Cos’è un radar?

Il radar, acronimo dell’inglese RAdio Detection And Ranging, è un sistema elettronico utilizzato per rilevare e misurare, sfruttando la propagazione delle onde elettromagnetiche, distanza, forma, dimensioni ed eventualmente anche la velocità di oggetti fissi o in movimento, detti bersagli (target).

Possiamo immaginare il radar come un grande occhio con capacità molto più acute di quelle dell’uomo nell’osservazione del suo ambiente. Il radar estende infatti le capacità dei sensi umani nell’osservazione dell’ambiente circostante, in quanto garantisce un raggio di osservazione estremamente maggiore dell’occhio umano e, inoltre, è in grado di ‘‘vedere’’ in condizioni per noi impossibili (nebbia, oscurità, pioggia).

Per capire il funzionamento di un radar pensiamo innanzitutto all’eco, un fenomeno che ci è molto familiare. L’eco è un fenomeno acustico prodotto dalla riflessione di onde sonore (ad esempio la nostra voce) che impattano contro un ostacolo e, quindi, vengono a loro volta nuovamente percepite da chi l’ha emesse più o meno immutate e con un certo ritardo rispetto al suono diretto.

In natura questo fenomeno viene utilizzato da alcuni mammiferi quali pipistrelli, uccelli che vivono nelle grotte, delfini e balene per localizzare, identificare e stimare la distanza degli oggetti. Parleremo, in tal caso, di ecolocalizzazione o sonar biologico, ossia localizzazione mediante l’utilizzo degli echi.

Il principio descritto è in realtà lo stesso utilizzato dei sensori sonar attivi (acronimo di SOund Navigation And Ranging) che si trovano a bordo dei sottomarini, mezzi navali in grado di individuare la posizione dei bersagli proprio sfruttando la rilevazione degli echi che rimbalzano dagli oggetti sommersi.

Un radar lavora un po’ come un pipistrello o un delfino: tuttavia, a differenza del sonar, un sistema radar localizza gli oggetti mediante la riflessione delle onde elettromagnetiche che, nonostante le analogie, presentano sostanziali differenze rispetto ad un’onda acustica (sonora).

Il radar, quindi, mediante un’antenna, emette un’onda elettromagnetica in una determinata direzione. L’onda si propaga nello spazio e se, lungo il suo tragitto, incontra un oggetto, viene riflessa e ricevuta nuovamente dal radar che, dunque, è in grado di rilevare e localizzare l’oggetto.

Il radar, nato come dispositivo bellico, trova oggi innumerevoli applicazioni sia in ambito militare che civile: alcune tipiche applicazioni del radar nella vita quotidiana sono, ad esempio, gli autovelox e i sistemi di parcheggio assistito.

Il radar meteorologico

Il radar meteorologico è uno strumento in grado di segnalare la presenza nell’aria di gocce di pioggia, fiocchi di neve e chicchi di grandine (chiamate anche idrometeore). Il radar meteorologico, come quelli usati in aviazione, emette un’onda elettromagnetica focalizzata nello spazio da un’antenna e trasmessa nell’atmosfera. Se l’onda incontra delle idrometeore, si creano degli echi di ritorno registrati dall’antenna. Misurando il tempo trascorso tra l’emissione e la ricezione del segnale e registrando la posizione dell’antenna, si può determinare la localizzazione geografica dell’oggetto.

Dall’intensità del segnale riflesso è possibile inoltre risalire all’intensità delle precipitazioni: le piccole goccioline di pioviggine daranno dunque un segnale debole, mentre i grossi chicchi di grandine un segnale molto forte. Nello specifico, si creano delle immagini che rappresentano la cosiddetta riflettività radar, una grandezza, misurata in dBz, che permette di evidenziare su una mappa la distribuzione delle idrometeore in un determinato istante di tempo sull’area coperta dal radar: mediante opportune colorazioni è possibile quindi di distinguere le zone con diverse intensità di precipitazione.

 Il radar per funzionare compie una scansione di 360° per diversi angoli di elevazione dal suolo, come mostrato in figura.

Possiamo definire un radar meteorologico come l’occhio dei temporali. Infatti, grazie all’ampio raggio di azione, un radar permette di localizzare in tempo reale delle precipitazioni e anche di fenomeni molto localizzati come i temporali. Ulteriori analisi permettono di individuare l’eventuale presenza di grandine all’interno della nube, la genesi ed evoluzione di un tornado e, in generale, l’evoluzione e traiettoria delle celle temporalesche.

Per poter utilizzare al meglio le informazioni provenienti dai radar è importante effettuare un’opportuna integrazione coi dati provenienti dai satelliti, i dati relativi alle fulminazioni e i dati provenienti dalle stazioni meteorologiche (temperatura, vento, pressione e soprattutto pioggia).

Il radar pugliese di Torchiarolo

Particolarmente importante il ruolo del radar meteorologico per il territorio salentino, un fazzoletto di terra le cui cronache del passato sono spesso caratterizzate da fenomeni meteorologici estremi come tornado, grandinate devastanti e alluvioni lampo.

A tal proposito, vi proponiamo la sintesi di un articolo, apparso qualche anno fa sulla britannica rivista scientifica METEOROLOGICAL  APPLICATIONS, nel quale vengono descritte dettagliatamente, mediante immagini radar, alcuni intensi sistemi temporaleschi alla mesoscala che hanno colpito il Salento nel corso del 2015 (Polarimetric Doppler radar analysis of squall line systems crossing Salento Peninsula).

Lo strumento utilizzato per l’analisi è il radar meteorologico di proprietà dell’ISAC-CNR, collocato nell’ambito del progetto RIVONA nei pressi di Torchiarolo (BR). Si tratta di un radar doppler polarimetrico, ossia un sistema radar altamente tecnologico che, oltre alle funzionalità tipiche di un comune radar meteo, è anche in grado di misurare la componente radiale della velocità degli oggetti in movimento (mediante l’effetto Doppler, lo stesso fenomeno per il quale la sirena di un’ambulanza in avvicinamento ad un osservatore viene percepita con un tono più alto che ha da ferma, per poi essere percepita con un tono più basso al passaggio accanto all’osservatore) e stimare con buona precisione il tipo di idrometeora contenuto all’interno di un nube (pioggia, grandine, grandine in stato di fusione, neve, ecc.).

I fenomeni analizzati nell’articolo sono dei sistemi temporaleschi che appaiono piuttosto frequentemente sul territorio salentino soprattutto in primavera e in autunno, ma anche in inverno: stiamo parlando delle squall line (linee di groppo), ossia lunghe e strette fasce temporalesche generalmente innescate dall’arrivo di un fronte freddo su uno strato di aria calda e umida preesistente. Le linee di groppo sono un tipo particolare di sistemi temporaleschi alla mesoscala (MCS – Mesoscale Convective Systems), caratterizzati dalla presenza di diverse celle con un ciclo di vita generalmente maggiore di quello di una singola cella.

La squall line grandinigena del 22 gennaio 2015

La prima squall line analizzata si sviluppò nel corso della serata del 22 gennaio 2015, quando l’arrivo di un fronte freddo da ovest portò alla genesi di una linea di groppo lunga circa 120 km. Il sistema temporalesco cominciò ad interessare i settori occidentali pugliesi a partire dalle 22, ora locale, per poi estendersi al resto del territorio salentino nel corso delle 3 ore successive.

Le immagini radar fornite sul piano verticale hanno permesso inoltre di indentificare la presenza di un overshooting top, una cupola al di sopra dell’incudine temporalesca segno di forti correnti ascensionali (updraft) in grado di spingere il top della nube ben oltre il cosiddetto punto di equilibrio (Equilibrium Level), in questo caso fino a quasi 10 km di altezza.

L’analisi di ulteriori parametri forniti dal radar doppler ha inoltre permesso di identificare 4 distinte regioni all’interno della nube, caratterizzate dalla presenza di diverse idrometeore in diversi stati fisici. Particolarmente rilevante l’area 3, proprio al di sotto dell’overhooting top: è proprio qui, infatti, in corrispondenza delle forti correnti ascendenti, che si rileva la presenza di grosse gocce di pioggia e grandine in parziale stato di fusione.

L’intensa squall line del 24 settembre 2015

La seconda squall line analizzata si riferisce ad un periodo completamente diverso dal precedente, siamo infatti all’inizio della stagione autunnale, alla fine del mese di settembre.

I mari molto caldi hanno fornito molta più energia al sistema temporalesco innescato ancora una volta dall’arrivo di un fronte di aria fredda: la sequenza delle immagini radar mostra la genesi della linea di groppo sul Salento nord-occidentale intorno alle 10:20, ora locale, e il successivo movimento verso sud-est entro le ore 13.

Il sistema temporalesco è stato talmente intenso da determinare la parziale nascita di una bow echo: si tratta di una particolare eco radar caratterizzata da una linea temporalesca leggermente arcuata a causa dei forti venti in uscita dal temporale.

Non solo, nel suo stadio di maturità, la squall line ha anche presentato una particolare quanto rara eco radar: si tratta del bookend vortex, ossia di un vortice con rotazione ciclonica sviluppatosi sul lato nord della linea di groppo. Solitamente, i bow echo associati ai bookend vortex sono indice di forti venti al suolo in uscita dal temporale, talora con effetti distruttivi.

Due waterpout (trombe marine) furono infatti segnalate sul lato sud della bow echo, poco al largo di Gallipoli.

La squall line del 10 ottobre 2015

Venti distruttivi accompagnarono l’arrivo della squall linea del 10 ottobre 2015, quando i furiosi venti temporaleschi (fino a 110 km/h presso la stazione di Gallipoli) abbatterono la stazione di servizio Eni, situata sulla S.S. Maglie-Lecce, all’altezza dello svincolo per Melpignano.

In questo caso, l’arrivo di una saccatura con tilt negativo (asse nord-ovest sud-est) innescò un intenso richiamo caldo-umido sciroccale sul Salento, con isoterme sino +15°/16° alla quota di riferimento di 850 hPa.

L’arrivo del fronte freddo fu devastante: la linea di groppo generata dal fronte ben presto si deformò per i forti venti in uscita dalla parte centrale del sistema, assumendo la forma di una bow echo.

Tuttavia, alcuni problemi tecnici al radar non permisero il monitoraggio della squall line in questione, anche se ne fu rilevato il passaggio di un altro sistema a mesoscala con forma arcuata nella tarda mattinata nei dintorni di Lecce.

Conclusioni

L’analisi condotta sottolinea il ruolo cruciale svolto, su un territorio caratterizzato da fenomeni meteorologici estremi come il Salento, da un radar meteorologico tutto pugliese, uno strumento capace di garantire lo sviluppo di un efficace e tempestivo servizio di sorveglianza meteorologica a salvaguardia del territorio e soprattutto della vita dei cittadini nelle zone a maggiore rischio idrogeologico.

Per maggiori dettagli: F Congedo, F Prodi, F Pasqualucci, G Trivellone, "Polarimetric Doppler radar analysis of squall line systems crossing Salento Peninsula"  Meteorological Applications 24 (3), 338-348.

Fabrizio Congedo
Collaboratore SuperMeteo