I satelliti meteorologici
tra passato e futuro

Fig. 1: immagine in falsi colori del sensore MODIS a largo delle coste del Sud Africa e della Namibia. L'immagine in alto mostra le dimensioni delle goccioline di nubi: le particelle più grandi (in rosso) appartengono a nubi di ghiaccio, mentre le dimensioni più contenute si riferiscono a stratocumuli marini che sono nubi d'acqua. L'immagine in basso riporta lo spessore ottico della nube. La scala è in µm per l'immagine superiore e adimensionale per quella inferiore

L' anno 2000 ha segnato una ricorrenza veramente importante alla quale i mass media non hanno dedicato molta attenzione, ma che ci riguarda tutti da vicino: è il 40esimo anniversario del lancio del primo satellite meteorologico. Il primo satellite, il TIROS 1, venne infatti lanciato il 1 Aprile 1960 dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Dai primi sensori, che erano molto simili a normali macchine da presa, molta strada è stata percorsa ed una disciplina è nata col nome di meteorologia da satellite.

I satelliti meteorologici sono di due tipi a seconda della loro orbita che può essere geostazionaria, cioè il satellite si muove lungo l'equatore alla stessa velocità con cui la Terra ruota intorno al suo asse e ad un'altezza di circa 36.000 km, o polare, per la quale l'orbita è inclinata in modo variabile rispetto all'equatore ad un'altezza intorno agli 800 km. Il monitoraggio della Terra e della sua atmosfera avviene quindi con modalità diverse sia per risoluzione spaziale che per copertura temporale. Con le nuove tecnologie i sensori sono sempre più in grado di monitorare scale piccole o piccolissime che erano prima impensabili.

Il periodo che stiamo vivendo segna una netta linea di demarcazione con il passato in cui i satelliti meteorologici hanno essenzialmente fornito immagini della terra e dei sistemi meteorologici da utilizzarsi sotto forma di vere e proprie "fotografie". È questo l'uso che se ne fa per le previsioni del tempo televisive, anche quelle più sofisticate. I sensori a bordo dei satelliti, però, non forniscono soltanto "fotografie", ma anche la risposta del sistema terra-atmosfera alla radiazione solare in arrivo. Misurano quindi i livelli di radiazione nell'intervallo della luce visibile (a cui è sensibile l'occhio umano), dell'infrarosso (radiazione termica) e nelle microonde. Tali informazioni, una volta raccolte e integrate, ci forniscono un'idea veramente unica della fisica del sistema atmosfera da una prospettiva unica. In tal senso la rivoluzione in atto consiste nel fare un uso sempre migliore di tutti questi dati per le previsioni meteorologiche, il monitoraggio del clima e dei cambiamenti globali, la gestione delle catastrofi idrogeologiche, e molto altro ancora.

Recentemente si è tenuta a Bologna, presso l'Area della Ricerca del CNR la "EUMETSAT 2000 Meteorological Satellite Data Users Conference" sotto l'egida della European Organization for the Exploitation of Meteorogical Satellites (EUMETSAT), dell'Istituto di Scienze dell'Atmosfera e dell'Oceano (ISAO)-CNR, dell'Ufficio Generale per la Meteorologia dell'Aeronautica Militare e del Servizio Meteorologico Regionale dell'ARPA Emilia Romagna. Più di 200 scienziati da Europa, America, Asia, Africa ed Oceania si sono dati appuntamento per mettere in comune tecnologia, ricerca, metodologie e prospettive future. Sono diversi gli argomenti di cui si è dibattuto e su cui la ricerca è attiva. Tali argomenti di ricerca corrispondono, inoltre, a precise necessità della comunità dei servizi meteorologici e delle agenzie nazionali ed internazionali. Vediamo alcuni dei punti salienti su cui è anche particolarmente impegnata la ricerca italiana.

La fig. 1 mostra una delle prime immagini del sensore MODIS a bordo del satellite Terra della National Aeronautics and Space Administration (NASA). I sensori di ultima generazione sono in grado di fornire informazioni sulle caratteristiche microfisiche delle nubi, in particolare sulla loro composizione in acqua e ghiaccio. La struttura delle nubi e la genesi ed evoluzione dei sistemi precipitanti divengono misurabili in termini quantitativi. Il lancio del Meteosat Second Generation (MSG) a metà del 2001 porterà in orbita geostazionaria un sensore di nuova generazione, che fornirà informazioni di questo tipo ogni 15 minuti e sostituirà in tutto il Meteosat attuale. La stima delle precipitazioni in particolare ne trarrà beneficio acquisendo maggiore precisione e tempestività. La stima delle precipitazioni da satellite presenta diversi aspetti di interesse meteorologico e climatologico. Un esempio di utilizzo su scala globale di un prodotto di precipitazione satellitare è fornito nella fig. 2. 

Fig. 2: 27 aprile 2000. Pioggia cumulata (in mm) sull'intero globo nelle 24 ore rilevata utilizzando i dati di satelliti geostazionari. La stima si basa sulle immagini dei satelliti geostazionari GOES-8/10, Meteosat-5/7 e GMS-5

La pioggia cumulata su intervalli di tempo dalle 6 alle 24 ore fornisce utili indicazioni per stimare, ad esempio, il potenziale di rischio al suolo. I satelliti vengono utilizzati soprattutto per avere stime quantitative della precipitazione su aree non coperte da altri sistemi di misura (es. radar e pluviometri), ma forniscono dati di validità generale per il monitoraggio degli eventi estremi (es. alluvioni) a causa dell'eccellente copertura spazio-temporale. 

Fig. 3: 6 ottobre 1998. Da sinistra a destra: immagine infrarossa del Meteosat alle 0600 UTC; immagine a 85.5 GHz dello Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) alle 0540 UTC; mappa di attenuazione del link di comunicazione satellitare a 20 GHz alle 0600 UTC causata dalla presenza della pioggia lungo il cammino delle onde (Marzano et al., 2000; cortesia della European Space Agency)

Nella fig. 3 è riportata una stima della precipitazione utilizzando i sensori nell'infrarosso del Meteosat e nelle microonde dello Special Sensor Microwave/imager (SS/I). Inoltre, è riportata una mappa dell'attenuazione del livello del segnale per comunicazioni a 20 GHz dei canali satellitari causata dalla caduta della precipitazione. Questa rappresenta una delle applicazioni più innovative e importanti, visto l'espandersi del mercato delle telecomunicazioni satellitari.

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