Satelliti Meteorologici

I satelliti, a differenza di tutti gli altri sistemi impiegati dai meteorologi, consentono di acquisire informazioni essenziali al fine delle previsioni del tempo in quelle zone della terra (oceani, zone costiere…) dove gli strumenti tradizionali risultano essere inefficaci. I satelliti presentano, due grossi vantaggi: acquisiscono un gran numero di immagini e hanno un ottima risoluzione spaziale (1-8 km). Presentano però anche degli svantaggi: hanno una scarsa risoluzione verticale con la difficoltà di assegnare determinate caratteristiche ad un particolare livello dell’atmosfera. Essi misurano la radiazione emessa, ma questa deve essere convertita in qualcosa di più utile e di più facile interpretazione. Spesso i dati acquisiti con i satelliti vengono impiegati per l’inizializzazione dei modelli matematici.

Satelliti Meteorologici

I satelliti meteorologici, o meglio, le immagini che essi ci inviano dallo spazio, sono forse lo strumento che più affascina i non addetti ai lavori che si avvicinano al mondo delle previsioni, tant’è che spesso i satelliti sono considerati in modo sbrigativo la chiave “magica”, in possesso dei meteorologi, che apre loro le porte a una previsione indovinata. Ma cosa c’è di vero in questa opinione diffusa? È tanto importante questo terzo occhio dallo spazio che ha mosso i primi passi negli anni sessanta, più esattamente il primo aprile del 1960, quando fu lanciato dagli Usa il primo di dieci satelliti denominati Tiros. Per dare una risposta iniziamo col dire, senza eccessi di carattere tecnico, cosa sono e come operano i satelliti meteorologici. Distinguiamo innanzitutto due tipi di satelliti: geostazionari e polari. I primi mantengono una posizione fissa rispetto alla Terra perché ruotano sul piano equatoriale con la stessa velocità angolare di rotazione del nostro pianeta. Il Meteosat, le cui immagini diffuse in molti bollettini meteo televisivi ci sono ormai familiari, si trova immobile ai nostri occhi sulla verticale uscente da 0° di latitudine e 0° di longitudine a una distanza dalla superficie della Terra di 35.786 chilometri. Il compito di questi satelliti è osservare una porzione di globo che va dai 60° Nord ai 60° Sud e il sistema di 5 satelliti equispaziati consente di coprire tutta la fascia compresa tra le suddette latitudini. I satelliti polari invece si muovono rispetto a un osservatore sulla Terra, che li vede spostarsi con una traiettoria simile a un otto, ma il loro moto si ripete esattamente ogni 24 ore per cui ogni giorno alla stessa ora il satellite ‘sorvolerà’ una particolare porzione del nostro pianeta. Il loro compito, complementare a quello dei satelliti geostazionari, è osservare le alte latitudini, quelle oltre i 60°. Ma cosa vuol dire osservare la Terra? Significa acquisire, con la strumentazione a bordo del satellite, immagini nel campo del visibile (come in una foto), dell’infrarosso e in quella, dal significato meno immediato, del vapore acqueo. Queste immagini a loro volta permettono di dedurre in modo diretto o indiretto molti dati: dall’analisi dei sistemi nuvolosi e del loro moto, alle stime del vento in quota, alla temperatura dei mari e delle terre emerse, all’estensione delle nevi e dei ghiacciai e molto altro. Quindi, una sola immagine, grazie alla sua posizione privilegiata, fornisce più dati di qualsiasi rete di osservazione a Terra. Ma torniamo ai quesiti di partenza. Finora abbiamo parlato di osservazioni, ossia dell’analisi di cosa sta accadendo nell’atmosfera nel momento in cui il satellite è puntato verso di noi e non di cosa accadrà, sempre nell’atmosfera, nel futuro. Tutta mal riposta, quindi, la fama di strumento magico per la previsione del tempo di domani? Non proprio, perché la conoscenza di cosa accade ora nell’atmosfera è di fondamentale importanza per stimare cosa accadrà domani e quindi per prevedere. I modelli fisico-matematici, le cui uscite giornalieri sono il vero strumento di lavoro quotidiano per i meteorologi, in realtà non possono prescindere nelle loro elaborazioni dalla conoscenza della situazione iniziale dell’atmosfera. Il tempo di domani è infatti figlio del tempo di oggi e quanto più è accurata la conoscenza dell’oggi tanto più accurate saranno le previsioni per domani. Ed è qui che i satelliti giocano un ruolo determinante nella buona riuscita di una previsione: infatti aiutano a conoscere l’oggi dell’atmosfera, sia coprendo in termini di acquisizione date aree come quelle oceaniche o desertiche, in cui le osservazioni al suolo sono scarse, sia integrando la rete di osservazioni eseguite con i palloni sonda e quindi aumentando la mole di dati a disposizione in quota. Qualche cenno finale ai nostri Meteosat: attualmente sono attivi il 7°, il 8° e il 9° di una serie iniziata con il primo lancio datato 23 novembre del 1977. Il loro compito, oltre che di telecomunicazione dei dati meteorologici stessi tra i vari utenti a Terra, è quello di fornire immagini ogni 30 minuti nel visibile con una risoluzione spaziale sulla superficie terrestre di 2.5 kmq ( ovvero il satellite riesce a vedere nubi che abbiano una superficie di appena 2.5 kmq) e, nell’infrarosso, con una risoluzione di 5 per 5 km. L’evoluzione del METEOSAT ha portato alla messa in orbita nel gennaio del 2004 del MSG (Meteosat Second Generation) che fornisce un maggior numero di immagini, con una risoluzione migliore e con maggiore frequenza, ogni 15 minuti.

-VIS, cioe’ nel visibile, ad una lunghezza d’onda compresa tra gli 0.5 e 0.9 micron, da cui si calcola come viene riflessa la luce visibile dalla superficie terrestre. 

– IR, cioe’ a infrarossi, con una lunghezza d’onda tra i 10.5 e i 12.5 micron, da cui si calcola la radiazione emessa dalla superficie terrestre in termini di calore. 

– WV, cioe’ a infrarossi ma per il vapore acqueo, con lunghezza d’onda tra 5.7 e 7.1 micron da cui si calcola la radiazione nella banda di assorbimento del vapore acqueo.

 Satelliti Geostazionari

Che cosa significa geostazionario? Significa che si muove alla stessa velocità della terra, che è di 1600 km orari all’equatore e di circa 1200 km orari nella penisola italiana .  Alla distanza di circa 36000 km dalla terra la velocità orbitale di un oggetto coincide con la velocità di rotazione della terra, in altre parole l’oggetto compie una rotazione completa in 24 ore. Un satellite posto sulla verticale dell’equatore a questa distanza rimarrà stazionario sopra questa area, muovendosi in maniera solidale con la terra. L’animazione qui sotto illustra questo principio. Si può notare come il satellite in rosso si muove con la stessa velocità di rotazione della terra.

Satelliti Polari

Questo tipo di satellite, invece che essere posizionato sul piano dell’equatore (come quelli geostazionari), possiede una inclinazione di circa 90 gradi rispetto ad esso, in modo da sorvolare ad istanti precisi i due poli terrestri. L’orbita e’ poi ellittica invece che circolare. Questi satelliti vengono utilizzati soprattutto quando c’e’ l’esigenza di coprire in un certo tempo tutti i punti della superficie terrestre. Infatti essendo a bassa quota (900-1000 km), devono avere una velocita’ elevata per poter resistere all’attrazione terrestre e quindi ci impiegano minor tempo a compiere un giro completo attorno alla terra. Tipicamente ogni orbita completa attorno alla terra richiede 100 minuti e vengono effettuate 14 orbite al giorno. Di solito un satellite di questa classe e’ programmato in modo da passare sopra una data area (per esempio una stazione ricevente) a tempi regolari, ad esempio intervalli di 6 o 12 ore, e il tempo di visibilita’ e’ soltanto di circa 12-15 minuti. Chiaramente questo sistema comporta una maggiore complessita’ nella costruzione del satellite ed altri problemi causati dalla alta velocita’. Infatti a quote cosi’ basse l’azione frenante dell’atmosfera sul satellite non e’ trascurabile e quindi il satellite stesso deve essere attrezzato con un sistema di stabilizzazione automatico e speciali motori che lo riportino sulla giusta orbita, facendogli recuperare la velocita’ persa. In piu’ la copertura a terra del satellite e’ molto limitata, comportando cosi’ notevoli costi per installare tanti satelliti di questo tipo su orbite opportune per avere la copertura di regioni piu’ vaste. E siccome variano ogni momento la loro posizione rispetto alla terra, non possono testimoniare le variazioni a breve termine. I vantaggi sono comunque notevoli: tutto cio’ comporta un risparmio della potenza di trasmissione dei dati verso terra, perche’ il minore tragitto permette di mandare un segnale piu’ debole; e fa diminuire anche il ritardo di propagazione del segnale, che seppur viaggiando alla velocita’ della luce, impiega un certo tempo ad attraversare lo spazio per giungere alla stazione ricevente (parliamo di migliaia di chilometri!).

SATELLITE METOP

I nuovi satelliti Metop (METeorological OPerational) porteranno una strumentazione fornita da ESA, Eumetsat, NOAA e l’agenzia spaziale francese CNES. Il satellite Metop pesera’ approssimativamente 4.5 tonnellate e volera’ a circa 835 km di altezza in un orbita elio-sincrona, intersecando (da nord a sud) la linea dell’equatore alle 9.30 di mattina. E’ stato disegnato per essere compatibile con la navicella spaziale Ariane 5. La serie di 3 satelliti (Metop-1, 2, 3) coprira’ un periodo di 14 anni, avendo calcolato che la vita media di ogni satellite sara’ di 5 anni. Il satellite e’ basato su una piattaforma di satellite polare che l’ESA sta progettando per il suo satellite ENVISAT-1, visto che sono molte le caratteristiche comuni. I primi 2, Metop-1, 2, avranno lo stesso equipaggiamento, mentre il terzo sara’ dotato di nuove tecnologie ed evoluzioni ancora in fase di progetto.

I dati verranno registrati in modo continuo a bordo mediante una memoria di massa. Saranno trasmessi sulla banda X alle stazioni di terra una volta per ogni orbita per essere elaborate e distribuite agli utenti finali entro 3 ore. Sara’ possibile anche una diffusione a terra diretta tramite un collegamento ad alta velocita’ ed uno a bassa.

Questa missione esaudira’ ogni richiesta europea in ambito meteorologico e di monitoraggio del clima. I satelliti METOP continueranno anche parte della missione iniziata dai satelliti ERS (per il telerilevamento) e saranno di complemento agli ENVISAT della ESA.