Il grande interesse verso lo studio della qualità dell’aria ed il monitoraggio delle polveri vulcaniche ha spinto numerosi istituti di ricerca, agenzie governative che si occupano di monitoraggio del clima e dell’ambiente ad equipaggiarsi con decine di nuovi sensori per provare a caratterizzare gli effetti del particolato atmosferico sulla salute pubblica e sulla sicurezza.
Questo interesse ha anche portato alla ribalta le grandi capacità delle tecniche di telerilevamento dal suolo di monitorare l’evoluzione spaziale e temporale del particolato a scala nazionale, continentale e globale.
In particolare le tecnica LIDAR (Light Detection and Ranging) ha permesso dei significativi miglioramenti nella nostra conoscenza della distribuzione del particolato in atmosfera ma anche la possibilità di caratterizzare la natura di queste particelle ed il loro impatto sul clima e sull’ambiente.
La necessità di utilizzare sensori user-friendly, a basso livello di manutenzione e a basso costo, ha generato un incremento nell’utilizzo di nefoipsometri (noti dall’inglese come ceilometers) per il monitoraggio del particolato. Questi sensori, operativi h24 e tradizionalmente utilizzati negli aeroporti per il monitoraggio delle nubi, nonostante le loro differenze dai sistemi lidar più avanzati e più potenti, la maggior parte dei quali non operativa h24, destano grande interesse per il loro utilizzo nello studio quantitativo delle proprietà degli aerosol. Il gran numero di nefoipsometri disponibili in tutto il mondo rappresenta una forte motivazione per indagare la misura in cui essi possono essere utilizzati per riempire i vuoti geografici tra le stazioni lidar avanzate e di come il loro flusso di dati continuo può essere collegato alle reti esistenti di lidar avanzati, come EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network). Di conseguenza sono in corso diversi progetti internazionali che hanno lo scopo di armonizzare i dati provenienti da diverse reti di nefoipsometri e lidar per fornire informazioni quasi in tempo reale sia per i modelli numerici di previsione meteorologica sia per la qualità dell'aria.
Nell’articolo viene illustrato come partendo dalle competenze acquisite nell’ambito di EARLINET, e sulla base delle tecnologie, delle strategie di misura, degli strumenti per il trattamento dei dati sviluppate dalle rete, è possibile effettuare una valutazione complessiva delle capacità dei nefoipsometri di essere efficacemente impiegati per la caratterizzazione del particolato atmosferico.
L’articolo - attraverso una serie di simulazioni teoriche e confronti basati su misure reali fornite dalle stazioni di misura di EARLINET collocate a Monaco di Baviera e a Potenza -dimostra come l’utilizzo dei nefoipsometri permetta, entro determinati limiti di incertezza, la caratterizzazione del solo coefficiente di retrodiffusione degli aerosol. Tuttavia, anche questo prodotto può essere calcolato solo se viene effettuata una calibrazione accurata, spesso basata sull’utilizzo combinato di informazioni ancillari fornite da radiometri ottici co-locati o attraverso una calibrazione piuttosto frequente con sistemi lidar avanzati, co-locati al nefoipsometro almeno durante il periodo di calibrazione. Tutte le altre proprietà ottiche e microfisiche del particolato atmosferico possono essere ottenute dalle misure dei nefoipsometri solo mediante assunzioni che producono una stima finale affetta da un’ incertezza che ne impedisce l’utilizzo nello studio del clima, della meteorologia e della qualità dell’aria.
In conclusione, i nefoispometri ceilometers mostrano un buon potenziale per studiare l’evoluzione spaziale e temporale degli aerosol atmosferici, ma sono limitati del caratterizzarne le proprietà. Hanno dimostrato capacità promettenti nella rilevazione di plume vulcanici in sinergia con lidar avanzati e modelli di dispersione chimica. Ulteriori miglioramenti tecnologici sono necessari per arrivare ad utilizzare i nefoispometri nel monitoraggio operativo del particolato atmosferico. Attualmente, è in fase di discussione un secondo lavoro che approfondisce ulteriormente la problematica e prova a dare ulteriori risposte in merito all'utilizzo dei nefoispometri (Madonna, F., Amato, F., Vande Hey, J., and Pappalardo, G.: Ceilometer aerosol profiling vs. Raman lidar in the frame of INTERACT campaign of ACTRIS, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 7, 12407-12447, doi:10.5194/amtd-7-12407-2014, 2014.) ."
Confronto tra serie temporali di osservazione ottenute con il lidar avanzato PEARL (a sinistra), e due tipi di ceilometer, rispettivamente il CHM15k (al centro) delle Jenoptik e il CT25K (a destra) della VAISALA il 12 luglio 2010 19:15-21:15 UTC. Il confronto viene effettuato tra le quantità, tra di esse proporzionali fornite dai singoli strumenti: segnale corretto per la distanza per PEARL e CHM15k e backscattering normalizzato per le sensibilità dello strumento per il CT25k.
Per informazioni:
Fabio Madonna, CNR-IMAA, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Approfondimenti
Wiegner, M., Madonna, F., Binietoglou, I., Forkel, R., Gasteiger, J., Geiß, A., Pappalardo, G., Schäfer, K., and W.Thomas 4. “What is the benefit of ceilometers for aerosol remote sensing? An answer from EARLINET” ( Atmos. Meas. Tech., 7, 1979-1997, doi:10.5194/amt-7-1979-2014, 2014)
