#Step24 - Le parole nella storia.

 

Nel corso della Seconda Guerra Mondiale si notò da subito come i radar fossero “accecati” dalle precipitazioni, dimostrandosi così altrettanto validi nel rivelare la presenza di pioggia come anche di aerei nemici. Dal grafico emerge come nel post conflitto i radar furono utilizzati a scopo meteorologico, trovando dapprima impiego a bordo di aeroplani o satelliti (airborne radar).  Con l'obiettivo di assistere il volo, di individuare e quantificare possibili fenomeni pericolosi per la navigazione aerea.

Sempre osservando lo stesso grafico si può notare come già nel 1984 l'impiego dei radar nella meteorologia abbia trovato impiego nella realizzazione di radar di terra, con stazioni meteo regionali finalizzate a stimare la natura e della portata delle precipitazioni.

Il grafico relativo alle menzioni di David Atlas, inventore del radar meteorologico, mostra un picco nel 1965. Anno in cui Atlas accettò una cattedra presso il dipartimento di scienza geofisiche dell'Università di Chicago e in cui pubblicò una vastità di brevetti inerenti alla radar meteorologia, alla sue diverse applicazioni a bordo di aerei e stazioni a terra.

#Step23 - Le normative del radar meteorologico.

La radar meteorologia è regolata da alcune normative fondamentali:

l'esposizione della popolazione civile ai campi elettromagnetici è regolata in Italia dal DPCM 8 Luglio 2003. Quanto scritto nell'articolo 1 (Campi di applicazione), si applica agli impianti fissi per le telecomunicazioni e poichè  non è applicabile ai campi elettromagnetici prodotti dagli impianti radar, lo stesso decreto nell' articolo 1, comma4, suggerisce di tener conto delle restrizioni europee:

DPCM 08/07/2003,art.1, comma 4: "A tutela dalle esposizioni a campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici generati a frequenze comprese tra 100 kHz e 300 GHz, generati da sorgenti non riconducibili ai sistemi fissi delle telecomunicazioni e radiotelevisivi, si applica l’insieme completo delle restrizioni stabilite nella raccomandazione del Consiglio dell’Unione europea del 12 luglio 1999".

In attesa dell'emanazione dello specifico decreto le norme di riferimento sono costituite dall'insieme delle restrizioni stabilite da:

-  raccomandazione del Consiglio dell'Unione europea del 12 luglio 1999;

- linee guida ICNIRP e la CEI 211-7/B (2008-01) "Misura e valutazione del campo elettromagnetico emesso dagli impianti radar di potenza", quest'ultima incentrata più sulle misure che sulla valutazione teorica previsionale.

Le linee guida ICNIRP 1998, insieme alla raccomandazione dell'UE, prevedono la valutazione del livello di campo elettromagnetico sia medio che di picco. Quello medio, rappresenta il valore del campo elettromagnetico tenendo conto delle caratteristiche di irradiazione dell'antenna, mentre il valore di picco guarda al massimo valore associato all'impulso.

Per i campi pulsati è necessario adottare un valore limite per la densità di potenza S ottenuto moltiplicando per 1000 il valore limite della densità di potenza media, ovvero moltiplicando per 32 il limite per i campi a pari frequenza.

Si individuano due limiti di campo elettrico:

per la popolazione: Epicco = 1952 V/m e Emedio = 62 V/m

per i lavoratori: Epicco = 1952 V/m e Emedio = 62 V/m.

#Step22 - Manuale d'uso del radar meteorologico.

1) Installazione radar meteo.

- Posizionare il radar meteo in modo che persone e operatori non si trovino entro il raggio d'azione del radar.

- Sarebbe desiderabile una posizione tanto alta quanto pratica per ottenere le massime prestazioni, tenendo presente che, se fosse montata troppo in alto, oggetti che si trovino in un piccolo intervallo potrebbero non essere rilevati. Non posizionare l'unità davanti a strutture di grandi dimensioni e a fumaioli di scarico, che potrebbero causare punti di non visibilità.

- Nella scelta della locazione, considerare l'adattabilità della superficie di monitoraggio, che deve essere piatta e allineata. La superficie deve essere in grado di sostenere il peso dello scanner e permettere l'accesso alla parte sottostante per l'installazione.

2) Configurazione software radar meteo.

Spectrum Lab è uno dei software utilizzati per l’analisi e la visualizzazione degli echi radar ed è un programma di tipo freeware, sviluppato per il sistema operativo Windows. Tra le sue numerose funzioni, è in grado di analizzare in tempo reale il segnale nel dominio delle frequenze. Questo programma può essere utilizzato in diverse configurazioni e dispone di numerosi strumenti di analisi del segnale, alcuni dei quali anche molto avanzati.

Una volta installato sul PC, Spectrum lab richiede alcune impostazioni preliminari per adattarsi all'analisi specifica degli echi radar meteorici.

Per un esempio di procedura di configurazione del software consultare il Pdf:

Sistema a uso didattico per la ricezione di echi radar

3) Avvio e trasmissione.

Non appena si avvia il radar meteo tramite ON, parte un timer che scandisce il tempo di riscaldamento. Il sistema entra in condizione di stand-by dopo circa 1 minuto e 30 secondi. Vengono inoltre mostrati il tempo totale di alimentazione e il tempo totale di trasmissione: si tratta di dati utili al fine di capire quando è il momento di procedere per le varie fasi della manutenzione.

4) Regolazioni.

- Regolare portata del radar

- Attivazione e disattivazione cerchi di distanza

- Filtri da inserire in base alle condizioni atmosferiche

5) Spegnimento e salvataggio dati grezzi.

6) Conversione "dati raw" in "prodotti".

I dati grezzi provenienti dai diversi sensori meteo devono essere analizzati e gestiti mediante diversi moduli operativi e algoritmi che formano un sottosistema del DPM finalizzato alla calibrazione delle equazioni fondamentali del radar e alla correzione delle mappe di precipitazione provenienti da questo.

Il modulo di Data Processing (DPM) comprende diversi sottomoduli, ciascuno contenente opportuni algoritmi, che sono necessari per la generazione dei diversi prodotti da parte del sistema, gli essenziali sono:

a) VMI (Vertical Maximum Intensity) e SRI (Surface Rainfall Intensity) per conoscere le zone dove sono in corso fenomeni di un certo rilievo;

b) TEMP per visualizzare la mappa delle temperature registrate al suolo delle stazioni termometriche a terra;

c) SRT (Surface Rainfall Total), che rappresenta le cumulate di precipitazioni registrate nelle ultime ore integrando i dati della rete radar con quelli delle stazioni pluviometriche a terra;

d) LTG (Mappa dei fulmini), il prodotto rappresenta una stima in tempo reale della frequenza assoluta di fulminazioni;

e) HRD (Heavy Rain Detection), è un prodotto che ha l'obiettivo di individuare delle aree in cui sono in corso precipitazioni particolarmente intense, persistenti o di natura temporalesca.

Figura 1: I dati “raw” provenienti dalla rete radar giungono al Dipartimento, Regioni, Enav e CNMCA.

Figura 2:  I dati "raw" raccolti vengono processati mediante algoritmi che, a partire dai dati grezzi ricevuti dalle stazioni della rete meteo radar, generano dei prodotti visualizzabili su mappa.

Immagini: https://dpc-radar.readthedocs.io/it/latest/platform.html

Per maggiori informazioni sui moduli DPM : 

https://iris.unipa.it/retrieve/handle/10447/293073/578626/17-francipane%20%28per%20IRIS%29.pdf

#Step21 - Il fumetto del radar meteorologico.

 

Fumetto tratto da "The Duplex" sul radar meteorologico e il suo funzionamento. 

#Step20 - Il logo del radar meteorologico.

 

Furuno Italia è la filiale italiana di Furuno Electric CO. LDT, un'azienda elettronica giapponese, leader in tutto il mondo. I prodotti principali sono l'elettronica marina, sistemi radar e strumenti di navigazione. L'azienda produce anche sistemi di posizionamento globale, apparecchiature mediche e sistemi di analisi e monitoraggio meteorologico.

#Step19 - L'abbecedario del radar meteorologico.

Azimuth, angolo formato dalla retta che congiunge il radar al bersaglio ed il radar con la direzione nord;

BAMS, rivista che pubblica articoli di interesse e significato per la comunità meteorologica, nonché anche articoli su radar meteorologia;

Clara, il nome dell’uragano che si stava avvicinando allo stato del Texas e per il quale fu usato per la prima volta il radar WSR – 57 per avere un’idea della tempesta;

David Atlas, il primo a quantizzare e quantificare le informazioni sulla riflettività del radar meteorologico sui tubi catodici;

Effetto Doppler, slittamento in frequenza del segnale ricevuto rispetto a quello emesso, principio su cui si basa il funzionamento del radar doppler;

Florida, a Tampa laddove nel 1969 è stato installato il primo radar più avanzato progettato dalla Enterprise Electronics Corporation;

GIS Meteotrigger è un database nazionale coordinato dei dati meteorologici certificati, ufficiali e a norma provenienti da radar meteo;

Herbert G. Mende, scrittore di “Radar. In natura, nella tecnica, nella scienza.” (1957);

Impulsi direzionali di radiazione a microonde inviati dal radar meteo;

Leonardo S.p.A, attuale azienda italiana che opera sul mercato per l’ingegnerizzazione di radar meteo;

Meteorologia, la scienza dello strumento;

NOAA, agenzia federale statunitense che si interessa di oceonografia, climatologia e meteorologia;

Onde elettromagnetiche, le quali vengono propagate con brevi impulsi nell’atmosfera circostante;

Pulse Repetition Frequency, ovvero la frequenza di ripetizione dell’impulso;

Quad pol, tipologia di radar meteo polarimetrico;

Radar meteorologico, il nome dello strumento;

Seconda Guerra Mondiale, durante la quale gli operatori di radar militari notarono rumore negli echi di ritorno per via di pioggia, neve, proseguirono poi il loro lavoro nello studio di questi echi;

Ted Fujita, meteorologo giapponese – americano che analizzò condizioni meteo tramite l’analisi dei dati radar meteo.

Università dell’Aquila che ha istituito un gruppo di radar meteorologia;

Vaisala, azienda leader che propone soluzioni radar meteo sia a singola che a doppia polarizzazione;

Z, lettera con cui si indica la riflettività.

#Step18 - I francobolli del radar meteorologico.

Il francobollo è stato emesso nel 1973 nell’area delle Bahamas a scopo commemorativo, difatti già negli anni sessanta del ‘900 il contributo dei radar meteo era stato fondamentale per la previsione e tracciatura di uragani e tempeste.

(Fonte:https://colnect.com/en/stamps/stamp/328184-Weather_Radar-Meteorological_Cent-Bahamas )

Il francobollo è stato emesso nel 1965 nelle Filippine per commemorare i 100 anni di servizio meteorologico nella zona. Inoltre si può notare come l’immagine del radar meteo venga affiancata al logo di Water Bureau, che abbiamo detto essere stata l’inventrice e casa costruttrice dei più importanti radar del ‘900.

(Fonte:https://www.ebay.com/itm/Philippines-1965-Weather-Radar-Sc-922-924-Mint-Never-Hinged-/401860406975 )

#Step17 - I brevetti del radar meteorologico.

Alcuni brevetti significativi che ripercorrono le innovazioni e scoperte significative relative al radar meteorologico:

(per consultare i brevetti aprire i link)

US2680240A –Telemetering system (1954)

In questo brevetto l’inventore Greenfield Alexander si riferisce ad un sistema elettrico per la codifica e la registrazione di informazioni rappresentate da sequenze di impulsi, ricevute in una stazione centrale. Tali informazioni relative alle condizioni meteo a diverse altitudini sono importanti per le previsioni nowcasting in una particolare località. Per ottenere tali misurazioni viene proiettato ad elevate altitudini un razzo, la cui testa si stacca e durante la discesa ottiene misurazioni inerenti a valori di temperatura dell’aria e pressioni trasmettendoli a una stazione di terra.

US3646555A –Method and apparatus for radar turbolence detection (1972)

Attraverso  questo brevetto l’inventore David Atlas descrive il metodo per rilevare la turbolenza con un radar convenzionale non Doppler. La misura della turbolenza viene fatta misurando la potenza media del segnale di eco, la varianza negli spettri di fluttuazione di tali segnali.

US4533915A –Radar terrain signal suppressor (1985)

Gli inventori Alisobhani Jalal e Lucchi George per sopperire il disordine generato sul terreno da un sistema radar meteo, hanno introdotto una tecnica di filtro digitale che isola e assorbe i ritorni indotti dalle condizioni meteorologiche a frequenze superiori di 50 Hz.

US5198819A – Weather Radar display system (1993)

Susnjara Kenneth introdusse un sistema di visualizzazione radar meteorologico tale che, i dati di ritorno vengono visualizzati in sezioni separate ciascuna con una varierà di colori per rappresentare l'intensità delle precipitazioni.

US1040898972B1 – Systemand method for lightning strike prediction and warning (2018)

Baker Adam e Deese Jason hanno recentemente introdotto un metodo per raccogliere dati meteorologici e usarli per calcolare i limiti superiori e inferiori del raggio di formazione dei fulmini in un temporale. Il calcolo può fornire una probabilità per l’inizio della formazione e di cessazione di fulmini per un’area geografica in un istante di tempo, tale da consentire l’invio di allarmi agli utenti.

#Step16 - L'anatomia del radar meteorologico.

Di seguito è riportato un esempio di Mini radar in Banda X, con area copertura circolare di raggio 30 km, altra risoluzione temporale e spaziale.

(Fonti: UnicaWater )

Ingombri

Interno radar

#Step15 - I numeri del radar meteorologico.

I numeri del radar meteorologico:

1951 Anno progettazione primo radar meteorologico;

4 Il numero dei principali tipi di banda usati nel radar meteo: Banda K, Banda X, Banda C, Banda S;

1953 Anno in cui fu concesso il primo brevetto a David Atlas relativamente al metodo isoecho contour, che pose le basi per lo sviluppo della radar meteorologia;

360 gradi: il tipo di scansione che viene effettuata dal radar a diverse elevazioni;

1944 Anno Seconda Guerra Mondiale in cui gli operatori dei radar militari scoprirono che le condizioni del tempo generavano degli echi di ritorno sui loro schermi;

125 e 250 km; le portate del radar meteo rispettivamente ogni 15 e 30 minuti.

#Step14 - La tassonomia del radar meteorologico.

Ecco una tassonomia del radar meteorologico:

Come descritto nello #Step03 i radar meteo si differenziano in due categorie:

- radar doppler;

- radar polarimetrici;

Nei primi si possono individuare tre sottocategorie: radar doppler ad onda continua (CW) che emettono radiazioni elettromagnetiche in modo non discontinuo nel tempo; permettendo di misurare la variazione istantanea della velocità radiale del bersaglio rispetto al suo ricevitore, quindi il suo avvicinamento e allontanamento. La relativa configuarazione sarà monostatica se antenna ricevente e trasmittente coincidono, viceversa si parla di configurazione bistatica. Nel radar doppler pulsato (PW)  sono combinate le caratteristiche di radar ad impulsi e radar a onde continue, permettendo di determinare la velocità del vento e di qualsiasi altra precipitazione. 

I radar polarimetrici sfruttano la polarizzazione delle onde e misurano due o quattro elementi della matrice di scattering:

- nel primo caso il sistema prende il nome di dual pol e misura o una colonna o la diagonale della matrisce S;

- nel secondo caso, quando il sistema misura tutta la matrice s, il sistema si dice quad pol.

#Step13 - La pubblicità del radar meteorologico.

 

Si tratta di un annuncio pubblicitario relativo alla trasmissione delle immagini rilevate dai radar meteorologici agli spettatori a casa, in modo che potessero essere a conoscenza delle condizioni meteo della loro località. Questa innovazione fu introdotta dalla Wbal – TV, stazione televisiva nata nel 1948 che per prima introdusse tale servizio. In foto il direttore Arnold Wilkers che ne mostra l’utilizzo.

Nell’annuncio si invitano i lettori a rivolgersi alla Bendix Radio Division.

#Step12 - Il radar meteorologico nel cinema.

In un episodio della terza stagione di "Pororo" compare il radar meteorologico, usato per le previsioni nowcasting.

Il protagonista Eddy ha realizzato una macchina per le previsioni del tempo che è attaccata alla schiena del suo amico Rody. Si prevede che soffieranno forti venti e tutti iniziano a preoccuparsi, ma nella notte non accade assolutamente nulla. Solo Eddy dice di non essere riuscito a dormire a causa dei forti venti, allora accende la macchina meteorologica mentre gli altri danno un'occhiata sospettosa, che prevede ci sarà la neve. Il giorno dopo, tutti escono di casa e scoprono che le previsioni sono di nuovo sbagliate. Infastiditi dalla falsa previsione, si dirigono da Eddy e trovano un mucchio di neve solo intorno alla sua casa.