Classificazione dei sensori

Le tecniche di telerilevamento rientrano in due classi fondamentali: passive e attive. Nella tecnica passiva viene misurata la radiazione elettromagnetica emessa spontaneamente (per effetto “termico”) dall’oggetto o la parte di radiazione solare che l’oggetto riflette, diffonde o assorbe.

Nel caso attivo, il sensore misura la parte di radiazione elettromagnetica o acustica che esso stesso ha generato e che è stata riflessa o diffusa dall’oggetto.

All’interno delle due classi, si possono suddividere ulteriormente i sensori a seconda del tipo prevalente di informazione che forniscono e della banda di frequenza su cui operano.

I sistemi passivi vengono generalmente definiti “radiometri” in qualsiasi banda di frequenza. E’ da tener presente la differenza sostanziale che esiste tra radiometri operanti nell’infrarosso termico o a microonde e quelli nell’ottico o nell’infrarosso vicino.

I primi, come si è detto, misurano la radiazione elettromagnetica emessa spontaneamente dal mezzo sotto osservazione nella rispettive bande di frequenza, mentre i secondi misurano la frazione di radiazione solare riflessa dalla terra o, nel caso di osservazioni al lembo, assorbita dalla zona di atmosfera attraversata.

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Il termine spettrometro, poco usato a microonde, indica un sensore che opera simultaneamente a diverse lunghezze d’onda. Recentemente sono stati sviluppati sensori iperspettrali, dotati di centinaia di canali.

I radiometri a scansione usano antenne mobili o a scansione elettronica per esplorare zone estese dell’oggetto sotto osservazione, del quale producono immagini (mappe bidimensionali). In questo caso potenze misurate a diversi istanti corrispondono a diverse zone osservate, le cui dimensioni sono determinate dalla lunghezza angolare del fascio d’antenna e dalla distanza tra il sensore e il mezzo osservato.

Si noti che sono in corso di sviluppo radiometri a microonde ad antenna sintetica, che sfruttano la tecnica interferometria per aumentare la risoluzione angolare.

Le sonde radiometriche sono radiometri a più canali in grado di fornire profili (generalmente andamenti in funzione della quota) delle quantità di interesse attraverso opportune elaborazioni delle misure (tecniche di inversione). Per quanto riguarda i sensori attivi, il lidar è la versione ottica del radar. Gli altimetri sono radar (o lidar) su piattaforme spaziali o aeree dedicati a misure molto precise della distanza tra il satellite e la superficie terrestre. Anche gli scatterometri sono radar, dedicati a misure di potenza retrodiffusa, mentre i SAR sono radar ad apertura sintetica che, mediante un opportuna elaborazione delle misure di ampiezza e fase del campo elettromagnetico ricevuto, generano immagini ad alta risoluzione spaziale.

Un radar può operare in configurazione monostatica, con l’antenna ricevente coincidente con quella trasmittente o in modo bistatico, con l’antenna ricevente in posizione diversa dalla trasmittente. Per la sua maggiore semplicità, la prima configurazione è nettamente la più usata, ma alcuni studi indicano che radar bistatici potrebbero essere di grande utilità nel telerilevamento.

Si noti chi i radiometri nel visibile e NIR sono in definitiva dei sistemi bistatici.

Infine, le sonde acustiche utilizzano onde sonore in modo sostanzialmente analogo al radar, o nel caso dei RASS (sonde radio acustiche), utilizzano

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simultaneamente onde sonore ed elettromagnetiche delle quali sfruttano l’interazione.

Introduciamo quindi un altro strumento importante per misurazioni termodinamiche: il SODAR. Acronimo dell'espressione inglese SOnic Detection And Ranging, il SODAR, è uno strumento meteorologico conosciuto anche come Wind Profiler, che misura la diffusione delle onde sonore riflesse dalle turbolenze atmosferiche.

I sistemi Sodar vengono usati per misurare la velocità del vento a varie altezze sopra il livello del suolo (profilo del vento) e la struttura termodinamica dello strato più basso dell'atmosfera. Essi sono simili ai radar tranne per il fatto che per la rilevazione utilizzano segnali acustici anziché segnali radio.

Tali strumenti vengono posti generalmente a terra, in luoghi silenziosi e dotati di barriere fono-assorbenti.

Il SODAR emette un impulso acustico udibile (~2000 Hz) in 3 direzioni e riceve il segnale molto debole retro-diffuso dalle disomogeneità delle temperature nell’atmosfera.

In presenza di vento, le disomogeneità dell’aria si muovono ed il segnale acustico retro-diffuso presenta uno spostamento “Doppler” nella frequenza, simile a quello che percepisce il nostro orecchio tra l’avvicinarsi e l’allontanarsi di un’auto in corsa. Il profilo verticale dell’intensità e della direzione del vento è rilevato dallo studio dello spostamento “Doppler” nell’onda acustica misurata nelle 3 direzioni fino a 600 -700 m dal suolo e con una risoluzione variabile tra 10 e 20 m.

I SODAR di ultima generazione denominati phased array, sono facilmente rilocabili e compatti ideali anche per temporanee campagne di misura e risultano meglio gestibili rispetto ai precedenti SODAR del tipo triassiali, detti anche "a trombone" per la loro tipica forma.

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Il clima in Europa

Per i nostri studi è stato necessario ed utile introdurre ed approfondire alcune informazioni circa la situazione climatica europea.

In quest’ottica riportiamo di seguito una presentazione per macroaree del clima europeo.

L’Europa si colloca nella fascia temperata boreale, che si estende tra i 30° ed i 60° di latitudine e può essere suddivisa, nonostante la relativa ridotta estensione areale, in quattro macroregioni climatiche dovute all’ampia estensione in latitudine, la variegata morfologia, la distribuzione geografica di mari e terre emerse e l’influenza di mari e correnti oceaniche.

Nel dettaglio, queste macroaree sono:

 Regione polare, caratterizzata da inverni lunghi e freddi ed estati brevi con temperature che raramente superano i 10°C. Le precipitazioni sono generalmente inferiori ai 250 mm/anno, ma per molti mesi il suolo è ricoperto da coltri di neve.

 Regione atlantica, caratterizzata da inverni temperati ed estati fresche. Le precipitazioni sono frequenti tutto l’anno.

 Regione continentale, caratterizzata da inverni lunghi e rigidi ed estati brevi ma calde. L’escursione termica è molto forte e le precipitazioni sono scarse. Il clima continentale si può a sua volta distinguere in:

 Clima continentale temperato, mitigato dalla vicinanza

all’Oceano;

 Clima continentale alpino, caratterizzato da inverni freddi,

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 Clima continentale arido, con basse temperature ma

precipitazioni assenti.

 Regione mediterranea, caratterizzata da inverni miti ed estati calde. In quest’area le precipitazioni sono concentrate in autunno e primavera nella parte più a nord, mentre si manifestano principalmente in autunno ed inverno a latitudini inferiori (sud Italia, Andalusia ecc.)

Figura 4.1 Macroregioni climatiche europee