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Sopra le nuvole: perché il radar a onde millimetriche è lo strumento migliore per esplorare le nuvole?
Con l'aumento dei cambiamenti climatici e della frequenza degli eventi meteorologici estremi, la comunità scientifica presta sempre più attenzione allo studio delle nuvole. La natura e la dinamica delle nuvole influenzano direttamente l’accuratezza delle previsioni meteorologiche e dei modelli climatici. A questo proposito, il radar a onde millimetriche è considerato uno dei migliori strumenti per esplorare la struttura delle nuvole e le sue dinamiche. Questo sistema radar ad alta tecnologia fornisce una risoluzione senza precedenti, consentendo ai ricercatori di analizzare le proprietà microfisiche delle nuvole e persino di seguirne l’evoluzione.
Come funziona il radar a onde millimetriche
Il radar a onde millimetriche è un sistema radar appositamente progettato per monitorare le nuvole. La sua gamma di frequenza operativa è generalmente compresa tra 24 e 110 GHz. Rispetto al tradizionale radar in banda S, la sua lunghezza d'onda è più corta, da circa 1 mm a 1,11 centimetri. Questa caratteristica consente al radar a onde millimetriche di rilevare in modo più sensibile goccioline d'acqua o cristalli di ghiaccio più piccoli nelle nuvole.
Grazie alla sua elevata risoluzione temporale e di portata, il radar a onde millimetriche può identificare con precisione i confini delle nuvole e le loro proprietà microfisiche, aiutando così gli scienziati a comprendere meglio il processo di riflessione delle nuvole, assorbimento e conversione dell'energia radiante.
Il radar a onde millimetriche funziona tipicamente nella banda Ka a 35 GHz e nella banda W a 94 GHz, le due frequenze con la migliore trasmissione atmosferica. L'elevata risoluzione nel dominio del tempo e nella distanza consente ai ricercatori di ottenere dati tra 1 e 10 secondi e di osservare diverse caratteristiche delle nuvole con una precisione di diversi metri.
Diverse applicazioni del radar a onde millimetriche
Questi radar non vengono utilizzati solo per misurare le proprietà fisiche delle nuvole, ma sono ampiamente utilizzati anche per studiare altri argomenti importanti come la nebbia, gli insetti e gli aerosol. Poiché il radar a onde millimetriche è in grado di rilevare quasi tutti gli insetti bersagli in una giornata senza nuvole, ha dimostrato il suo valore unico nella ricerca entomologica. Inoltre, questi radar possono anche rilevare aerosol di grandi dimensioni, aiutando gli scienziati a comprendere la distribuzione e l’intensità degli aerosol.
Ad esempio, il Cloud Profile Radar (CPR), operativo sul satellite CloudSAT dal 2006, è un esempio di applicazione di successo del radar a onde millimetriche.
Caratteristiche tecniche del radar a onde millimetriche
Il radar a onde millimetriche dispone di una varietà di tecnologie avanzate, tra cui funzionalità di misurazione della polarizzazione, in grado di misurare le dimensioni e la forma delle gocce d'acqua e dei cristalli di ghiaccio nelle nuvole. Lo sviluppo di questa tecnica è particolarmente importante per lo studio delle nubi a fase mista nell'atmosfera, poiché la forma dei cristalli di ghiaccio è un fattore importante che porta a errori nel recupero delle dimensioni e della concentrazione numerica nelle osservazioni lidar e radar combinate verticalmente.
Inoltre, la diversità dei radar a onde millimetriche si riflette anche nelle loro forme di installazione, compresi i sistemi a terra, in aria e nello spazio. Ad esempio, molti aerei per la ricerca scientifica sono dotati di radar a onde millimetriche, come l'aereo HALO e l'aereo da ricerca KingAir del Wyoming, che consente ai ricercatori di effettuare misurazioni delle nuvole a diverse altitudini e ambienti.
Sviluppo e sfide future
Sebbene il radar a onde millimetriche abbia dimostrato eccellenti capacità nella ricerca sulle nubi, deve ancora affrontare diverse sfide. Ad esempio, come migliorare la risoluzione dei dati radar per catturare con precisione piccoli cambiamenti e far fronte all’incertezza dell’ambiente atmosferico è ancora un problema difficile che la comunità scientifica deve superare.
Anche la missione Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE), che sarà lanciata nel marzo 2023, spingerà questa tecnologia a un nuovo livello. Si tratta del primo radar per il profilo delle nuvole spaziali con funzionalità Doppler.
Considerazioni finali
Lo sviluppo e l'applicazione del radar a onde millimetriche continua a migliorare la nostra comprensione delle nuvole, contribuendo a migliorare la precisione delle previsioni meteorologiche e climatiche. Tuttavia, di fronte ai sistemi meteorologici in continua evoluzione, che si tratti di tecnologia o metodi, possiamo continuare a fare passi avanti nell'esplorazione e aprire la strada alla futura ricerca sul clima?
