Storia delle Stazioni Meteo

• Domanda:
• - Piovera? - Ci sarà il sole?....

Storia delle Stazioni Meteo

Da sempre i fenomeni atmosferici hanno affascinato l’uomo, sia impressionandolo che spaventandolo. Il desiderio di prevedere i clima ha da sempre rivestito un interesse primario per le popolazioni specie quelle la cui sopravvivenza era legata all’agricoltura.

​

Con le prime grandi civiltà orientali l’osservazione del cielo e degli astri divenne quasi un culto, sottolineando la correlazione tra la ricorrenza dei cicli celesti e le variazioni cicliche stagionali: addirittura negli astrologi dell’epoca maturò la convinzione che le alterne vicende atmosferiche dipendessero solo ed unicamente dal moto di stelle e pianeti, interpretazione che resterà in auge fino al Rinascimento.

Storia delle Stazioni Meteo

• Le prime civiltà mesopotamiche ci danno una delle prime testimonianze sui tentativi di prevedere il tempo e, ancora prima di loro, la civiltà ebraica che lascia riferimenti della sua meteorologia empirica nelle Sacre scritture.
• Bisogna però aspettare la civiltà Greca per cominciare gradualmente un atteggiamento più razionale, affiancando all‘interpretazione mitologica e astrologica dei fenomeni atmosferici l’esperienza e le osservazioni della natura.
• La testimonianza più importante a riguardo è la «Meteorologica» di Aristotele, i cui principi, a parte qualche intuizione corretta, hanno scarso fondamento scientifico ma sono state la base indiscussa delle conoscenze atmosferiche per quasi 2000 anni.

Storia delle Stazioni Meteo

• Il Rinascimento segna un punto di svolta nella meteorologia, si inizia ad affrontare i fenomeni atmosferici con atteggiamento scientifico:
• vengono inventati i primi strumenti meteorologici come l’anemometro da Leon Battista Alberti 1450 poi perfezionato da Leonardo, l’igrometro da Leonardo da Vinci, il pluviometro da Castelli, il termometro da Galileo Galilei ed il barometro da Torricelli.
• Addirittura nel 1650 viene realizzata la prima rete di postazioni per l’osservazione del tempo per iniziativa del Granduca di Toscana Ferdinando II.

Il rinascimento e i primi strumenti meteorologici

Storia delle Stazioni Meteo

• La strumentazione però è ancora rozza e le conoscenze scientifiche ancora approssimate,
• Tuttavia un grande contributo alla comprensione dei fenomeni meteorologici viene dalla fervente attività marinara dell’epoca:
• le imprese di grandi esploratori come Colombo, De Gama o Magellano consentono infatti di acquisire una prima seppur approssimativa visione sulla distribuzione geografica dei venti e sulle condizioni meteorologiche prevalenti sulla maggior parte del pianeta.

Il rinascimento e i primi strumenti meteorologici

Strumentazione

• Anemometro

• Igrometro

• Termometro

• Barometro

• Pluviometro

Stazioni meteo: primi strumenti

L'anemometro serve a misurare l'intensita, la velocità e la direzione del vento

Leonardo disegnò due tipi di anemometri;

Quello riportato nella figura in basso consiste in un semplice legno graduato dotato di una lamina che si sposta in funzione della forza del vento. L’anemometro è sormontato da un anemoscopio a banderuola, in grado di indicare la direzione del vento.

Codice Atlantico foglio 675

L' anemometro

Stazioni meteo: primi strumenti

Igrometro (storia)

Intorno al 1430, Nicola Cusano propose di misurare l'umidità dell'aria mediante la differenza di peso di una balla di lana.

Intorno al 1500 Leonardo da Vinci costruì un igrometro meccanico.

Nel 1664 Francesco Folli propose un proprio modello di igrometro, basato sulle capacità igroscopiche della corda o della carta.

Nel 1780 Horace de Saussure costruì l'igrometro a capelli. Nella seconda metà del XVIII secolo John Coventry mise a punto un igrometro a dischi di carta.

Nel 1820 John Frederic Daniell inventò l'igrometro a condensazione..

Stazioni meteo: primi strumenti

• L’ igrometro
• Leonardo da Vinci nei suoi appunti descrive gli schemi dei primi rudimentali strumenti meteorologici.
• L’igrometro a bilancia, strumento creato per misurare l’umidità dell’atmosfera.
• Come si vede nella figura in basso esso consiste in una bilancia a due piatti, in uno è posta della cera (peso costante); l'altro contenente ovatta, il cui peso varia in funzione dell'umidità assorbita. Più l'aria è umida, più il piatto con l'ovatta diventa pesante e scende.

Stazioni meteo: primi strumenti

• Nel XVII secolo Ferdinando II De’ Medici inventò l’igrometro a condensazione, il cui elemento principale era un vaso in cui veniva messo del ghiaccio. Sulle pareti esterne del vaso raffreddate l’umidità presente nell’aria circostante si condensa, la condensa viene raccolta in un’ampolla alla base del vaso, più goccioline sono raccolte maggiore è la corrispondente umidità atmosferica.

Stazioni meteo: primi strumenti

I primi igrometri però erano imprecisi poiché misurare l’umidità non è semplice, ma alla fine del XVIII secolo arrivò l’igrometro a capelli, usato fino in tempi recenti e basato sul principio secondo cui i nostri capelli si allungano in presenza di umidità e si accorciano se l’aria è secca.

Igrometro elettronico

​

L'igrometro elettronico utilizza dei sensori a stato solido che possiedono la caratteristica di variare i propri parametri elettrici proporzionalmente al valore di umidità relativa cui sono esposti. Possono essere di tipo resistivo o capacitivo. In entrambi i casi, il circuito di condizionamento utilizza una configurazione a Ponte di Wheatstone per la sua grande sensibilità, convertendo la variazione resistiva o capacitiva in un segnale elettrico misurabile. Gli igrometri elettronici sono estremamente precisi e compatti, anche se necessitano ovviamente di una fonte energetica per funzionare.

Stazioni meteo: primi strumenti

• Per un’accurata misura dell’umidità dell’aria si ricorre poi allo psicometro, strumento più complesso composto da un termometro a bulbo asciutto e da uno a bulbo bagnato (il bulbo è avvolto in un tessuto di cotone inumidito con acqua distillata): sfrutta il principio secondo cui il tasso di umidità varia con la temperatura. In base ai valori riportati dai termometri si può risalire al contenuto dell’umidità atmosferica.

Anche se la tecnologia ormai ci dà strumenti sempre più sofisticati, la misura della temperatura ha radici antiche: Galileo Galilei sfruttò i fluidi a diverse densità, tenendo conto che la densità varia anche con la temperatura e all’inizio del Seicento ha ideato il termometro galileiano, che spesso si vede anche oggi nei negozi di ottica in veste più moderna, (figura in basso)

E‘ un cilindro in cui galleggiano ampolline riempite con diversi fluidi, di solito colorati e che riportano una targhetta con la temperatura che rappresentano. A seconda della temperatura effettiva dell’ambiente le ampolline risalgono in superficie e più la temperatura è bassa più tenderanno a sedimentare sul fondo: man mano che la temperatura sale, sempre più ampolline risaliranno verso l’alto.

Di fianco è anche riportato un termometro come si vedeva fino a qualche tempo fa con le due scale termometriche la Celsius e la Fahrenheit.

Termometro

Nel 1643 Torricelli ricavò il valore della pressione atmosferica riempiendo di mercurio un tubo lungo circa un metro, tappandolo con un dito e capovolgendolo in una bacinella anch'essa contenente mercurio.

Lasciato defluire, il mercurio scese nel tubo fino a quando la pressione alla base

della colonna di liquido non fu pari alla pressione dell'aria sulla superficie libera

del mercurio.

​

Trovò che al livello del mare l'altezza della colonna di mercurio è circa 760 mm.

La pressione atmosferica, dunque, è data da

Patm = d g hatm

dove d= 13600 Kg/m3 è la densità del mercurio.

​

Se invece di mercurio si volesse usare acqua, si dovrebbe impiegare un tubo lungo

più di 10 metri, in quanto la densità dell'acqua è 1000 Kg/m3

Barometro

Barometro

I comuni barometri sono chiamati anche aneroidi, senza fluidi, e sono fatti con una capsula metallica cilindrica di qualche cm di diametro, con basi sottili che all’interno hanno quasi il vuoto affinché al variare della pressione la capsula si deformi verso l’interno quando la pressione sale, verso l’esterno se scende. Le oscillazioni della capsula vengono trasmesse ad un indice che scorre su scala graduata.

Aneroidi

Pluviometro 1

La quantità di pioggia viene misurata con il pluviometro, strumento composto da un imbuto ad asse verticale che raccoglie la pioggia misurandone la quantità tramite un opportuno meccanismo a scatto, ciascuno dei quali corrisponde ad un quantitativo minimo di acqua prefissato (di solito 0,1 o 0,2 mm). Registrandoli, si risale alla quantità totale di pioggia caduta. In commercio ce ne sono molti, alcuni usano semplici cucchiai di capacità predefinita, altri sono formati da una coppia di vaschette di capienza nota montate su un sistema ad altalena.

Pluviometro 2

Il primo pluviometro fu costruito in Corea nel 1441 ad opera del principe Munjong figlio del re Sejong il Grande.

Nel 1639 un allievo di Galileo, Benedetto Castelli, ha effettuato delle misurazioni delle precipitazioni tramite un recipiente cilindrico fatto di vetro, tenendo conto del livello d’acqua dopo la pioggia.

​

Nel 1662 Christopher Wren inventò il pluviometro basculante, prototipo dei pluviometri moderni, che fu migliorato nel 1670 da Robert Hook.

Solo agli inizi dell’Ottocento però si fece strada la convinzione che il tempo dipendesse dallo spostamento delle perturbazioni, aventi dimensioni anche di qualche migliaio di chilometri.

Si capì così che per comprendere i fenomeni meteorologici occorreva una rappresentazione sinottica (di insieme), dunque simultanea, delle osservazioni del tempo che comprendessero un’area molto vasta, ponendo le basi della meteorologia sinottica.

Storia delle stazioni meteo

​

Agli inizi del XIX secolo le prime mappe meteorologiche consentirono di intuire la stretta relazione tra vento e pressione, ma si dovrà aspettare l’invenzione del telegrafo nel 1853 affinché l’analisi sinottica del tempo possa essere eseguita in tempo reale.

Storia delle stazioni meteo

A gettare le basi della meteorologia moderna furono però soprattutto i lavori elaborati da Richardson nel 1922, che escogitò un tentativo di risoluzione approssimata delle complesse equazioni del moto allora applicate all’atmosfera tramite i metodi tipici dell’analisi numerica, aprendo negli anni ’50 la strada ai modelli fisico-matematici.

Nel 1922 Jeffreys elabora delle equazioni del moto sotto diverse condizioni spaziali e temporali, realizzando una classificazione dei venti in tre tipi idonei a descrivere le circolazioni realmente osservante nell’atmosfera

Nel 1918 però Bjerknes, meteorologo norvegese, formula un nuovo modello delle depressioni mobili delle medie latitudini chiamato teoria dei fronti, modello ancora usato.

Storia delle stazioni meteo

Storia delle stazioni meteo

Tra il 1700 e il 1800 le leggi della dinamica, appena scoperte, vengono applicate anche all’atmosfera: nel 1783 Eulero riscrive le equazioni del moto in una forma idonea a descrivere anche i moti atmosferici. Nel 1859 W. Ferrel fa una trattazione matematica dei moti atmosferici nella quale viene evidenziato, per la prima volta, come la rotazione della Terra abbia l’effetto di deviare le masse d’aria verso destra nell’emisfero nord e verso sinistra in quello sud.

Ma a gettare le basi della moderna meteorologia sono soprattutto i lavori elaborati tra il 1900 e il 1930 da tre grandi studiosi. Nel 1922 L.F. Richardson si rende conto che le equazioni del moto applicate all’atmosfera, pur contenendo in sé la descrizione dell’evoluzione del moto delle masse d’aria e della pressione, sono in realtà troppo complesse cosicché è impossibile ricavarne la soluzione analitica “esatta”, così come si fa, ad esempio, con un’equazione di 2° grado. Per aggirare l’ostacolo, Richardson escogita, per primo, un tentativo di risoluzione approssimata mediante i metodi tipici dell’analisi numerica, ossia trasformando le complesse operazioni presenti nelle equazioni (derivate e integrali) in semplici operazioni aritmetiche tra numeri. I risultati della prima “previsione numerica” nella storia della meteorologia furono disastrosi, soprattutto per le ridotte capacità di calcolo di allora.

Storia delle stazioni meteo

Tuttavia il tentativo di Richardson resta degno di nota perché negli anni ’50, con l’avvento dei primi computer, aprirà la strada ai modelli-fisico matematici.

Nel 1922 H. Jeffreys, elaborando le equazioni del moto, realizza una classificazione dei venti in tre tipi idonei a descrivere le circolazioni realmente osservate nell’atmosfera, dal ciclone tropicale, al ciclone mobile extra-tropicale delle nostre latitudini e alle brezze locali. È merito ancora di Jeffreys l’avere scoperto la presenza in seno alle correnti occidentali delle medie latitudini, di oscillazioni meridiane. Qualche anno più tardi Rossby dà una giustificazione teorica a tali ondulazioni (da qui il nome di onde di Rossby).

La regolarità con cui le ondulazioni si muovono lungo i paralleli ne rende abbastanza agevole la stima dello spostamento tanto che le onde di Rossby rivestono oggi fondamentale importanza nelle previsioni da 3 a 10 giorni

.

Il 1 Aprile 1960 viene lanciato Tiros I, (Television InfraRed Observation Satellite) primo satellite meteorologico che apre una nuova era nel campo delle osservazioni. E' il primogenito di una costellazione di satelliti meteo messo in orbita dall’ente spaziale statunitense NASA che, negli anni, lancerà un’intera famiglia della stessa serie.

I Satelliti

​

Già a poche ore dal lancio, Tiros-1 inizio le riprese della situazione meteorologica della Terra, vista dallo spazio. Due telecamere sono collocate in un corpo del peso di 120 kg, assieme a due registratori a nastro magnetico utilizzati per memorizzare le immagini quando il satellite è al di fuori dal raggio delle comunicazioni. Tiros 1 traccia così la strada al programma Nimbus, che porterà allo sviluppo dei moderni satelliti meteorologici lanciati dalla Nasa. I primi satelliti meteorologici ad essere realizzati in Europa sono stati invece i Meteosat di cui il primo, Meteosat 1, è lanciato il 23 novembre 1977.

​

La foto si riferisce al MSG-1 lanciato nello spazio il 29 Agosto 2002

I Satelliti

Storia delle stazioni meteo

PASSATO

PRESENTE

Storia delle stazioni meteo

Futuro

Storia delle stazioni meteo

Conclusioni

​

Fin dai tempi degli uomini primitivi i fenomeni atmosferici affascinavano e terrorizzavano, da essi spesso dipendeva la stessa sopravvivenza di intere popolazioni, fin da subito si capì l'importanza di cercare di prevederli.

All'inizio le previsioni potevano solo essere associate ai moti degli astri i quali indicando le stagioni davano una qualche previsione dei fenomeni atmosferici, la cosa ovviamente era nelle sole mani dei saggi, sacerdoti,... oracoli di stato.

Con la creazione dei primi strumenti (igrometro, barometro, termometro,...) fu possibile realizzare le prime stazioni di misurazione queste tuttavia indicavano i dati in modo locale. Bisognò aspettare la comparsa del telegrafo e della radio per realizzare le prime mappe sinottiche di qualche utilità, con le quali iniziare a fare delle previsioni realistiche.

Tuttavia quello che mancava era la possibilità di accedere a grandi masse di dati da usare per la realizzazione delle mappe sinottiche. Qui entrarono in gioco di nuovo gli stati, gli eserciti, le grandi organizzazioni le sole a poter disporre di grandi capacità di calcolo, dati provenienti da decine di stazioni distribuite sul territorio e in tempi recenti di informazioni sempre più precise sfruttando i satelliti.

La meteorologia continuava a rimanere qualcosa che solo gli oracoli di stato potevano disporre.

La tendenza a realizzare stazioni meteorologiche locali non si è mai fermata dal medioevo in poi si è sempre continuato a costruirne di più precise e complete, ma queste rimanevano comunque locali.

Oggi le cose stanno per la prima volta nella storia cambiando grazie ai makers che continuano a costruire e a mettere in rete stazioni meteorologiche sempre più sofisticate. La diffusione delle capacità di calcolo con i PC inizia a rendere possibile anche per noi fare delle previsioni attendibili senza dover ricorrere agli “oracoli di stato”.