbia e temporali;
Le nubi calde cumuliformi sono evidenziate in giallo mentre quelle fredde tipo i cirri in celeste. Le nebbie o comunque accumuli d'umidita' nei bassi strati in giallo scuro. In bianco le nubi a forte sviluppo verticale come anche i temporali.
Link Eumetsat - EVIEW

    -   MASSE D'ARIA utilizzando 4 canali (5-6-8-9);
Le nubi alte sono bianche, quelle medie (sia acqua che ghiaccio) ocra, in verde la massa d'aria calda con umidita' in alta troposfera e con alta tropopausa, in verde scuro sempre aria calda tropicale ma con bassa umidita' in alta troposfera, in blu l'aria fredda con bassa tropopausa. L'aria secca (anche discendente dalla stratosfera) la vedremo nelle tonalita' rosse.
Link Eumetsat - AIRMASS

    -   POLVERI ERUZIONI VULCANICHE utilizzando 3 canali (7-9-10);
Link Eumetsat - ASH

    -   CONVEZIONE utilizzando 4 canali (5-6-8-9);
Molto utili per stabilire l'intensita' della convezione. Le zone giallastre hanno maggiore velocita' verticale.
Link Eumetsat - CONVECTION

    -   POLVERI utilizzando 3 canali (7-9-10);
Link Eumetsat - DUST

    -   MICROFISICA utilizzando 3 canali (2-4-9);
Utili ad esmpio per individuare la fase in cui si trova un temporale, nella fase di formazione e sviluppo si evidenzia un colore rosso brillante-arancio mentre nella fase finale di dissipazione, quando le particelle ghiacciate sono grandi, si evidenzia un colore rosso scuro-porpora
Link Eumetsat - DAY MICROPHYSICS

    -   COLORI NATURALI utilizzando 3 canali (1-2-3);
Utili per distinguere di giorno vegetazione, fumo, neve, polveri, nebbia. Le nubi calde sono evidenziate in bianco mentre quelle fredde in celeste e per questo potremo stabilire ad esempio quando un temporale sta' iniziando il processo di ghiacciamento;
Link Eumetsat - NATURAL COLOR

    -   NEVE utilizzando 3 canali (2-3-4).
Link Eumetsat - SNOW

    -   MASSE D'ARIA TROPICALI utilizzando 4 canali (5-6-8-9).
Link Eumetsat - TROPICAL AIRMASS

SATELLITI POLARI

Caratteristiche principali:

    -   Orbita Polare;
    -   Altezza 817 Km dal suolo;
    -   Qualita' osservazioni alta anche nelle regioni polari;
    -   Minore copertura spazio-temporale con soli 2 passaggi giornalieri alle basse latitudini;
    -   Maggiore risoluzione delle immagini sull'intera orbita;
    -   Area coperta ogni scansione 3000 Km;
    -   Le condizioni di luce sono sempre ottimali.
    -   Possono montare altri sensori meteo-cliamatici-ambientali.

A complemento del lavoro dei satelliti geostazionari, sono stati progettati altri tipi di satellite che seguono un'orbita differente detta 'eliosincrona quasi polare' ossia che va 'da polo a polo' sorvolando ogni dato punto della superficie terrestre sempre alla stessa ora solare.
Le immagini possano beneficiare sempre di una illuminazione ottimale e di un'ottima risoluzione spaziale ma non temporale visto che effettuano 14 orbite attorno alla Terra (la traiettoria del satellite e' sempre uguale mentre il pianeta ruota sotto di esso) passando solo due volte al giorno sullo stesso luogo.

Anche in questo caso per poter disporre di una visione globale piu' accurata c'e bisogno di piu' satelliti. Attualmente il NOAA mette in campo i due satelliti NOAA (18-19) mentre l'EUMETSAT i tre satelliti METOP (A-B-C).

Oltre a questi, lo ricordiamo, sono in orbita altri satelliti tra cui anche i SENTINEL (misura e monitoraggio meteo-climatico-ambientale), oppure il satellite TERRA (monitoraggio ambiente e cambiamenti clima), AQUA (studio precipitazioni, evaporazione e il ciclo dell'acqua), AEULUS (profili globali del vento) e l'NPP di cui vi abbiamo parlato in Questo Articolo.

SERVIZIO SVOLTO DAI SATELLITI METOP EUROPEI

Oltre all'osservazione della copertura nuvolosa si occupano della rilevazione dei profili verticali atmosferici di temperatura, umidita', vento e ozono ma anche del monitoraggio dei mari, dei ghiacci, della neve e delle precipitazioni. Come vedremo di seguito svolgono anche importanti funzioni riguardo la sicurezza e il soccorso dei cittadini.

SENSORI E IMMAGINI

I satelliti Metop dispongono di diversi strumenti di misura dedicati sia all'osservazione meteorologica e ambientale che, soprattutto, alla rilevazione delle condizioni atmosferiche che vengono implementate nei modelli fisico-matematici di previsione meteo-climatici:

    -   IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer), fornisce profili di temperatura e umidita' da utilizzare nella comprensione e nell'elaborazione di previsioni atmosferiche.

    -   GOME-2 (Global Ozone Monitoring Experiment), che si occupa di ottenere un quadro dettagliato del contenuto atmosferico totale di ozono e del profilo verticale dell'ozono nell'atmosfera. Fornisce inoltre informazioni accurate sulla quantita' totale della colonna di biossido di azoto, anidride solforosa, vapore acqueo, dimmer ossigeno/ossigeno, ossido di bromo e altri gas in tracce, nonche' aerosol.

    -   ASCAT (Advanced Scatterometer) si occupa invece di misurare la velocita' e la direzione del vento sugli oceani ma anche di fornire dati utili per applicazioni su ghiaccio e terra, come l'estensione del ghiaccio marino, il confine del permafrost, la desertificazione, ecc. Poiche' il segnale radar dello scatterometro puo' penetrare la superficie, ASCAT puo' anche osservare le caratteristiche legate al clima del sottosuolo/sottotetto.

    -   AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit) e' progettato per misurare i profili della temperatura atmosferica globale ma fornisce anche informazioni sull'acqua atmosferica in tutte le sue forme (ad eccezione delle piccole particelle di ghiaccio, che sono trasparenti alle frequenze delle microonde).

    -   MHS (Microwave Humidity Sounder) che raccoglie informazioni su vari aspetti dell'atmosfera e della superficie terrestre, in particolare ghiaccio atmosferico, copertura nuvolosa e precipitazioni.

    -   AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer), un radiometro a scansione nadirale operante in 5 bande, utile per il monitoraggio globale della copertura nuvolosa, della temperatura della superficie del mare, del ghiaccio, della neve e delle caratteristiche della copertura vegetale.

    -   Lo strumento di rilevamento atmosferico (GRAS) riceve segnali radio di alta qualita' dai satelliti di navigazione GPS per elaborare profili di temperatura e umidita' stratosferici e troposferici che possono essere assimilati nei modelli di previsione.

    -   HIRS (High-resolution Infrared Radiation Sounder), fornisce profili verticali calibrati di temperatura e umidita' oltre che informazioni su copertura nuvolosa, altezza della nube, temperatura massima della nube e fase delle nubi, albedo superficiale.

    -   A-DCS (Advanced Data Collection System), contribuisce alla raccolta e alla diffusione dei dati oceanici attraverso le piattaforme ARGOS.

    -   SARSAT (Search and Resque Signal Repeaters and Processors) che aiuta le autorita' di ricerca e soccorso a salvare migliaia di vite in tutto il mondo.

    -   SEM-2 (Space Environmental Monitor) per il monitoraggio dell'attivita' solare e della meteorologia spaziale.

LINK UTILI

EUMETSAT
NOAA
JMA

EUMETSAT - METEOSAT
EUMETSAT - METEOSAT VIEWER
NOAA - GOES
JMA - HIMAWARI VIEWER

TRACCIAMENTO ORBITE SATELLITI POLARI

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