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Precipitazione

Cos'è la precipitazione?

La precipitazione è definita come un prodotto della condensazione del vapore acqueo in forma liquida o solida, che cade dalle nuvole o che si deposita dall'aria sul terreno. Questo include pioggia, neve, grandine, rugiada, ecc. Vengono misurate la quantità totale e l'intensità, che sono indicate nelle seguenti unità:

Quantità totale:

  • mm (mm) colonna d'acqua

Intensità:

  • Millimetri all'ora (mm/h)

Come viene misurata la precipitazione?

La quantità di precipitazione viene sempre misurata in un serbatoio di raccolta, chiamato Pluviometro. Questo può essere un dispositivo automatico e inviare valori misurati come un segnale digitale o la misurazione viene eseguita manualmente, il che significa che un essere umano deve leggere la quantità. Esistono due diversi tipi principali di pluviometro che misurano il volume o il peso dell'acqua.

A seconda del tipo di dispositivo, l'intervallo di misurazione può variare da pochi secondi a diversi giorni. Questo ha un enorme impatto sulla precisione.

L'intensità della precipitazione può essere misurata direttamente da strumenti di misura automatizzati. Di solito viene misurata a intervalli di 10 secondi e mediata su un minuto. Questi strumenti moderni sono in grado di mappare la forte variabilità delle precipitazioni.

Come dovrebbe essere installato un pluviometro?

I pluviometri non hanno un chiaro standard WMO (World Meteorological Organisation). Tuttavia, nella maggior parte dei paesi gli strumenti sono installati tra 0,5 e 1,5 m dal suolo. Inoltre, devono essere installati in modo tale che possa fuoriuscire, aderire ai bordi o schizzare da terra nel dispositivo la minor quantità d'acqua possibile. Inoltre, si consiglia di evitare qualsiasi ostacolo nell'ambiente, poiché questi intercettano le precipitazioni da un lato e dall'altro causano turbolenze nell'aria, che influiscono anche sulla precipitazione. Questo vale anche per le stazioni con più dispositivi di misurazione. Questi strumenti prendono alcune delle precipitazioni e lanciano una sorta di "ombra" sul pluviometro. È quindi consigliabile installare i pluviometri lontano dagli altri dispositivi di misurazione. Per i luoghi molto esposti ci sono dei pluviometri con schermatura del vento per minimizzare la turbolenza causata dal dispositivo stesso.

Figure 1: Pluviometer with a tipping mechanism

Quali strumenti di misurazione sono usati?

I servizi meteorologici nazionali come MeteoSwiss utilizzano solitamente uno dei due dispositivi diversi per misurare le precipitazioni:

  • Un pluviometro con sistema a bascula e riscaldamento per lo scioglimento della neve come il dispositivo Lambrecht 15188 (Figura 1)
  • Un pluviometro basato sul principio di pesatura, anch'esso riscaldato a seconda delle condizioni climatiche, ad esempio Ott Pluvio2 (Figura 2)

Gli strumenti che determinano la precipitazione mediante pesatura sono più precisi dei dispositivi a bascula, ma richiedono uno sforzo di manutenzione maggiore e non sono quindi adatti per posizioni remote.

Quali altri metodi di misurazione sono disponibili?

Il modo più semplice per misurare la precipitazione è mettere un serbatoio di misurazione con una scala all'aperto e leggere manualmente la quantità dopo l'evento di precipitazione. Tuttavia, tale metodo è molto soggetto a errori e richiede un alto livello di personale.

Figure 2: Pluviometer with a weighing sensor

In meteorologia, le varianti presentate sopra sono le più comuni. Gli strumenti di misurazione con sistema a bascula hanno un contenitore di raccolta che si inclina quando l'acqua raggiunge un certo livello e quindi si svuota. Ogni movimento di inclinazione innesca un segnale che viene rilevato da un computer che calcola l'intensità e la quantità totale.

Un altro metodo di misurazione è la pesatura della precipitazione, che consente un calcolo molto preciso della quantità. Inoltre, questo metodo può essere utilizzato per creare serie temporali continue ad alta risoluzione che rappresentano sia la quantità che l'intensità della precipitazione. L'unico svantaggio di questi sensori è che il contenitore di raccolta, almeno per i modelli più vecchi, deve essere svuotato manualmente.

Inoltre, ci sono disdrometri laser-ottici, che usano raggi laser per misurare le dimensioni e la velocità di ogni goccia/fiocco di neve, calcolando in tal modo la pioggia, l'intensità e la visibilità risultante. Tuttavia, questi dispositivi sono - soprattutto in termini di intensità -meno precisi modelli precedenti.

Difficoltà di misurazione delle precipitazioni

In contrasto con la temperatura, la variabilità spaziale delle precipitazioni è significativamente più alta. Mentre la temperatura tra due stazioni meteorologiche in terreno pianeggiante si comporta in modo quasi lineare e può quindi essere ben interpolata, ciò è molto difficile per le precipitazioni, poiché gli eventi di precipitazione, in particolare i temporali, possono verificarsi su scala molto ridotta.

Inoltre, le misure delle precipitazioni sono molto soggette a errori. Gran parte degli errori dipende dalla posizione, poiché anche piccoli ostacoli, come un albero o una linea elettrica, possono influenzare il risultato della misurazione assorbendo parte della precipitazione. I venti forti amplificano anche questa influenza, perché anche ostacoli a distanze maggiori possono influenzare le precipitazioni causate dalla turbolenza dell'aria.

Inoltre, spruzzi di altri oggetti nelle vicinanze di un pluviometro possono entrare nel contenitore di raccolta e quindi falsificare la misurazione.

Un altro problema è la contaminazione del contenitore da parte di altri oggetti. Soprattutto in autunno, molte foglie vengono trasportate dall'aria e possono depositarsi nell'apertura del pluviometro. Anche altri oggetti come rami, polvere o sabbia possono accumularsi e quindi inquinare il contenitore di misurazione.

In luoghi con nevicate, gli strumenti devono essere riscaldati in modo che la neve non possa né riempire né coprire il contenitore, ma fondere, così da essere misurata come un precipitato liquido. È importante che il riscaldamento sia costante, poiché il volume dell'acqua dipende dalla temperatura.

Un'altra fonte di errore è l'evaporazione dell'acqua tramite la radiazione solare. Pertanto, l'apparecchiatura deve essere costituita da un imbuto che porta l'acqua nella vasca di misurazione sottostante. L'apertura stretta dell'imbuto minimizza gli errori dovuti alle perdite di evaporazione.

Quante stazioni di misurazione ci sono?

MeteoSwiss gestisce 260 stazioni meteorologiche automatiche che misurano le precipitazioni. Queste sono integrate da una rete di circa 300 stazioni private, poiché le precipitazioni sono un fenomeno molto locale.

Figure 3: Global network of precipitation measurement

Il Global Precipitation Climatology Center (GPCC), gestito dal DWD (Servizio Meteorologico Tedesco) per conto del WMO, raccoglie dati controllati dalla qualità da più di 50.000 stazioni di misurazione delle precipitazioni in tutto il mondo. Le serie temporali di queste misurazioni presentano spesso lacune molto grandi e sono soggette a errori nonostante il controllo di qualità, motivo per cui non viene suggerito un uso automatizzato di questi dati e per le convalide è consigliato un controllo di qualità.