L'EREDITÀ DI JAMES CLERK MAXWELL NELLE SCIENZE DELL'ATMOSFERA
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L’eredità di James Clerck Maxwell nelle scienze dell’atmosfera
L’EREDITÀ DI JAMES CLERK
L’
atmosfera terre- L’elettromagnetismo è la disci- indiretto, di Maxwell nella fisica
stre offre costan- plina che ha segnato la svolta dell’atmosfera. Oltre ai fenome-
temente esempi di rivoluzionaria della fisica del XIX ni atmosferici, inoltre, saranno
MAXWELL NELLE SCIENZE fenomeni affasci-
nanti di cui molto
spesso è semplice per chiunque
secolo. I fenomeni elettrici ed i
fenomeni magnetici sono stati a
lungo noti e in parte anche sfrut-
analizzati alcuni degli strumenti
e delle tecniche utilizzate per
misurarli e rappresentarli, e che
DELL’ATMOSFERA
averne percezione, come vento, tati nel corso della storia. E’ stato basano il loro funzionamento sul-
neve, pioggia, cambiamenti di solo nel corso del XIX secolo, le intuizioni del genio scozzese.
temperatura o l’estrema variabili- tuttavia, che la descrizione dei
tà delle forme delle nubi in cielo. fenomeni elettrici e magnetici Cenni biografici
Per descrivere e prevedere la è confluita sotto l’unico quadro James Clerk Maxwell nacque
sua evoluzione i meteorologi teorico dell’elettromagnetismo. ad Edimburgo da una famiglia
Alcuni esempi influenti nelle attività devono fare ricorso a tutte le
branche della fisica classica, di
L’ulteriore risultato di questo
progresso è stato quello di
agiata nello stesso anno in cui
un altro fisico, Michael Faraday
cui certamente le più evidenti da comprendere che anche i feno- (Newington Butts, 22 settembre
dell’Aeronautica Militare associare all’atmosfera sono la meni luminosi e, di conseguenza, 1791 – Hampton Court, 25 agosto
fluidodinamica e la termodina- tutti quelli legati all’ottica, sono 1867), otteneva i suoi più impor-
mica; la prima descrive il moto in realtà fenomeni relativi alla tanti risultati sull’induzione ma-
di Marco Galli dell’atmosfera in quanto gas e propagazione per mezzo di onde gnetica, fenomeno che lo stesso
quindi fluido, utilizzando gran- di fluttuazioni del campo elettri- Maxwell avrebbe poi inglobato
dezze come velocità del vento, co e magnetico, che trasportano nella sua descrizione dei fenome-
Nel corso del XIX secolo James pressione, densità e temperatu- energia. ni elettromagnetici.
Clerk Maxwell ha compreso ra; la seconda descrive invece Lo scienziato a cui si deve il La sua educazione e la sua
come i fenomeni elettrici e le trasformazioni di un sistema risultato di questa affascinante istruzione vennero seguite dalla
fisico in base agli scambi di ener- unificazione è lo scozzese James madre, che aveva riconosciuto il
quelli magnetici non fossero di-
gia che questo ha con l’ambiente Clerk Maxwell (Edimburgo, 13 talento del ragazzo, fino al 1839,
stinti tra loro ma che potessero circostante. giugno 1831 – Cambridge, 5 anno in cui la donna morì. Dopo
essere descritti sotto un unico Un’ulteriore disciplina è tuttavia novembre 1879), che può essere un breve periodo sotto l’infrut-
formalismo teorico. Da questo altrettanto centrale nella descri- quindi considerato la figura più tuosa istruzione da parte di un
discende la scoperta della natu- zione dei fenomeni atmosferici, e importante tra i fisici che hanno severo insegnante privato, il
ra della radiazione elettroma- si tratta dell’elettromagnetismo. contribuito con il loro lavoro alla padre decise di iscriverlo all’Ac-
gnetica. La scienza dell’atom- L’elettromagnetismo interviene descrizione dei fenomeni elettro- cademia di Edimburgo.
sfera non può prescindere dallo in atmosfera in svariate forme: magnetici. Sempre cresciuto in un ambiente
studio dell’elettromagnetismo se la più evidente nel quotidiano Questo articolo si pone lo scopo isolato e di campagna, Maxwell
e di alcuni tipi di radiazioni sono i fulmini che si possono os- quello di tracciare il fil rouge veniva schernito dagli altri allievi
elettromagnetiche. Queste, in- servare durante i temporali, non che collega tra loro alcuni degli della scuola. Tuttavia, tra le
sono affatto secondari i fenomeni aspetti più significativi in cui l’e- poche amicizie che ebbe modo
fatti, sono uno dei meccanismi
di trasferimento radiativo - tra- lettromagnetismo gioca un ruolo di coltivare, vi fu quella di Peter
principali che regola i flussi di sporto di energia per mezzo di fondamentale nell’ambito delle GuthrieTait (Dalkeith, 28 apri-
energia in atmosfera. Oltre a onde elettromagnetiche - che re- scienze dell’atmosfera, ovvero le 1831 – Edimburgo, 4 luglio
ciò, queste forniscono un valido golano la quantità di energia che di quanto si occupa quotidiana- 1901), anche lui futuro fisico
metodo per ottenere informa- la Terra scambia con lo spazio mente il personale impegnato matematico che avrebbe con-
zioni con continuità sulle condi- esterno, per tramite dell’atmosfe- dall’Aeronautica Militare in tribuito con notevoli progressi
zioni atmosferiche in atto. ra, regolandone di conseguenza meteorologia. Di fatto, quindi, va nell’ambito della termodinamica.
la temperatura a livello globale. ad esplorare il contributo, seppur In questi anni il giovane Maxwell
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di Meteorologia di Meteorologia
Aeronautica Aeronautica
mostrò il suo talento tanto nelle a quattro in quella moderna) che colori, disciplina che lo porterà l’eredità di Maxwell nelle scienze effettivamente visibile ai nostri il suolo; il fenomeno appena de-
discipline scientifiche quanto in descrivono le relazioni tra cari- a conseguire, provando la teoria dell’atmosfera. occhi); inoltre, la Terra stessa scritto prende il nome di “effetto
quelle letterarie. che elettriche, correnti elettriche tricromatica del colore, a con- La Terra, infatti, è un pianeta emette radiazione verso lo spazio serra”.
A quattordici anni scrisse il suo e le forze di natura elettrica e seguire la Medaglia Rumford isolato in orbita attorno al Sole, esterno, ma questa volta si tratta Se questo fenomeno non esi-
primo articolo scientifico sulle magnetica ad esse associate. nel 1860, e a fare in modo che il e nello spazio interplanetario di radiazione infrarossa, non stesse, la temperatura sulla
ellissi e sulla loro generalizza- Inoltre, egli notò che tra le solu- fotografo Thomas Sutton (Lon- la materia è di fatto assente. visibile ai nostri occhi2. superficie terrestre sarebbe
zione in geometria. A sedici anni zioni delle sue equazioni vi sono dra, 22 settembre 1819 – Londra, Questo implica che il modo, o Le quantità di energia in ingres- decisamente più fredda di quella
il ragazzo lasciò l’Accademia e delle onde, che successivamente 19 marzo 1875), durante una quantomeno quello di gran lunga so nel sistema terrestre e in che effettivamente si riscontra,
cominciò a frequentare le lezioni identificò con la luce. Questo lezione dello stesso Maxwell nel più importante in cui dell’energia uscita sono quasi perfettamente mediamente prossima ai 15 °C.
all’Università di Edimburgo. Il stesso lavoro, oltre all’innegabile 1861, scattasse la prima fotogra- può entrare nel sistema terrestre bilanciate; eventuali sbilan- A completare il quadro di que-
suo percorso universitario lo impatto in sé, sarà fondamentale fia a colori della storia. o uscirne è la radiazione elettro- ciamenti sono responsabili di sta sommaria descrizione del
vide studiare tra Edimburgo e come trampolino di lancio per Maxwell non era solo un valido magnetica, che non necessita di variazioni di temperatura media bilancio energetico terrestre, va
Cambridge. Il suo percorso acca- un’altra delle maggiori rivoluzio- scienziato: era infatti appassiona- materia per potersi propagare1 . a livello globale, argomento stu- menzionato che non tutta l’ener-
demico, terminato con la laurea ni della storia della fisica, ovvero to di poesia tradizionale scozze- L’ingresso di energia nel sistema diato dalla comunità scientifica gia che passa dalla superficie ter-
in matematica nel 1854 al Trinity la formulazione da parte di Ein- se. Egli stesso ebbe una propria terrestre avviene ogni giorno ed che si occupa di clima e cambia- restre all’atmosfera viene scam-
College di Cambridge, lo vide a stein della “Teoria della Relatività produzione personale, che era è facile farne un’esperienza diret- menti climatici. biata tramite radiazioni: parte
contatto con personaggi di primo Speciale”. solito accompagnare alla chitar- ta; questo è costituito dalla luce Il sistema descritto, per quanto di questa energia, infatti, viene
ordine delle istituzioni scientifi- In aggiunta all’elettromagne- ra. Era un fervente fedele cristia- solare. Un sistema fisico in cui concettualmente corretto, è riversata in atmosfera per mezzo
che britanniche del tempo, tra tismo, un suo contributo fon- no ed un membro di spicco nella entra energia, però, è destinato tuttavia soltanto parzialmente di fenomeni di conduzione, con-
cui William Hamilton (Glasgow, damentale alla fisica arrivò nel comunità della Chiesa Evangeli- a scaldarsi indeterminatamente, descrittivo della realtà del nostro vezione e di quelli di evaporazio-
8 marzo 1788 – Edimburgo, 6 campo della termodinamica, ed ca scozzese. Aveva un carattere cosa che invece non osserviamo: pianeta. Infatti la Terra possiede ne e condensazione dell’acqua. I
maggio 1856), Philip Kelland in particolare alla teoria cine- ironico con gli amici; ad esempio infatti la Terra stessa disperde un’atmosfera, che influenza in quantitativi riportati nella figura
(Dunster, 17 ottobre 1808 - Allen, tica dei gas. In questo campo si può ricordare come egli fosse energia verso lo spazio esterno, maniera importante gli scambi sottostante non sono costanti,
8 maggio 1879), James Forbes egli completò il lavoro iniziato solito firmare “in forma differen- anche questa volta sotto forma di energia da e verso lo spazio e non sono nemmeno del tutto
(Edimburgo, 20 aprile 1809 – da Daniel Bernoulli (Groninga, ziale” la corrispondenza agli ami- di radiazione elettromagneti- esterno. L’atmosfera è pratica- indipendenti tra loro, per quanto
Bristol, 31 dicembre 1868) e Wil- 8 febbraio 1700 – Basilea, 17 ci scienziati: si firmava infatti dp/ ca, sebbene, in questo caso, la mente trasparente alla radiazione una puntuale descrizione vada
liam Hopkins (Kingston-on-Soar, marzo 1782) introducendo la dt=JCM (ovvero come le proprie sua natura sia duplice. Parte visibile, ma altrettanto non vale oltre gli scopi di questo articolo.
2 febbraio 1793 – Cambridge, 13 distribuzione di probabilità che iniziali), espressione del secondo di questa energia è essa stessa per la radiazione infrarossa. Per introdurre un altro aspetto
ottobre 1866). descrive la velocità delle mole- principio della termodinamica luce visibile: è la luce, per citare L’atmosfera si riscalda per effetto di come l’opera di Maxwell abbia
La sua carriera proseguì tra il cole di gas ad una data tempera- nella formulazione dell’amico alcuni esempi, riflessa verso della radiazione emessa dal suo- rilevanza nelle scienze atmosfe-
Marischal College di Aberdeen tura, sebbene questa venne resa Tait. In suo onore portano il suo lo spazio dalla presenza delle lo e siccome essa stessa ha una riche, bisogna focalizzare l’atten-
e il King’s College di Londra per celebre soltanto successivamen- nome, tra le altre cose, oltre ai nubi o pulviscolo atmosferico, temperatura, emette a sua volta, zione sulla quantità di radiazione
terminare poi presso l’Università te da Ludwig Boltzmann (Vienna, contributi scientifici originali, an- oppure è quella riflessa dalla una parte verso lo spazio esterno infrarossa emessa dalla super-
di Cambridge alla morte dello 20 febbraio 1844 – Duino, 5 set- che i Monti Maxwell su Venere, il superficie (e che quindi la rende e una parte nuovamente verso ficie terrestre e che l’atmosfera
stesso scienziato. tembre 1906). Sempre in campo Cratere Maxwell sulla Luna, e un
La sua produzione scientifica termodinamico egli introdusse telescopio astronomico posto sul 1. Si sono trascurate l’energia fornita alla Terra dagli effetti di marea dovuti all’attrazione gravitazionale lunare e
spaziò in molti campi della fisica il formalismo delle relazioni di Monte Mauna Kea alle Hawaii. dello stesso Sole, e l’energia liberata nel sistema terrestre dall’attività vulcanica; in ogni caso l’energia scambia-
e della matematica: in primis, Maxwell, che sono delle equazio- ta dalla Terra per questi effetti è estremamente bassa rispetto a quella scambiata sotto forma di radiazione.
ovviamente, va collocato il suo ni che legano tra loro le variabili Il bilancio energetico dell’at- 2. Ciascun corpo disperde energia emettendo radiazioni elettromagnetiche grazie al solo fatto di avere una tem-
contributo all’elettromagnetismo che descrivono lo stato di un mosfera, l’effetto serra e le peratura. L’energia emessa è tanto maggiore quanto più alta è la temperatura, e la frequenza (ovvero il numero
moderno, con la formulazio- sistema termodinamico e le ener- misure correlate di “creste d’onda” emesse ogni secondo) delle onde corrispondenti è anche essa maggiore a temperature più
ne di un insieme di equazioni gie potenziali che ne determina- Il clima e il bilancio energetico alte. Da una misura di energia elettromagnetica ricevuta e una di frequenza, quindi, è possibile risalire alla
temperatura di un corpo; un evidente esempio di questa applicazione è la misura della temperatura corporea
differenziali alle derivate parziali no l’equilibrio. Maxwell contribuì terrestre sono uno dei grandi tramite gli scanner in largo uso durante la pandemia da corona virus 2019. I risultati sopra menzionati sono
(originariamente venti, nella for- enormemente anche nel campo ambiti in cui, attraverso la radia- noti nel mondo della fisica come “problema del corpo nero”; per la comprensione di questo problema, sono
mulazione originaria, poi ridotte dello studio della percezione dei zione elettromagnetica, entra stati di fondamentale importanza ancora i lavori di Maxwell nell’ambito della termodinamica e della statistica.
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di Meteorologia di Meteorologia
Aeronautica Aeronautica
Nelle pagg. precedenti, in apertura, L’osser vazione dell’atmosfera
ritratto di James Clerk Maxwell. da satellite
Fotografia pubblicata da Wilson
Passando dallo studio del siste-
&Beadell. Smithsonian Libraries,
Natural History Building, 10th St. and ma climatico al monitoraggio
Constitution Ave. NW, Washington meteorologico, forse il più
DC, 20560. evidente ambito di applicazione
A sinistra, rappresentazione dell’esperienza maxwelliana è
grafica dei termini medi del
riscontrabile nel telerilevamento,
bilancio energetico terrestre. Da
NASA (https://web.archive.org/ ovvero la disciplina che studia
web/20140421050855/http:// l’effettuazione di misure di gran-
science-edu.larc.nasa.gov/energy_ dezze “lontano” dalla collocazio-
budget/ ne dello strumento utilizzato.
Nella pag. a fianco, l’andamento
Per ragioni di brevità, verranno
temporale della concentrazione
di anidride carbonica presso la prese in considerazione le
stazione del Monte Cimone. Si nota applicazioni del telerilevamento
un aumento nei valori dalle circa nell’uso dei satelliti meteorologi-
340 parti per milione del 1979, ci, e, più in generale, di monito-
anno di inizio della serie, fino a
raggio ambientale. Un satellite
oltre le 410 parti per milione del
2021. L’andamento oscillatorio ha meteorologico in orbita attorno
frequenza annuale, con i massimi alla al nostro pianeta, infatti, non fa
fine dell’inverno e i minimi alla fine altro che misurare il quantitativo
dell’estate. di radiazione elettromagnetica
proveniente dalla Terra e dalla
sua atmosfera a specifici valori di
frequenza.
Le frequenze utilizzate sono
intercetta, non permettendole di laborazione con l’ISAC-CNR favorevole per condurre delle riportata nella figura successiva, nui a riflettersi avanti e indietro di due tipi: alcune si collocano
raggiungere lo spazio esterno, (Istituto di Scienze dell’Atmo- misure rappresentative non è la più lunga e continua in Eu- tra gli specchi, compiendo, di all’interno di quella che è la luce
che a sua volta influenza quanta sfera e del Clima - Consiglio soltanto della realtà locale, ma ad ropa, ed è la seconda al mondo, fatto, un percorso lungo decine visibile, e servono a “vedere” le
energia viene reirradiata dall’at- Nazionale delle Ricerche) di una scala ben più vasta, tanto da dopo quella americana a cura di chilometri. nubi o i dettagli del suolo, sfrut-
mosfera verso la superficie. La Bologna, presso la vetta del appartenere - unica in Italia - al della NOAA (National Oceanic Nel continuare ad attraversare tando la luce solare che queste
radiazione emessa dalla super- Monte Cimone (2165 m s.l.m.), ristretto insieme delle 31 stazioni and Atmospheric Administration) questo campione di aria, l’impul- riflettono, in un meccanismo
ficie terrestre viene intercettata posto sullo spartiacque appenni- a rappresentatività globale del posta sul Monte Mauna Loa alle so laser si attenua, e l’attenuazio- del tutto analogo a quella che è
dall’atmosfera in maniera tanto nico tra Pistoia e Modena, vanta programma Global Atmosphere isole Hawaii. ne è tanto maggiore quanto più la nostra visione. Altre si collo-
maggiore quanto più abbondante una stazione meteorologica con Watch dell’Organizzazione Me- La stessa strumentazione che sono abbondanti anidride carbo- cano nell’infrarosso, e vengono
è la presenza nell’aria di determi- strumentazione dedicata alla teorologica Mondiale (OMM); opera per misurare la concen- nica e metano. usate per effettuare delle stime
nate molecole, chiamate appunto misura della concentrazione di questo programma ha come trazione di anidride carbonica e Questo comportamento è de- di temperatura dei corpi che le
“gas serra”. anidride carbonica e metano scopo quello di coordinare a li- metano di fatto opera effettuando scritto dalla legge di Lambert-Be- emettono. Le immagini successi-
I gas che contribuiscono mag- dell’atmosfera. vello mondiale le misure relative delle misure di onde elettroma- er, relativa all’attenuazione di ve, rappresentano, rispettivamen-
giormente all’effetto serra (in Il sito, considerata la sua lonta- alla composizione atmosferica gnetiche. un’onda elettromagnetica che at- te, un esempio delle applicazioni
termini di energia assorbita nanza da fonti di inquinamento e metterle a disposizione delle In una cavità dotata di specchi traversa un certo spessore di ma- descritte.
dall’atmosfera) sono vapore ac- artificiale, ed essendo posto comunità scientifica. viene immesso il campione d’aria teriale: di fatto, quindi, si tratta Questo non è tutto: l’atmosfera
queo, anidride carbonica, meta- su una vetta particolarmente La serie storica di misurazioni da analizzare, e viene inviato un ancora di fenomeni descritti dai non è completamente trasparen-
no e ozono. prominente ed isolata, costitu- di concentrazione di anidride impulso laser di frequenza op- contributi all’elettromagnetismo te ad alcune specifiche frequen-
L’Aeronautica Militare, in col- isce un luogo estremamente carbonica del Monte Cimone, portuna che lo attraversi e conti- dello scienziato di Edimburgo. ze dell’infrarosso. A seconda
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di Meteorologia di Meteorologia
Aeronautica Aeronautica
In questa pagina, a sinistra, In questa pagina, un esempio di
un’mmagine da satellite ad una immagine RGB composita. Nello
frequenza visibile (immagini specifico, questa combinazione è
disponibili solo nelle ore diurne), utile per evidenziare la composizione
in particolare corrispondente al delle nubi (se di ghiaccio o di acqua),
colore rosso. Da notare come il loro spessore, ed eventuali nubi di
l’immagine appare in bianco e nero, sabbia (da cui il nome convenzionale
in quanto la scala di grigi corrisponde RGB dust). Una nube di sabbia è
semplicemente alla maggiore o presente in figura e si trova sull’Egitto
minore abbondanza di “luce rossa” in toni color ciclamino. Nel resto
proveniente dai vari punti della dell’immagine, tra i particolari più
Terra; il meccanismo ricorda quello rilevanti si possono notare nubi spesse
di una comune fotografia in bianco la cui sommità è composta da cristalli
e nero, con la sola differenza che di ghiaccio (toni amaranto), o da nubi
quest’ultima è sensibile a “tutta” basse composte da gocce d’acqua
la luce che va ad impressionare (toni giallognoli).
la pellicola, e non ad una sola Nella pagina succesiva, la prima foto
componente. In basso, immagine da a colori della storia, in una ristampa
satellite ad una frequenza infrarossa del 1930 a partire dai negativi di
(disponibili per tutto l’arco dell e24h). Maxwell e Sutton.
I toni di grigio sono determinati in
base al valore della temperatura,
e sono impostati in modo tale da
avere le zone fredde rappresentate
in chiaro e quelle calde in scuro. In
questo modo appaiono più chiare ed
evidenti le nubi, in particolar modo
quelle più alte e fredde.
della frequenza considerata, ciò sare più informazioni nel minor titolo di esempio nella figura in rosso, verde e blu; in questo
dipende dal contenuto di vapore numero di rappresentazioni. alto. I criteri per l’attribuzione di modo ottenne tre diversi nega-
acqueo, di gocce d’acqua liquida, Nel caso dei prodotti meteoro- ciascuna immagine componente tivi della fotografia. Illuminando
di cristalli di ghiaccio, di pulvi- logici da satellite, un modo di ad uno specifico colore e la scel- poi ciascun negativo con una
scolo (sabbia, fumo o cenere aggregare informazioni in un ta delle immagini da sovrapporre lampada a cui era stato applicato
vulcanica), di anidride carbonica unico quadro è rappresentato sono studiate ad hoc a seconda lo stesso filtro colorato, e pro-
o ozono. Queste proprietà vengo- dai cosiddetti “RGB compositi”. dell’aspetto che si vuole porre iettando contemporaneamente i
no sfruttate per stimare, tramite Questi non sono niente altro che in risalto. Il modo di sintetizzare tre negativi su uno schermo, era
misure di radiazione elettroma- l’elaborazione di tre immagini le informazioni in una singola così possibile ricostruire l’imma-
gnetica, la presenza più o meno (riferite ciascuna ad una singola immagine tramite le composizio- gine iniziale. La fotografia che ha
abbondante in specifiche aree frequenza, come nel caso delle ni RGB segue in maniera molto costituito questo punto di svolta
dell’atmosfera degli elementi immagini qui mostrate, oppure fedele il processo che ha portato nella storia è riportata alla pagina
citati. alla differenza tra le misure a Maxwell a produrre la prima successiva.
Per effettuare queste stime due frequenze) elaborate in tre fotografia a colori della storia. Sarebbe limitativo, però, consi-
vengono valutate le differenze scale di colore distinte, ovvero Durante una lezione di fisica e derare il contributo dei satelliti
tra le misure effettuate ad una rosso, verde e blu (da cui il fisiologia, egli fece scattare al fo- alla meteorologia utilizzando so-
frequenza completamente traspa- nome RGB, indicando i colori tografo Thomas Sutton (Londra, lamente le loro immagini per una
rente e ad una frequenza influen- con i loro nomi inglesi red, green 22 settembre 1819 – Pwllheli, 19 descrizione del tempo in atto.
zata dall’elemento di interesse. and blue), e infine sovrapposte. marzo 1875) tre fotografie ad un Un contributo fondamentale
In meteorologia, tuttavia, si ha Tale sovrapposizione genera un nastro in tartan scozzese attra- dei satelliti è rappresentato dal
spesso la necessità di conden- prodotto come quello riportato a verso tre filtri colorati distinti, miglioramento notevole della
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di Meteorologia di Meteorologia
Aeronautica Aeronautica
copertura osservativa delle con- In questa pagina, a destra,
dizioni atmosferiche finalizzato progressione della Anomaly
Correlation Coefficient (ACC)
a fornire una condizione iniziali
dell’altezza di geopotenziale a 500
ai modelli numerici di previsione hPa delle previsioni dell’ECMWF.
meteorologica, il vero strumen- Per gli scopi di questo articolo,
to principe del meteorologo. I è sufficiente tenere a mente che
modelli, infatti, devono comin- l’ACC è una misura di quanto, dopo
un certo numero di giorni, una
ciare le loro elaborazioni da una
previsione sia in grado di descrivere,
condizione più rappresentativa efficacemente e coerentemente con
possibile delle effettive condizio- la realtà verificatasi, la circolazione
ni del tempo all’istante iniziale. atmosferica. Il valore di 100%
Le stazioni di osservazione al rappresenta la perfezione. Per
ciascuna orizzonte di previsione
suolo e le stazioni di sondaggio
preso in esame (3, 5, 7 e 10 giorni)
verticale dell’atmosfera sono sono riportate le prestazioni per
un valido aiuto in ciò, ma non l’emisfero boreale con il tratto spesso
sono equamente distribuite sulla e dell’emisfero australe con il tratto
superficie terrestre e inoltre, le sottile (l’ombreggiatura dell’area
tra le due curve serve a facilitarne
aree oceaniche sono osservate
l’individuazione e la lettura).
ancora più deficitarie. Nella pagina successiva, un’immagine
Le osservazioni da satellite miti- satellitare dell’Europa nello spettro
gano questo problema, passando dell’infrarosso.
ancora una volta per le equazioni
dell’emissione e della propaga-
zione delle onde elettromagne-
tiche. Infatti, le più importanti una previsione. le, area dove le osservazioni anche dalla natura chimica della dalla radiazione alle microonde è rugosità: ad esempio dall’altez-
tecniche usate per fornire la Il beneficio dell’uso delle os- tradizionali sono molto scarse superficie che le emette: una molto più bassa rispetto a quella za delle onde su una superficie
condizione iniziale ad un mo- servazioni da satellite per e il progressivo aumento della superficie innevata, piuttosto che dell’infrarosso, è molto più facile marina o dallo sviluppo della
dello consistono nella soluzione inizializzare i modelli meteo- disponibilità di osservazioni da una superficie marina (quindi realizzare degli strumenti a bor- vegetazione sulla terraferma.
del problema “quale radiazione rologici è visibile, in maniera satellite ha un impatto indubbia- salata) o lacustre (dolce), un do di satelliti in grado di gene- Le grandezze meteorologiche
osserverebbe un satellite, se le molto semplificata, dalla figura mente maggiore. suolo più o meno ricco d’acqua o rare microonde per “illuminare” ricavabili sfruttando le microon-
condizioni dell’atmosfera fossero successiva, relativa all’andamen- Le osservazioni da satellite con una vegetazione più o meno la superficie terrestre e studiare de sono davvero molte, sebbe-
quelle descritte dal modello, e to delle prestazioni del modello descritte sin qui si incentravano sviluppata, a parità di temperatu- quanta radiazione venga “rifles- ne una descrizione puntuale e
come si può modificare questa in dell’ECMWF (European Centre sui processi di riflessione della ra, emettono una quantità diffe- sa”, per inferirne alcune specifi- dettagliata di ciascuna di esse va
maniera coerente affinché vada for Medium-range Weather Fore- luce visibile e di emissione di rente di radiazione. In secondo che proprietà; questo è lo stesso oltre gli scopi di questo articolo.
ad allinearsi con quanto effetti- casts) negli ultimi anni. Da tale radiazione infrarossa. I satelliti luogo, l’atmosfera e le nubi sono principio di funzionamento dei Da questo tipo di osservazioni, è
vamente osservato?”. Affrontare figura, infatti, si nota un migliora- meteorologici impiegano, tutta- sostanzialmente perfettamente radar, che utilizzano il segnale possibile, ad esempio ricostruire
questo problema significa studia- mento progressivo. Questo non via, anche le frequenze alle mi- trasparenti alle microonde, cosa di ritorno di una radiazione alle la velocità del vento nei bassi
re come la radiazione osservata è solo imputabile ai progressi del croonde per estrapolare ulteriori che consente ad un satellite di microonde emessa verso un strati sulle superfici marine, la
da un satellite dipenda dalla modello impiegato, ma anche ad grandezze di interesse applicati- avere sempre informazioni sulla oggetto di interesse. precipitazione piovosa o nevosa
temperatura di una certa porzio- un miglioramento della descri- vo, sfruttando alcune peculiarità superficie terrestre, indipen- Oltre che dalle proprietà elettri- in atto, l’umidità del suolo, la
ne di atmosfera e sia modulata zione delle condizioni iniziali di di queste frequenze. In primo dentemente dal tempo in atto (a che della superficie (dipendenti, presenza di neve al suolo e il
dalla sua umidità, dalla pressio- ciascuna previsione. luogo, l’emissione di radiazione differenza dell’infrarosso, che quindi, dalla sua natura chimica, contenuto idrico all’interno dello
ne, dalla quantità di nubi e dalla A supporto di ciò, infatti, si nelle frequenze delle microon- viene influenzato maggiormente analogamente a quanto visto per stesso manto nevoso. I contesti
loro posizione, tutte variabili nota come il miglioramento sia de dipende dalla temperatura, dall’atmosfera e dalle nubi). Inol- l’emissione), la riflessione delle presentati in questo articolo
indispensabili per inizializzare maggiore per l’emisfero austra- e, inoltre, dipende fortemente tre, siccome l’energia trasportata microonde dipende dalla sua costituiscono una parte rilevan-
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di Meteorologia di Meteorologia
Aeronautica Aeronautica
elettromagnetica, ma anche alle
implicazioni dei suoi risultati in BIBLIOGRAFIA
ambito statistico e termodinami-
co per la descrizione del corpo Maxwell, J. C. (1861). “On physical lines of force”. Philosophical
nero, modello molto usato in Magazine. 90: 11–23.
fisica dell’atmosfera, con implica-
zioni sia in ambito climatico, sia Maxwell, J. C. (1865). “A dynamical theory of the electromagnetic
di monitoraggio meteorologico. field”. PhilosophicalTransactions of the Royal Society of London.
Inoltre, anche nella rappresen- 155: 459–512.
tazione delle immagini RGB da
satellite meteorologico compare Einstein, Albert (1905). “ZurElektrodynamikbewegterKörper” [On
il contributo dello scienziato the Electrodynamics of Moving Bodies]. AnnalenderPhysik. 17
scozzese, sfruttando in molti casi (10): 891–921.
un procedimento analogo a quel-
lo che lo ha portato a produrre Maxwell, J.C. (1860): Illustrations of the dynamical theory of gases.
la prima fotografia a colori della Part I. On the motions and collisions of perfectly elastic spheres.
storia. ■ The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and
Journal of Science, 4th Series, vol.19, pp.19-32.
© Riproduzione riservata
Maxwell, J.C. (1860): Illustrations of the dynamical theory of gases.
Part II. On the process of diffusion of two or more kinds of moving
particles among one another. The London, Edinburgh, and Dublin
ENGLISH Philosophical Magazine and Journal of Science, 4th Ser., vol.20,
ABSTRACT pp.21-37.
During 19th Century, James Clerk Boltzmann L. (1868): Studienüber das Gleichgewicht der leben-
Maxwell understood how electric digen Kraft zwischen be-wegtenmateriellenPunkten,Wien. Ber.58,
and magnetic phenomena were 517–560;WA, Band I, pp. 49–96; ID., Löungeinesmechanisches-
te, sebbene non esaustiva, degli cui vengono rilevate, è possibile articolo sarebbero ad uno stato
not reciprocally independent,
ambiti dove si vengono a trovare ricostruire la posizione di dove decisamente più involuto, man- Problems,Wien. Ber.58, 1035–1044 (1868);WA,Band I, p. 97.
but they could be described
le radiazioni elettromagnetiche una fulminazione è avvenuta. Il cando infatti il fondamento teo- under the same theoretical
nel contesto della fisica dell’at- secondo campo, invece, consiste rico su cui si basano. Per quanto framework. The nature of Pierrehumbert, R. (2010). Principles of Planetary Climate. Cam-
mosfera. Alcuni campi, come nell’uso di radar opportunamen- le equazioni di Maxwell siano eletrmagnetic radiation can bridge: Cambridge University Press.
quello della rilevazione delle te calibrati per individuare le usate direttamente relativamen- be easily interpreted from this
fulminazioni, e quello dei radar gocce di pioggia in atmosfera, te poco in fisica dell’atmosfera, discovery. Earth atmospheric Rosati, V. (2019). RGB nel telerilevamento satellitare. Rivista di
meteorologici, sono stati voluta- sfruttando la riflessione delle esse sono comunque alla base di science cannot neglect the Meteorologia Aeronautica. 4:20-33.
mente omessi per brevità. onde elettromagnetiche che tutte le equazioni utilizzate nella importance of electromagnetism
Il primo campo consiste nello queste operano su una radiazio- pratica. and some kinds of Ulaby, Fawwaz T, Richard K Moore and Adrian K Fung, Microwa-
electromagnetic radiations. In ve Remote Sensing : Active and Passive (Addison-Wesley Pub. Co.,
studio delle oscillazioni elettro- ne opportunamente emessa, in Questo avvalora l’importanza
fact, these represent one of the
magnetiche che si originano in maniera completamente analoga dell’opera di Maxwell anche nel Advanced Book Program/World Science Division, 1981).
main mechanisms that govern
concomitanza alla presenza di all’uso delle apparecchiature contesto della fisica dell’atmosfe- energy fluxes in the atmosphere.
un’intensa scarica elettrica di radar per l’individuazione di ra. Come visto, il contributo di Moreover, electromagnetic
breve durata; se analoghe oscil- aeroplani o navi. Senza una Maxwell, pur sempre in maniera radiation provide a valuable
lazioni sono captate da diversi profonda conoscenza delle onde indiretta, non si limita soltanto method for obtaining information
sensori sul territorio, a seconda elettromagnetiche, le discipline all’argomento (pur preponde- continuously on the ongoing
del ritardo nella sincronia con presentate nel corso di questo rante) relativo alla radiazione atmospheric conditions.
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