**Rignano Meteo**

 

In questa sezione, cercheremo di spiegare i concetti che stanno dietro alla misurazione della temperatura nei termometri comunemente usati nelle stazioni meteorologiche automatiche; cercheremo insieme di capire quanto la radiazione diretta sul sensore  possa influire sulla corretta misurazione della temperatura e quanto sia importante utilizzare la schermatura dello stesso.

Ma cos'è la temperatura ?

Un termometro posto all'aria aperta è avvolto da una corrente d'aria attraverso la quale effettua scambi di energia termica (convezione/conduzione e radiazione), se l'aria è ricca di umidità, avvengono anche gli scambi termici di calore latente. Questi scambi di energia possono essere descritti mediante un bilancio energetico: la somma di tutte le energie deve essere uguale all'accumulo dell'energia termica all'interno del termometro. A questo punto potrebbe sorgere spontanea una domanda: come calcoliamo l'energia accumulata all'interno di un  termometro ? Ma naturalmente con la sua TEMPERATURA !  Nel nostro specifico caso è doveroso soffermarsi maggiormente sulla trasmissione di calore che avviene per  IRRAGGIAMENTO.

Cos'è la trasmissione di calore per IRRAGGIAMENTO ?

L'irraggiamento è una forma di trasmissione dell'energia che, al contrario della conduzione e della convezione, non prevede contatto diretto tra gli scambiatori, e non necessita di un mezzo per propagarsi. Nell'irraggiamento la trasmissione di energia avviene attraverso l'emissione e l'assorbimento di radiazione elettromagnetica. Secondo questo processo il trasferimento di calore avviene sotto forma di onde elettromagnetiche, perciò il calore può propagarsi anche nel vuoto, non solo attraverso la materia. Avviene dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore, in realtà, l’energia si propaga in entrambe le direzioni ma con minore intensità da quello freddo a quello caldo. Infatti, se un corpo emanasse soltanto e non assorbisse mai energia elettromagnetica la sua temperatura raggiungerebbe lo zero assoluto. L’emissione e l’assorbimento dipendono dalla frequenza della radiazione, dalla natura del corpo e da alcune caratteristiche della sua superficie: un corpo avente una superficie scura è un buon assorbitore ed emettitore.

Qual'è la funzione dello schermatura?

Lo schermatura è un mezzo che permette al termo-igrometro di rilevare correttamente i due parametri principali (T e UR%) in un'area scoperta (posizionamento secondo norme O.M.M) la quale inevitabilmente sarà sottoposta ad ogni forma di irraggiamento, diretto ed indiretto, diurno e notturno. Infatti esistono forme di irraggiamento diretto da parte della luce solare durante il giorno, ma anche da parte della luce riflessa dal terreno, da alberi e da  edifici posti nelle vicinanze  se ve ne sono. Esiste, come già accennato  pure una forma di irraggiamento notturno.

E se non usassi nessuna schermatura ? A quali errori potrei andare incontro ?

Appare evidente, per esperienza diretta da parte di tutti noi, che mettendo direttamente (e senza nessuna "protezione") un termometro al Sole, questo rileverà  magari una temperatura di 30°C anche in pieno inverno; meno chiari sono i meccanismi e gli errori che si possono avere  esponendo un termometro non schermato all'aria aperta durante le ore notturne.

Facciamo un esempio e  ipotizziamo di avere un  bicchiere d'acqua posto all'esterno, in zona aperta e con a fianco un sensore termo-igrometrico efficacemente schermato.  Accadrà che, in una serata invernale caratterizzata da cielo  sereno e calma di vento (vedi anche INVERSIONE TERMICA) si formerà del ghiaccio nel bicchiere quando la temperatura rilevata dal nostro termometro (schermato) sarà ancora su valori di poco positivi.  Questo perché  l'insieme bicchiere-acqua emette energia radiante verso lo spazio stellare il quale non gli rimanda indietro praticamente niente visto che è nero e gelido.

Il bicchiere  si raffredderebbe all'infinito se non intervenisse il calore dell'aria circostante. Si stabilisce in realtà  una condizione di equilibrio tra energia radiante in uscita ed energia acquisita dall'ambiente circostante in cui il bicchiere ed il suo contenuto si troveranno.

La temperatura osservata nel sistema acqua-bicchiere, alla fine sarà leggermente più bassa di quella dell'aria, rilevata grazie al nostro termometro schermato.

Questo gap sarà  tanto maggiore quanto meno favorito sarà  lo scambio termico tra aria e corpo e questo avrà il suo massimo valore, quando l'aria sarà immobile (in assenza di ventilazione).

Altre condizioni meteo possono influire su questo "meccanismo": se sulla postazione  è  presente aria secca o comunque non satura, la superficie dell'acqua tende a perdere molecole per evaporazione. Le molecole, per farlo, hanno bisogno di energia che sottraggono al resto del liquido che nel contempo si raffredda.  Il fenomeno è tanto più accentuato quanto più l'aria è asciutta e ci sia ventilazione. 

Per capire sommariamente quale  influenza può avere una schermatura sul un sensore,  ipotizziamo di mettere un pezzo di cartone a 10 cm sulla verticale del bicchiere: eseguita questa operazione l'acqua contenuta nel bicchiere non ghiaccerà  più,  senza aver  inciso minimamente sulla ventilazione e sulla temperatura reale dell'aria. 

Altro esempio pratico : Avete mai parcheggiato l'auto sotto un albero non spoglio trovandola sgombra di brina gelata a differenza delle auto vicine ma scoperte? Eppure l'albero non è mica un termosifone, no ??

Ci sono tanti tipi di schermature, quale è la migliore ?

Finora abbiamo parlato soltanto del concetto di schermatura, adesso cercheremo di entrare un minimo sull'argomento, elencando pregi e difetti di ogni tipologia esistente sul mercato. 

Vi sono sinteticamente 2 grandi "famiglie" di schermature: 

1)Le capannine meteorologiche

La capannina a persiana, realizzata di solito in legno, si basa sul principio della ventilazione naturale ed è "dedicata" solitamente a chi usa strumentazione "tradizionale", ossia il termometro a mercurio e l'igrometro a capello.

Le dimensioni e la struttura della capannina  sono concepite per cercare di ridurre quanto più possibile la capacità termica (cioè l'inerzia che la capannina presenta alle variazioni di temperatura) e lasciare ampio spazio fra strumenti e pareti. La capannina è  dipinta dentro e fuori con pittura bianca non igroscopica.

La libera circolazione dell'aria attraverso la capannina aiuta la temperatura interna ad adeguarsi rapidamente alle variazioni della temperatura ambientale e consente al termometro di seguire le variazioni di temperatura dell'aria ambiente più rapidamente che se fossero operanti solo scambi radiativi.

Come è facile intuire dalla sommaria descrizione, la capannina, benché abbia fatto "la storia" dei rilevamenti meteorologici, oggi non è più molto usata, sia per il fenomeno dilagante delle strumentazioni elettroniche, sia per il fatto che la capannina per funzionare bene, deve essere posizionata in luogo ottimamente ventilato, quindi sono da escludere a priori le postazioni urbane, oggi molto comuni fra i meteo appassionati.


2)Gli schermi solari

Esistono 3 principali tipologie di schermi solari:

1)Lo schermo passivo

2)Lo schermo passivo con Kit day Time

3)Lo schermo ventilato 24 h su 24

Iniziamo con il dire che se se il nostro termo-igrometro fosse posto in un luogo molto ventilato, sia di giorno che di notte, a livello teorico quasi non servirebbe la schermatura, sarebbe sufficiente una piccola tettoia che lo protegga dalla pioggia. Nella stragrande maggioranza delle postazioni ciò non avviene è dobbiamo adottare uno schermo solare per rilevare temperature il più possibile corrette.

Lo schermo passivo deriva il proprio nome dal fatto che si comporta da "passivo", ossia contribuisce a schermare le radiazioni incidenti durante il giorno e a proteggere (in parte) il sensore dall'eccessiva "perdita di calore" per irraggiamento durante la notte. Fatto sta che questo schermo dovrebbe essere utilizzato in luoghi dove esiste quasi sempre anche una seppur debole brezzolina, sufficiente a  non far riscaldare troppo l'aria all'interno dello schermo durante il giorno e non farla "sottofreddare" troppo durante le notti serene e con calma di vento.  Se queste condizioni non sussistono (postazioni in zone urbane o comunque  scarsamente ventilate), la misurazione della temperatura e con essa dell'UR%, sarà afflitta da errori quantificabili fino a +3/+4°C durante il giorno in piena estate (senza ventilazione naturale) e fino a  -0.5/-0.7°C durante la notte, con cielo sereno e calma di vento.

Lo schermo passivo con Kit day time, nasce per sopperire in parte alle carenze del passivo, essendo lo schermo "corredato" di una piccola ventolina (alimentata  da un pannello fotovoltaico durante il giorno), la cui rotazione produce un debole flusso d'aria che  evita un eccessivo ristagno di aria "surriscaldata" all'interno dello schermo.  Con questo tipo di schermo, sono quasi annullate le sovrastime giornaliere estive (errore quantificabile fino a  +1/+1.5°C), ma rimane il problema durante la notte, in quanto la ventolina si ferma per mancanza di alimentazione.

Lo schermo ventilato h 24, è sicuramente il migliore dei 3 e naturalmente anche il più costoso !! In genere in questo tipo di schermo il sensore T/H è disposto  all'interno di  un tubo coibentato, alla cui sommità è posta una ventolina:  il  flusso d'aria prodotto  "lava" continuamente il sensore; mediante questa soluzione si evitano in genere sovrastime durante il giorno in estate e le sottostime durante la notte, in presenza di cielo sereno e calma di vento. L'errore (seppur sempre presente) di solito è contenuto entro +1°C durante il giorno, praticamente nullo di notte. 

Esiste tuttavia un "rovescio della medaglia" anche in questi schermi: la ventolina utilizza  l'energia prodotta  da un sistema  fotovoltaico che produce energia elettrica durante il giorno e   va ad "immagazinare" quella in  "surplus" in una batteria tampone; la ventolina, durante la notte o quando il pannello non produce,  attinge energia dalla batteria per poter continuare a funzionare. Ma se...... tutto appare poter funzionare correttamente durante l'estate, dei grossi problemi possono insorgere in autunno/inverno, quando le minori ore di illuminazione, la presenza di nebbie e il cielo coperto, non permettono la ricarica della batteria tampone: la ventolina smetterà quindi di funzionare per un tempo più o meno prolungato. Il problema è proprio qua : essendo lo schermo ventilato concepito proprio come ventilato artificialmente, non riesce a sfruttare la ventilazione naturale e quindi (nei momenti in cui la ventolina è ferma) assisteremo a delle sovrastime delle temperature durante il giorno, anche in presenza di una debole ventilazione naturale. Certamente non arriveremo mai ad errori "clamorosi" come per il  passivo, ma errori quantificabili in +1/+1.5°C non sono certamente da escludere durante il verificarsi delle condizioni sopra citate.

 

©Tutti i diritti riservati