LA STAZIONE METEO CHE VIAGGIA CON TE - Osservatorio Polifunzionale del Chianti

LA STAZIONE METEO CHE VIAGGIA CON TE

La Sezione Meteo dell’Osservatorio Polifunzionale del Chianti collabora
come beta tester nell’aiutare i progettisti a sviluppare e testare tale
progetto che noi riteniamo utile ed importante, con il quale realizzeremo
dei progetti scientifici e di ricerca per la nostra Regione.

Servizi – link Stazioni Meteo OPC:

Meteo Tracker

App-Meteo Tracker OPC

Meteo Tracker è un prodotto di
IoTopon srl, una startup innovativa focalizzata sull’Internet of Things con
particolare attenzione alla raccolta e gestione dei dati meteo e ambientali,
attraverso dispositivi per l’acquisizione di dati mobili connessi a piattaforme
sw completamente integrate. IoTopon offre anche servizi di consulenza IoT, HW e
antenna. Un sistema a basso costo e ad alta precisione per l’acquisizione
mobile e il monitoraggio dei dati meteorologici, potenzialmente trasformando
qualsiasi veicolo in una stazione meteorologica in viaggio. Meteo Tracker è
costituito da un multisensore da installare esternamente
su un veicolo, un mobile APP e una piattaforma
WEB ed esegue l’acquisizione di dati meteorologici spazialemente
continui, affrontando la grave limitazione della rete standard di stazioni
meteorologiche fisse, il cui sotto campionamento spaziale non consente la
caratterizzazione meteorologica e climatica ad alta risoluzione ancora più
richiesta.

Progetto e sue Finalità:

Quanti gradi
ci sono?

Ci sarà
freddo dove stiamo andando?

Quale è
stata la località più fredda stanotte?

Basta un
rapido sguardo al web, o allo screensaver del nostro smartphone, per avere una
(apparente) risposta.

Ma è davvero
quello il valore
che ci aspetta fuori casa o nella località dove ci stiamo recando? Ed è
realmente quello il luogo dove si è registrata la temperatura più bassa?

No, o

perlomeno non è affatto detto che sia così.

Vediamo
perché.

I dati che
provengono dalla rete di stazioni fisse sono generalmente accurati e
affidabili. Un po’ meno quelli che leggiamo sullo screensaver dello smartphone,
spesso frutto di interpolazioni con le quali si cerca di supplire all’assenza
di stazioni meteo in una data località.

Ma non è
questo il punto.

Perché per
quanto il dato di temperatura possa essere accurato e garantito, in certe
situazioni meteorologiche tutt’altro che infrequenti il dato proveniente da una
stazione fissa non potrà mai fornire una corretta rappresentazione della
distribuzione termica nell’area geografica che ad essa fa riferimento.

Per un
motivo ben noto agli esperti di meteorologia: la temperatura dell’aria ha
spesso una variabilità spaziale molto marcata e il dato misurato in un
punto può essere assai diverso da quello che si misurerebbe anche a poche
centinaia, talvolta decine di metri di distanza.

Alcuni
dati

Tra due
punti di uno stesso borgo distanti 400 m abbiamo misurato oltre 10° C
di differenza, passando da temperature ben sopra lo zero a valori
abbondantemente negativi. Diventa così complicato dire quale fosse la
temperatura
ad Hauzenberg (Germania) la notte tra il 1° e il 2 gennaio 2020. La
risposta più corretta: tutti i valori compresi fra +4.9° C e -5.3° C.

Scendendo di
latitudine e cambiando stagione, altri dati di notevole interesse.

La notte del
7 luglio 2019 in un tratto costiero di circa 20 Km della Sardegna
sud-orientale abbiamo rilevato un’altalena termica compresa tra 32.8°
C e 22.1° C, che trovava il suo apice, in termini di rateo di variazione
spaziale, in località Geremeas, dove è stato misurata una differenza di 8.5°
C in 400 m di percorso (da 30.6° C a 22.1° C).

Tante altre, e ognuna con le sue peculiarità,
sono le sessioni di acquisizione mobile che dimostrano come l’estrema
variabilità spaziale del dato di temperatura non rappresenti affatto
un’anomalia, bensì una condizione tipica in situazioni meteorologiche
tutt’altro che infrequenti.

Oltre alle
condizioni di inversione termica, che in molte aree geografiche sono
quelle prevalenti nel semestre freddo e non solo, anche le brezze, le
interferenze tra complessi montuosi e venti sostenuti (stau/fohn), profili
altimetrici particolari, natura del suolo, effetto “isola di
calore” urbana e altri fattori territoriali-ambientali di origine
antropica possono dare origine a sbalzi termici spaziali molto accentuati.

Situazioni
in cui da un lato si manifesta in tutta la sua rilevanza il limite
intrinseco della rete di stazioni fisse, la cui portata informativa
risulta, in questi casi, fortemente depotenziata; dall’altro emerge il
potenziale, e l’utilità, delle misure in mobilità, una fonte di
conoscenza meteo poco esplorata che assume un notevole valore sia contingente
(il dato di quel momento e in quel punto) che statistico (la
caratterizzazione climatica ad altissima risoluzione spaziale).

Una modalità
di esplorazione meteo, quella mobile, che lo sviluppo tecnologico –
dalla connettività globale ai progressi nella sensoristica – consente oggi di
effettuare perseguendo il paradigma vehicle as a station: il mezzo di
trasporto che diventa una stazione mobile grazie a dispositivi low-cost.

Ma è
necessario che il sistema di misura, per poter esser adoperato in mobilità,

soddisfi requisiti ben precisi e niente affatto scontati.

Rapidità di misura ed elevata risoluzione
spaziale del campionamento.
Sono due dei requisiti fondamentali che una stazione meteo deve
possedere per poter esser utilizzata in mobilità, senza i quali non è
possibile rilevare correttamente le rapide variazioni termiche che si
incontrano in mobilità.

Lo illustra
molto bene una sessione effettuata il 19 ottobre scorso, dove l’alta
densità spaziale delle acquisizioni e la velocità di misura di
MeteoTracker hanno consentito di acquisire dati che confermano quanto l’area
dei Colli Albani (Lazio) sia tra le più termicamente movimentate
d’Italia e di identificare con elevata precisione il confine orografico
tra l’ambito freddo sottoposto a forte inversione termica (temperatura
minima di 1.3 °C e formazione di nubi prossime al suolo, come
documentato dalle MeteoPhoto scattate nel corso della sessione) e quello ben più
mite
immediatamente contiguo (temperatura massima di 13.9 °C).
La visualizzazione
su mappa e su grafico della sessione evidenzia come bastino poche decine di
metri
per avere variazioni di diversi gradi centigradi e come, nel breve
volgere di circa 2 km, la differenza di temperatura arrivi a ben 12.3
°C .

In simili contesti termici, molto più frequenti di quanto comunemente si
pensi, un sistema di misura non sufficientemente veloce riporterebbe

dati del tutto sganciati con la realtà, in quanto il sistema non farebbe in
tempo, durante il transito, ad allineare il dato misurato a quello vero.
E se il dato vero cambia rapidamente ciò significa mancare l’obiettivo
stesso della misura.

Per es., il termometro
dell’auto in simili contesti riduce le vere variazioni anche di 5 volte,
ossia anziché i 10 °C di reale variazione ne riporterà 2 (come da noi
verificato nel corso di questa
sessione).
La velocità di misura, quando si parla di temperatura dell’aria, dipende
dall’inerzia termica del sistema [sensore + supporto] e dalla ventilazione
a cui i sensori sono sottoposti (maggiore è la ventilazione, più rapidamente il
sensore si allinea alla temperatura dell’aria).

MeteoTracker può vantare un’elevata velocità di
misura perché i due sensori di temperatura (il sistema è differenziale
dual-sensor), grazie al sistema brevettato RECS (Radiation Error Correction
System), non devono essere racchiusi all’interno di uno schermo solare, il
quale oltre che la radiazione ridurrebbe notevolmente anche la ventilazione.

Inoltre, la scheda
elettronica in cui sono montati i sensori è stata progettata per essere
particolarmente sottile (meno di 1 mm) e dunque con ridotta inerzia
termica.

Da qui una rapidità
di misura che ci ha consentito di rilevare variazioni di temperatura anche
di 10.2 °C in soli 34 secondi (400 m di distanza percorsi a 40 km/h).

Vettori applicativi del sistema Meteo Tracker:

Il Meteo
Tracker può essere usato sia con :

        Autoveicoli
        Biciclette
        Motociclette
        Ultraleggeri,

parapendii, piccoli aerei
       Su piccole
       imbarcazioni sprovviste di stazione meteo
       A piedi da
       escursionisti o appassionati di camminate

Il sistema Meteo Tracker info Multisensore:

       DATI MISURATI – Temperatura, umidità, pressione
       (altitudine).
       DIMENSIONI – 35 mm x 75 mm x 75
       mm
       PESO – 40 gr
       ACCURATEZZA:

• Temperatura +/- 0.5°C
• Umidità +/- 3%
• Pressione +/- 1 hPa
• Altitudine +/- 10 m
• Radiazione Solare

Sistema (brevettato) per una misurazione accurata
della temperatura (+/- 0,5°C) anche in condizioni di esposizione solare.

       TEMPO DI RISPOSTA (MISURA DI
       TEMPERATURA) -Tempo di assestamento di 30 s per una variazione di
       temperatura dell’aria da 7°C a 0°C a una velocità di 3 m/s.
       CONNETTIVITÀ – Connessione BLE.
       BATTERIA – 300 + ore di
       autonomia, batteria ricaricabile a polimeri di litio da 200mAh, tempo di
       ricarica 3 ore con connettore USB.
       SISTEMA DI FISSAGGIO – Magnetico.

Sensore ben
esposto all’aria per un’elevata
velocità di misura ma anche adeguatamente schermato per avere
rilevazioni accurate sotto il sole.
Se però il sensore è ben schermato, cala drasticamente anche la ventilazione
e con essa la velocità di misura, perdendo così la capacità di rilevare

le brusche variazioni di temperature che si incontrano in mobilità.
Viceversa, se il sensore è ben esposto all’aria sarà la schermatura, e
con essa l’accuratezza, ad esser sacrificata.

       È questo il conflitto
       di requisiti che rende assai complicato effettuare valide misure in
       mobilità della temperatura dell’aria. Il multi-sensore MeteoTracker lo
       risolve
       con un sistema brevettato in cui la radiazione solare non viene
       contrastata ma gestita, eliminando così la necessità di schermare
       il sensore e lasciando dunque campo aperto a una piena ventilazione
       del sensore di temperatura.
       Facciamo un
       passo indietro.
       La grandezza
       fisica è la stessa – la temperatura dell’aria – ma quando si passa da
       misure
       da fermo (stazioni fisse) a misure in mobilità la sua natura cambia
       sensibilmente: non più un parametro che varia lentamente nel tempo
       bensì una
       grandezza che in pochi secondi può subire oscillazioni anche di 10°
       C.
       La rapidità di misura (la velocità nel rilevare un cambiamento nella
       grandezza misurata) è dunque un requisito fondamentale per non
       incorrere
       in dati di scarsa qualità, se non totalmente errati.
       Una sessione
       da noi effettuata il gennaio scorso lo dimostra: mentre MeteoTracker
       rilevava 10.2° C di variazione (da +4.9°C a – 5.3° C) in 400 m di strada
       (tempo di percorrenza 37 secondi), il termometro dell’auto registrava
       soltanto 2°
       C di variazione. Un errore di 8° C.

Ma, come
abbiamo detto, conciliare un’elevata velocità di risposta e misure accurate
anche sotto il sole è un rebus di difficile soluzione con l’approccio
tradizionale.
Una buona struttura schermante, infatti, oltre a essere poco compatibile
per
un utilizzo su veicolo, deve avere una conformazione tale per cui anche
il flusso
d’aria che investe il sensore di temperatura racchiuso al suo interno cala
drasticamente. E con esso la velocità di misura (maggiore è il flusso
d’aria che investe il sensore minore sarà il tempo impiegato dal sensore
per
allinearsi alla temperatura dell’aria).
“An ideal radiation
shield would block all solar radiation; however, this is currently
impossible
because openings are necessary to allow airflow through the shield”.
[American
Journal of Meteorology
http://journals.ametsoc.org/doi/full/10.1175/1520-0426%282001%29018%
3C0851%3ATEOTAM%3E2.0.CO%3B2]
Nelle misure
statiche, il problema è di scarso rilievo perché la temperatura dell’aria,
come dicevamo in apertura, cambia molto lentamente rispetto al contesto
mobile
(abbiamo visto: anche 10° C in soli 34 secondi) e la lentezza del sistema
non
introduce errori rilevanti. Quello che serve, in questo caso, è un buon
schermo

solare.
In mobilità,
invece, la convivenza dei due requisiti diventa dirimente.
MeteoTracker risponde a
questa problematica con un sistema brevettato “differenziale dual-
sensor”
(Radiation Error Correction System, RECS) in cui due sensori identici
vengano
investiti dalla radiazione solare con un’intensità diversa
opportunamente
calibrata.
La differenza di temperatura che i due sensori riportano (maggiore
quando il sole è forte, minore quando il sole è debole) diviene così un
parametro che consente di determinare e correggere l’errore dovuto
alla
radiazione solare.
In questo modo, il dato riportato da MeteoTracker mantiene un’elevata
accuratezza anche a bassissima velocità (quando la ventilazione è
molto
debole e il problema della radiazione si fa particolarmente sentire).
Inoltre, poiché non sono necessarie schermature, si mantiene
un’elevata
esposizione dei sensori al flusso d’aria e dunque l’indispensabile
velocità
di misura.
Con il sistema RECS si risolve anche un terzo problema che
emergerebbe
nelle misure effettuate con l’approccio classico, ossia il fatto che in
presenza di irraggiamento solare la temperatura riportata dal sistema di
misura
aumenterebbe al calare della velocità e, viceversa, diminuirebbe
quando
si accelera:
minore velocità = minore ventilazione → maggiore l’errore dovuto
al sole
Col sistema

brevettato di MeteoTracker si instaura una contro-reazione per cui al
        diminuire della velocità aumenta la differenza nei valori di temperatura
        riportati dai due sensori e dunque si incrementa anche il fattore
        correttivo,
        che riallinea il valore misurato al dato corretto.

Il sistema Meteo Tracker info App mobile:

        DATI ACQUISITI:

• Temperatura.
• Umidità.
• Inversione termica.
• Pressione.
• Altitudine e velocità.
Geotaggati e inviati in tempo reale sul cloud.

        MODALITÀ DI VISUALIZZAZIONE:

• Su mappa, grafico e in formato numerico.
• Correlazione tra grafici e mappa.

• Riquadri in tempo reale interscambiabili.

        CARATTERISTICHE:

• Acquisizione fotografie con sovraimpresso tag con
dati meteo del momento dello scatto.
• Distanza fra le acquisizioni regolabile dall’utente.
• Sincronizzazione automatica con il cloud dei dati raccolti offline.
• Indicazione percentuale del livello di carica della batteria.
• Strumenti avanzati di visualizzazione (grafici, mappa, correlazione tra mappe
grafici, statistiche).

        SOCIAL

• Condivisione delle sessioni in tempo reale e in
archivio.

Il sistema MeteoTracker
info Web app:

DATI VISUALIZZATI

• Temperatura.
• Umidità.
• Inversione termica.
• Pressione.
• Altitudine.
• Velocità.

        MODALITÀ DI VISUALIZZAZIONE:

• Su mappa, grafico e in formato numerico, in tempo
reale e archivio.
• Su Street View in tempo reale.
• Correlazione tra grafici e mappa.

        CARATTERISTICHE:

• Ricerca dei dati per sessione o per area geografica
su mappa.
• Filtri di ricerca per località di arrivo e di partenza, range di temperatura
e altri filtri avanzati.
• Mappa e grafici visivamente correlati.
• Scala cromatica su mappa regolabile.
• Archivio personale.
• Dati globali della community.