AEROLOGIA
AEROLOGIA (I, p. 592)
L'aerologia studia l'atmosfera libera, cioè quegli strati dell'atmosfera che non sono in diretto contatto col suolo. A un primo esame la distinzione tra aerologia e meteorologia appare alquanto artificiale; e infatti, per lungo tempo, la ragione di essere della distinzione fra aerologia e meteorologia propriamente detta fu l'assoluta diversità dei mezzi d'indagine impiegati: mezzi e strumenti varî di sondaggio per la prima, stazioni terrestri per l'altra. Recentemente però si è finito col vedere come l'atmosfera libera abbia un comportamento assai diverso da quello degli strati d'aria aderenti al suolo, tanto che leggi meteorologiche le quali al suolo sono fondamentali, perdono invece praticamente ogni valore a qualche migliaio di metri di altezza: p. es., la variazione diurna della temperatura diventa appena apprezzabile a due o tremila metri sul suolo. Si può dire in genere che, di fronte all'estrema variabilità nello spazio e nel tempo degli elementi meteorologici negli strati prossimi al suolo, si ha invece un'assai maggiore uniformità nell'aria libera; per questa uniformità gli studî di meteorologia dinamica estesi anche all'atmosfera libera hanno un carattere interamente diverso da quello che avevano quando si consideravano i soli strati d'aria prossimi al suolo. L'aerologia si differenzia dunque dalla meteorologia propriamente detta non solo per i mezzi d'indagine, ma anche per l'oggetto delle ricerche.
I metodi comunemente usati in aerologia arrivano a darci notizie dello stato dell'atmosfera fino a 30-40 km. di altezza. Per quanto avviene ad altezze superiori le nostre conoscenze sono fornite da procedimenti del tutto diversi e, a tutt'oggi, non utilizzabili in diretta cooperazione con le ricerche aerologiche; considereremo quindi questa zona come all'infuori dell'aerologia propriamente detta (v. atmosfera, V, p. 230).
I primi sondaggi aerologici di cui si abbia notizia sono quelli eseguiti a Camlachie presso Glasgow nel 1748 e 1749 da Alexander Wilson (1714-1786) il quale fece sollevare da un cervo volante dei termometri a massima e minima.
Seguirono poi i sondaggi con pallone libero montato da uomini: il primo di questi viaggi nel quale fossero portati strumenti scientifici fu effettuato il 10 dicembre 1783 da J.-A.-C. Charles, il quale raggiunse un'altezza di 3467 m.; la pressione scese a 500,8 mm. e la temperatura a −8°,8. A questo viaggio ne seguirono poi numerosi altri (I, p. 592) i quali, insieme con le notizie ricavate da osservazioni in montagna, diedero nel sec. XIX una conoscenza sommaria dell'andamento della pressione e della temperatura in quota.
Dal 1880 al 1900, le ricerche aerologiche mediante ascensioni con palloni montati ricevettero un vivace impulso, e un'accurata critica delle condizioni di funzionamento degli strumenti usati ha permesso di evitare alcune cause di errore che avevano fortemente influenzato i risultati delle ascensioni precedenti. P.-E. Teisserenc de Bort iniziò le ascensioni dei "palloni sonda" trasportanti i soli strumenti senza osservatore, e capaci così di raggiungere grandi altezze (intorno ai 15.000 m.). I dati raccolti permisero allo sperimentatore di constatare l'esistenza di una regione a temperatura pressoché costante, intorno ai −55°, da lui detta stratosfera; scoperta questa che destò dapprima sorpresa e incredulità, perché, conoscendosi da tempo che la temperatura diminuisce con l'altezza, si riteneva che tale diminuzione continuasse costantemente, fino allo zero assoluto o quasi.
Quasi contemporaneamente si riprendeva a sperimentare sistematicamente con i cervi volanti e l'americano A. L. Rotch 11861-1912) ne dimostrava l'importanza quale mezzo di ricerca aerologica.
Questo risveglio delle ricerche aerologiche ha mostrato l'importanza di ascensioni simultanee effettuate contemporaneamente in molti luoghi diversi, in modo da poter arrivare ad avere un quadrogenerale dello stato dell'atmosfera in un determinato momento. La prima di queste ascensioni delle giornate internazionali è stata effettuata il 2 febbraio 1896 (v. sotto).
In seguito allo sviluppo della navigazione aerea e all'impulso che, come si è detto (I, p. 593), ne ebbero le ricerche aerologiche, l'interesse generale dapprima fu prevalentemente rivolto ad avere dati molto particolareggiati sul vento alle varie quote: elemento che, oltre ad essere molto importante per la navigazione aerea, era anche il più facile ad essere determinato. Già nel periodo immediatamente precedente alla guerra mondiale era in corso di organizzazione una rete molto fitta di osservatorî aerologici in varî stati d'Europa: rete che si è poi sviluppata e completata.
Era invece rimasta relativamente arretrata la rilevazione degli altri elementi meteorologici: temperatura, pressione, umidità, la cui determinazione è molto più costosa. Nel decennio seguente la guerra mondiale queste ricerche erano eseguite, salvo nei giorni delle ascensioni internazionali, solo in pochi osservatorî e anche in questi talvolta con scarsa regolarità.
Attualmente però, in vista anche dei progressi della meteorologia, che permettono di applicare immediatamente le temperature e pressioni osservate in quota ai fini della previsione del tempo, è in corso l'organizzazione di una rete di sondaggi con aeroplani; rete che coprirà la maggior parte dell'Europa e con la quale si potranno tracciare una o due volte al giorno, durante tutto l'anno, le carte della pressione e della temperatura in quota.
I varî tipi di sondaggi. - Nell'esaminare i varî tipi di sondaggi occorre anzitutto distinguere se è sufficiente ottenere indicazioni sul solo vento in quota, ovvero se si vogliano conoscere anche altri elementi, come temperatura, pressione, umidità: per il primo elemento i palloni piloti costituiscono un mezzo di sondaggio molto pratico ed economico e che quindi ha potuto avere una larghissima applicazione; mentre, volendo ottenere gli altri elementi, occorre usare altri mezzi di sondaggio, tutti molto più onerosi.
Alcuni di questi altri mezzi (palloni sonda, cervi volanti, palloni montati) si prestano a determinare contemporaneamente anche il vento in quota, altri invece (aeroplani) non si prestano e dovranno, quando sia il caso, essere integrati con sondaggi con palloni piloti.
Palloni piloti. - I palloni piloti sono palloncini di gomma, del diametro iniziale in genere di 15-20 cm., gonfiati con idrogeno, che non trasportano alcuno strumento. Lasciati liberi e innalzandosi, essi vengono trasportati dal vento che è presente nelle varie quote. Da terra, inseguendoli mediante uno o due teodoliti (v. I, p. 594, fig. 1), viene osservata la loro posizione; e, conosciuta questa per valori successivi del tempo, è facile ricavare la velocità e la direzione del vento.
Per determinare la posizione nello spazio del pallone in un dato istante occorrono tre coordinate: l'osservazione con un solo teodolite ne fornisce soltanto due e quindi di per sé non sarebbe sufficiente: il pallone potrebbe infatti trovarsi in qualunque punto della direzione individuata dal teodolite. Occorre allora un terzo dato, e per questo può servire la conoscenza della velocità di salita dei palloni piloti, velocità che può essere calcolata conoscendo il loro diametro e la loro forza ascensionale. La cosa è resa tanto più semplice in quanto, com'è facile controllare, la forza ascensionale di un pallone di gomma non varia col variare della quota.
Opportuni controlli hanno mostrato che in realtà vi può essere uno scarto, anche del 20%, tra la velocità ascensionale calcolata e quella vera, e questo principalmente per effetto dei moti verticalì e turbolenti dell'atmosfera. Scarti ancora maggiori si possono avere alle quote più alte se il pallone non è a perfetta tenuta, perché in questo caso la sua velocità ascensionale diminuisce fino anche ad annullarsi, e il pallone può stazionare per un tempo più o meno lungo alla stessa quota. I dati dedotti in queste condizioni con un solo teodolite sono interamente falsati.
Con palloni piccoli (15-20 cm.) si può ritenere di avere dei buoni dati fino a un'altezza intorno a 5000 metri, variabile secondo la qualità della gomma del pallone. Riuscendo a raggiungere altezze superiori, occorre accertare se esse siano reali o puramente illusorie, dovute al fatto che nell'elaborazione dei dati si è continuato a considerare il pallone come ascendente con velocità costante, mentre nella realtà esso ha planato ad una quota alquanto inferiore. Con palloni di più grande dimensione (40-60 cm.) si possono invece raggiungere sicuramente quote superiori (intorno ai 10.000 metri).
Ogni incertezza circa la velocità ascensionale scompare inseguendo il pallone con due teodoliti posti ad una certa distanza l'uno dall'altro, potendo così eliminare dai calcoli ogni ipotesi sulla velocità ascensionale; ma questo porterebbe a raddoppiare il personale necessario e quindi in pratica la grande maggioranza dei lanci di palloni piloti viene seguita con un solo teodolite.
Per la loro praticità ed economia i palloni piloti sono oggi il mezzo di sondaggio più largamente adoperato per le determinazioni del vento in quota. Va però notato che con tempo nuvoloso è facile perdere di vista il pallone ed è impossibile inseguirlo dietro le nubi.
Palloni sonda. - A differenza dei palloni piloti i palloni sonda trasportano un meteorografo, dal cui diagramma potrà poi essere dedotta la pressione, la temperatura e l'umidità in quota.
Se il pallone, come è ormai uso generale, è di gomma, esso, arrivato a una certa altezza, scoppierà e il meteorografo scenderà a terra. Per frenarne la caduta, il meteorografo viene munito di un paracadute, ovvero attaccato a due palloni, uno dei quali più gonfio dell'altro: quando il primo scoppia, l'altro non basta più a sorreggere il meteorografo, che discenderà a velocità moderata.
Per avere indicazioni giuste è molto importante che l'elemento termometrico del meteorografo sia bene ventilato: ciò generalmente si ottiene mediante il movimento ascensionale del pallone sonda. Durante l'ascesa la resistenza all'aria dei palloni, il cui gonfiarsi compensa la diminuita densità dell'aria, resta costante, mentre quella del meteorografo, e del cestino che lo contiene, via via diminuisce; si ha quindi un aumento della velocità ascensionale con l'altezza. Questo aumento in genere dura finché la dilatazione del pallone arriva ad un punto tale da farlo scoppiare (o da farne scoppiare uno, se i palloni sono due).
Ciò avviene nei lanci regolari. Può però accadere che per effetto di una non perfetta tenuta del pallone, questo abbia a perdere del gas: se la perdita è lieve, si ha una diminuzione o un aumento meno rapido della velocità ascensionale, ma se oltrepassa certi limiti, il pallone può non scoppiare e allora, analogamente a quanto avviene ai palloni piloti, resta qualche tempo in equilibrio con l'aria circostante, infine scende più o meno lentamente. Si avranno così dati inattendibili, per insufficiente ventilazione, nella parte più alta del diagramma di salita e anche, in genere, in tutto il diagramma di discesa.
I palloni sonda possono essere inseguiti col teodolite, come i palloni piloti. L'altezza del pallone è fornita dalle indicazioni del meteorografo e quindi non sono necessarie ipotesi sulla loro velocità ascensionale. Si prestano quindi perfettamente alla determinazione del vento alle alte quote.
I punti di ritrovamento dei meteorografi dànno poi un'indicazione complessiva delle correnti incontrate dal pallone dopo che è cessato l'inseguimento col teodolite.
Aeroplani. - Mentre i palloni sonda hanno oggi praticamente il monopolio dei sondaggi a grandi altezze, i sondaggi con aeroplani prevalgono nettamente per altezze minori. A parte la mancanza d'indicazioni sul vento, l'aeroplano ha varie ottime qualità come mezzo di sondaggio e precisamente:
1. È il metodo che meglio garantisce i sondaggi in qualunque caso e con qualunque tempo; è bensì vero che la maggior parte dei palloni sonda si ritrova, ma possono non trovarsi proprio quelli che interessano; inoltre, con tempo cattivo l'aeroplano può volare ancora, quando altri mezzi di sondaggio non siano più utilizzabili.
2. Mentre i risultati dei sondaggi con palloni sonda sono noti solo dopo il ritrovamento del pallone e quindi con un ritardo, che da un minimo di qualche giorno può salire a mesi, quelli dei sondaggi con aeroplano sono noti appena l'apparecchio è ritornato a terra e, se lo si ritenesse necessario, non sarebbe difficile trovare il modo di poterli ottenere immediatamente.
3. La rilevante velocità dell'aeroplano assicura un'ottima ventilazione del meteorografo.
4. Infine la possibilità di portare a bordo l'osservatore permette di ottenere osservazioni di nubi dall'alto, osservazioni che dànno risultati ben più completi di quelle fatte al suolo.
Pertanto, l'aeroplano è da considerare come lo strumento di sondaggio più adatto a servire da ausilio per la previsione del tempo.
Nella pratica corrente i sondaggi con aeroplano sono spinti generalmente fino a 5-6000 m. Volendo raggiungere altezze superiori, oltre naturalmente a dover utilizzare un aeroplano capace di giungervi, occorre tener presente l'effetto delle alte quote, così sul pilota come sull'osservatore, perché è assai diverso il fare voli ad alta quota a rari intervalli e farli invece, regolarmente, una o due volte al giorno. L'esperienza finora mostra la possibilità, per organismi robusti, di un servizio giornaliero a 5000 m., ma è dubbio si possano raggiungere, sempre per un servizio regolare, gli 8-10.000 m. senza l'aiuto di scafandri o di cabine stagne.
La radio sonda. - La radio-sonda è un normale pallone sonda, che trasporta una stazione radio emittente, per mezzo della quale i valori osservati degli elementi meteorologici in quota sono immediatamente trasmessi al suolo.
La radio-sonda elimina così i due principali inconvenienti dei palloni sonda, e precisamente il pericolo che non ritrovandosi il pallone si perdano dati importanti, e il ritardo nel ritrovamento del meteorografo che impedisce, salvo rare eccezioni, di utilizzare i dati dei palloni sonda ai fini della previsione del tempo. Inoltre la radio-sonda può essere impiegata con successo in certi casi (sondaggi sul mare a grande altezza, ovvero in regioni polari o desertiche) nei quali la pratica impossibilità di ricuperare il pallone impediva l'impiego dei palloni sonda.
La radio-sonda può essere inseguita con uno o due teodoliti, come una sonda normale, per la determinazione del vento in quota. È inoltre possibile determinare la posizione con due o tre radiogoniometri, evitandosi così ogni possibilità che l'inseguimento debba venire troncato dalle nubi o per altri motivi. Questa possibilità mette la radio-sonda al primo posto (costo a parte) nei mezzi per la determinazione del vento in quota. L'inseguimento radiogoniometrico è però solamente possibile quando la radiosonda emette su onde superiori a 100 m. o inferiori a 10 m., poiché le onde intermedie, per la facilità che hanno di riflettersi sugli strati ionizzati, possono fornire dati assolutamente falsati.
Cervi volanti e palloni frenati. - I sondaggi con cervi volanti sono stati i primi ad essere adoperati (1748) e, verso il 1900, avevano fatto sorgere grandi speranze, perché si era ritenuto di potere istituire con essi delle "stazioni meteorologiche flottanti nell'atmosfera" dalle quali ricavare una continua descrizione degli elementi meteorologici ad alta quota. La prova dei fatti ridusse però molto queste speranze, mostrando la delicatezza e i limiti del metodo.
Questi provengono essenzialmente dal fatto che un cervo volante può sostenere al massimo una quantità di filo sufficiente ad alzarlo, poniamo, a 3-4000 metri. Mentre la qualità del filo e le qualità aerodinamiche del cervo volante hanno un'influenza diretta sulla quota raggiungibile (è però facile vedere che si raggiunge presto, per esse, un limite al di là del quale non si riesce ad andare), le altre caratteristiche hanno un'influenza assai piccola: così, p. es., l'ingrandire il cervo volante aumenta la forza ascensionale, ma anche proporzionalmente la trazione sul filo che quindi deve essere più robusto e perciò più pesante, così che in definitiva si resta nelle condizioni di prima. Analogamente un aumento della velocità del vento causa insieme un aumento della forza ascensionale e della trazione sul filo.
Con vento debole o calma è necessario usare in luogo dei cervi volanti palloni frenati. Questi, in assenza di vento o con vento debole, possono raggiungere i 4-6000 m. Con l'aumentare della velocità del vento la quota raggiungibile diminuisce molto rapidamente e il loro impiego diventa sconsigliabile quando la velocità del vento cresce oltre un certo limite. L'usare come pallone frenato un pallone drago invece dello sferico, come pure l'uso di palloni di grande cubatura, allargano alquanto il campo d'impiego del pallone frenato, senza però riuscire a renderlo d'applicazione universale e continua.
L'adozione di più cervi o più palloni frenati distribuiti lungo il filo (treni di cervi o di palloni) permette di aumentare notevolmente le quote raggiungibili: in teoria senza limite, in pratica si sono raggiunti i 9740 m. con i cervi e i 9200 con i palloni frenati.
Cervo volante e pallone frenato possono essere usati, secondo la velocità del vento, come mezzi di sondaggio che s'integrano a vicenda e insieme permettono di eseguire buoni sondaggi quasi in qualunque condizione di tempo. Effettivamente le stazioni aerologiche che eseguono queste ricerche dispongono in genere di un impianto col quale si possono usare fili di diversi spessori, al quale secondo i casi possono essere attaccati cervi di varie dimensioni ovvero un pallone frenato. Essi hanno però il grave inconveniente di costituire un ingombro e un pericolo non trascurabile per la navigazione aerea locale. Inoltre, in caso di rottura del cavo, la parte libera di esso può essere trascinata sul suolo anche per decine di chilometri, con conseguenze molto gravi.
La direzione del vento può essere stimata osservando la direzione del pallone o del cervo. La misura della velocità può essere calcolata dalla trazione del cavo o determinata più esattamente dotando il meteorografo anche di un anemografo. Se il pallone (o il cervo) non sono visibili perché dentro le nuvole, o al disopra, la direzione del vento alla quota del pallone può essere stimata dalla direzione del cavo di ritenuta. Questo dà risultati abbastanza esatti, purché il pallone non sia troppo alto (p. es., non oltre i 2000 m.), perché altrimenti non si può più trascurare l'effetto sul cavo delle correnti aeree inferiori.
Palloni montati. - Nel pallone libero montato da uomini, di fronte al peso dell'osservatore ha poca importanza quello degli strumenti; inoltre con essi è agevole adoperare, in aggiunta ai registratori, anche strumenti a lettura diretta, che sono più precisi, e strumenti destinati a scopi speciali. L'osservatore a bordo può fare osservazioni di nubi e, poiché il pallone viene trasportato dal vento, il suo percorso sul suolo indica l'andamento del vento alla quota del pallone. Infine è possibile sospendere, mediante una corda, un meteorografo, p. es., a 500 m. al disotto del pallone, in modo da avere contemporaneamente notizie sugli elementi meteorologici a due livelli differenti.
Tutto sommato quindi, il pallone libero montato da uomini appare come un mezzo di esplorazione dell'atmosfera suscettibile di molte utili applicazioni. Ciò nonostante gl'inconvenienti e rischi ben noti che hanno fatto abbandonare i palloni liberi come mezzo di navigazione aerea e la facilità di poter avere le più importanti notizie sull'atmosfera con palloni sonda che trasportano i soli strumenti senza l'osservatore, e con una spesa molto minore, ne hanno fatto cessare l'uso quasi interamente.
Un ritorno ad essi si è avuto recentemente con l'impiego degli stratostati o palloni stratosferici. Poiché già molti anni prima dell'introduzione degli stratostati i palloni sonda salivano con grande facilità a 20-30 km., così l'importanza dei sondaggi con stratostati non è consistita nell'aggiungere qualche scarso dato ai molti già noti grazie ai palloni sonda, ma nell'aver permesso di compiere ricerche speciali (come misura di ionizzazione, conducibilità, radiazione penetrante, colore del cielo, ecc.).
Dirigibili. - Per quanto si allontanino ancora più dal campo principale dell'aerologia, va menzionato il contributo dato dai dirigibili all'esplorazione dell'atmosfera. Evidentemente non si può pensare di mandare un dirigibile per raccogliere quei dati che possono essere ottenuti più economicamente con altri mezzi. Ciò non toglie che i viaggi con dirigibili aventi in prima linea altri scopi possano fornire un contributo non trascurabile alle ricerche aerologiche. Inoltre vi è un campo d'azione, nel quale il dirigibile sembra ancora ad alcuni il mezzo più adatto: l'esplorazione delle regioni polari. In questi ultimi anni si sono avute appunto varie applicazioni in questo campo: basta ricordare i viaggi del Norge (1926), dell'Italia (1928) e del Graf Zeppelin (1931).
Mezzi ausiliarî. - Da tutte le osservazioni dal suolo è possibile ricavare notizie relative all'atmosfera libera, e quindi qualunque osservazione meteorologica al suolo può essere considerata come un mezzo ausiliario di ricerca aerologica. Ma vi sono due classi di osservazioni, i cui risultati appartengono principalmente al dominio dell'aerologia: le osservazioni delle nubi e quelle delle stazioni di montagna.
Le osservazioni di nubi possono essere utili in due modi: anzitutto una nube è trasportata dal vento e l'osservazione del suo movimento permette di determinare il vento in quota; in secondo luogo molti tipi di nubi sono connessi con la presenza di superficie di discontinuità nell'atmosfera (v. nube, XXV, p. 10) e quindi indicano la presenza di queste superficie anche senza osservazioni aerologiche; altri tipi invece, come i cumuli o i cumulo-nembi, non si possono formare che nelle zone libere o quasi da superficie di discontinuità.
Gli osservatorî di montagna possono poi dare valori di elementi meteorologici in quota da aggiungere a quelli che si ricavano dai sondaggi. A questo proposito però bisogna tenere presente che, tutti gli elementi meteorologici sono fortemente influenzati dalla presenza delle masse montuose. In particolare, il vento è in genere molto influenzato dai movimenti vorticosi dell'aria provocati dall'incontro delle correnti aeree sul massiccio montuoso e quindi i dati relativi possono essere utilizzati solo con riserva.
La tecnica delle misure aerologiche. - L'elemento che più differenzia la tecnica delle misure aerologiche da quella delle misure meteorologiche a terra è il fatto che le altezze alle quali sono rilevati i singoli dati non sono in genere note direttamente ma devono essere ricavate dai dati stessi. Così se, per es., dai registratori si rileva che in un certo istante si aveva pressione 528 mm. e temperatura −1°, prima di poter utilizzare questo dato occorre conoscere l'altezza alla quale esso si riferisce. Una prima risposta a questa domanda è fornita dalla nota formula di Laplace usata anche nelle livellazioni barometriche:
dove H è l'altezza, P2 e P1 le pressioni in quota e al suolo, T2 e T1 le temperature in quota e al suolo, α il coefficiente di dilatazione dell'aria.
Se questa formula va bene per piccole differenze di altezza, p. es., fino a un migliaio di metri, le cose si complicano con strati più spessi: precisamente nel secondo membro della formula appare il termine (T1 + T2)/2, che dovrebbe rappresentare la temperatura media dello strato d'aria interposto, facendosi così l'ipotesi implicita di una variazione regolare della temperatura, ipotesi che, se è lecita quando lo strato d'aria non è troppo spesso, risulta invece troppo lontana dalla realtà per spessori maggiori. Si preferisce quindi suddividere lo strato totale di aria in gradini, p. es., di qualche centinaio di metri di altezza ciascuno, ed eseguire esattamente il calcolo dell'altezza gradino per gradino. Si tiene anche conto dell'influenza dell'umidità e delle variazioni della gravità.
Vi sono poi anche modi diretti di determinare l'altezza esatta del mezzo di sondaggio: anzitutto l'inseguimento mediante due o anche tre teodoliti; la presa da parte di esso di fotografie planimetriche del suolo, dal cui confronto con le carte topografiche corrispondenti è possibile dedurre l'altezza con grande esattezza. Con questi mezzi è stata controllata la pratica rispondenza della formula di Laplace e si è visto come essa dia un'approssimazione che è sufficiente per gli usuali scopi aerologici, ma anche come possa dare luogo a un errore che non deve essere trascurato in ricerche precise. In ogni modo, dato l'onere che presentano, i metodi diretti sono impiegati solo in casi speciali e l'altezza viene ordinariamente calcolata mediante la formula di Laplace con le precauzioni citate.
Misura della pressione. - Come si può vedere dalla formula riportata più in alto, la pressione a una certa quota è determinata anzitutto dalla temperatura degli strati sottostanti. La pressìone letta sul barografo del mezzo di sondaggio serve solo per determinare la quota alla quale si riferiscono le varie temperature indicate dal termografo. Si comprende quindi, per quanto a prima vista sembri strano, che l'esattezza della pressione a una certa quota dipenda più dalla bontà delle indicazioni del termografo che da quelle del barografo.
Le letture sul barografo non presentano speciali difficoltà: occorre solo determinare bene il suo coefficiente tormico e non dimenticarsi di apportare le relative correzioni, perché dato il grande scarto di temperatura a cui può essere soggetto (p. es., da −60° alla temperatura ambiente) queste correzioni possono assumere un'importanza notevole.
Temperatura. - Il problema dell'esatta determinazione della temperatura in quota è dominato dalla necessità di assicurare al termografo una sufficiente ventilazione.
È importante precisare a questo riguardo che la temperatura che interessa determinare è quella dell'aria: ora questa temperatura può differire notevolmente da quella di oggetti immersi in essa. In linea generale si può dire che la temperatura della maggior parte degli oggetti solidi esposti a quote elevate all'influenza della radiazione solare tende ad avere un valore di alcune decine di gradi superiore a quella dell'aria ambiente. Se questi oggetti stanno nell'aria in quiete si osserverà effettivamente questa differenza, mentre se vi sarà una ventilazione sufficientemente energica, la perdita di calore per conduzione neutralizzerà l'aumento per l'irraggiamento e la temperatura dell'oggetto sarà molto prossima a quella dell'aria. Se poi oltre ad avere una sufficiente ventilazione l'elemento sensibile del termografo è circondato con uno schermo che arresti la radiazione solare, si potrà riuscire ad avere, fra la temperatura dell'aria e quella registrata, uno scarto praticamente trascurabile. Si noti che la sola schermatura, anche se perfetta, non è sufficiente senza la ventilazione.
Il sistema da prescegliere per assicurare la ventilazione varia secondo il mezzo di sondaggio adoperato: con aeroplani la ventilazione è data senz'altro dal vento prodotto dall'apparecchio in moto; analogamente nei cervi volanti è in genere sufficiente la ventilazione dovuta al vento che sostiene il cervo. Nei palloni liberi invece occorre assolutamente provvedere a un mezzo di ventilazione artificiale, in genere fornito da una ventilatore mosso da un motore a molla o elettrico (ad accumulatori). Nei palloni sonda, dopo alcune esperienze iniziali su varî sistemi di ventilazione artificiale, si è finito con l'adottare universalmente, come mezzo di ventilazione, il vento dovuto al moto ascensionale del pallone.
Meteorografi. - Il meteorografo può essere di due tipi ben distinti: grande con movimento di orologeria o piccolo senza orologio. Il meteorografo grande non è altro che uno dei normali strumenti registratori, usati nella meteorologia, di costruzione leggiera, sul tamburo del quale vengono registrate contemporaneamente la pressione, la temperatura e l'umidità.
Il peso globale di un meteorografo da pallone sonda saliva, prima della guerra mondiale, a circa 600-800 g., ai quali bisogna aggiungere 100-300 g. per il cestino di vimini destinato a contenerlo e ad ammortizzarne l'urto sul suolo. Negli ultimi tempi si nota una tendenza verso tipi più leggieri: circa 250-350 g.
Ma un alleggerimento ben maggiore si può ottenere nei meteorografi senza movimento d'orologeria, la cui idea originale è dovuta a R. Assmann, e che sono stati messi a punto e ridotti a minime dimensioni da W. R. Dines (1855-1927) e recentemente perfezionati da J. Jumotte. In questi tipi vi è una sola pennina che traccia senz'altro il grafico della temperatura in funzione della pressione sopra una laminetta metallica quadrata coperta di nerofumo, le cui dimensioni sono 10 × 20 mm. nel meteorografo Dines e 8 × 16 in quello Jumotte. La riduzione di peso e di costo è notevole ed è di particolare importanza nei casi in cui si prevede di dover perdere una forte percentuale dei meteorografi lanciati, come avviene quando i lanci sono fatti a breve distanza dal mare, ovvero quando si desideri fare sondaggi molto numerosi per studiare i particolari di una determinata situazione di tempo (lo Jumotte è arrivato a lanciare 73 palloni in 48 ore).
Si potrebbe poi pensare che l'impiego di un meteorografo così leggiero sia importante quando si desideri raggiungere le più alte quote: invece, per quanto la cosa possa apparire paradossale, la sua importanza è assai maggiore nei sondaggi economici ad altezze medie. Possiamo renderci conto facilmente di questo fatto pensando che per portare a 30-35 km. di altezza un meteorografo Jumotte (peso 16 g.) si ritiene occorra un pallone di gomma di grandi dimensioni e quindi del peso di 3,5-4 kg.; ora l'attaccare a un pallone così pesante un meteorografo di circa 300 g. porterebbe a una perdita di quota massima di solo qualche centinaio di metri, perdita molto inferiore alla differenza delle quote raggiunte da palloni apparentemente eguali. Invece un pallone da 150 g. porta il meteorografo Jumotte a circa 15 km., mentre porterebbe il meteorografo da 300 g. a non oltre 6-7 km.
La generalizzazione dei meteorografi ultraleggierì è stata ostacolata anzitutto dal fatto che in essi la registrazione è effettuata sopra una placca di piccole dimensioni e deve quindi essere fortemente ingrandita per permettere lo spoglio. In questo ingrandimento tutti i leggieri difetti della registrazione riescono moltiplicati e in definitiva si ha un'esattezza molto minore di quella che si sarebbe avuta se la registrazione fosse stata già inizialmente di grandi dimensioni.
Un'altra causa d'inferiorità è dovuta all'impossibilità, con i meteorografi del tipo piccolo, di determinare la velocità verticale. Abbiamo visto gl'inconvenienti delle velocità verticali troppo basse, che per effetto dell'insolazione possono far risultare facilmente temperature di decine di gradi superiori a quelle reali.
In serie di sondaggi frequenti che si controllino a vicenda; con personale molto esperto che sappia riconoscere tra i varî lanci quelli che sono viziati dall'insolazione; con palloni di gomma di buona qualità, che almeno in gran parte scoppino improvvisamente, senza aver prima manifestato perdite che ne diminuiscano la velocità ascensionale, si potranno avere buoni risultati anche con i meteorografi piccoli. Altrimenti è meglio eseguire un numero ridotto di sondaggi con meteorografi grandi avendo dati sicuri, anziché cercare di avere un maggior numero di dati che sarebbero puramente illusorî.
I meteorografi per palloni montati differiscono da quelli usati nei palloni sonda perché devono avere, come si è detto, un dispositivo che assicuri alla parte sensibile del termometro quella ventilazione che nei palloni sonda è data dalla velocità ascensionale.
I meteorografi per cervi volanti sono muniti in genere anche di un anemografo per la misura della velocità del vento in quota.
I meteorografi per aeroplani differiscono da quelli dei palloni sonda per le dimensioni, in genere maggiori, e per la robustezza. La loro installazione sull'apparecchio dev'essere accuratamente studiata per evitare le vibrazioni.
Utilizzazione dei risultati. - La raccolta sistematica dei dati aerologici è fatta principalmente in vista di tre risultati finali da raggiungere e precisamente:
1. A scopo "climatologico", in modo cioè da arrivare alla conoscenza dello stato medio o "normale" dell'atmosfera.
2. A scopo "sinottico", cioè per avere una visione complessiva dello stato dell'atmosfera su una vasta zona in un determinato istante, ed eventualmente della sua evoluzione.
3. A scopo di ausilio per la "previsione del tempo".
Per la raccolta dei dati a scopo climatologico è soprattutto interessante avere le osservazioni eseguite sistematicamente negli stessi posti (magari pochi) e regolarmente distribuite nei varî periodi dell'anno. Appunto per questo scopo le "giornate internazionali" di sondaggi sono eseguite con un turno regolare che ne assicuri in capo a un certo numero di anni un'uniforme distribuzione nei vari mesi. Rispondono pure bene agli scopi climatologici i sondaggi giornalieri aventi per scopo principale l'ausilio alla previsione del tempo.
Per gli scopi sinottici occorre invece un gran numero di stazioni di sondaggio distribuite nella più ampia area possibile. È anche importante avere serie di diversi lanci susseguentisi regolamiente a brevi intervalli, in modo da poter seguire l'evoluzione della situazione. Hanno invece importanza assai scarsa la frequenza e la regolare distribuzione delle serie di lanci. Per questo scopo le tre serie internazionali di sondaggi che attualmente si effettuano ogni anno sono più che sufficienti, anzi sotto questo punto di vista sarebbe invece desiderabile avere un maggior numero di sondaggi concentrati nella stessa serie, magari riducendo il numero delle serie.
I sondaggi in diretto ausilio alla previsione del tempo hanno anch'essi scopo sinottico: differiscono però notevolmente dai precedenti, perché è per essi essenziale la continuità mll'esecuzione e la rapidità dell'elaborazione e della trasmissione dei dati. Tutta l'organizzazione imperniata sulle giornate internazionali, i cui risultati sono noti con mesi e anni di ritardo, è quindi completamente inutilizzabile al riguardo ed è stato necessario creare un'organizzazione separata di sondaggi con palloni piloti e con aeroplani.
Organizzazione delle ricerche aerologiche. - Cooperazione internazionale. - Le ricerche aerologiche importano un onere notevole, sia come spesa, sia come impiego di personale. Mentre la maggior parte delle altre ricerche meteorologiche, anche quando importino sensibili spese d'impianto, possono essere poi ripetute senza speciale onere, in molte ricerche aerologiche gran parte della spesa si rinnova a ogni operazione. Ciò porta di necessità a mantenere entro limiti molto ristretti sia il numero delle stazioni aerologiche, sia quello dei sondaggi. D'altra parte, per la porzione più importante degli studî, è essenziale disporre di dati contemporanei, sopra una zona quanto più vasta sia possibile: di qui l'assoluta necessità di una cooperazione internazionale. Questa è organizzata nel quadro dell'Organizzazione meteorologica internazionale dalla "Commissione internazionale per l'aerostazione scientifica" - ora "Commissione Aerologica Internazionale" - e si esercita soprattutto per mezzo di ascensioni contemporanee e della pubblicazione internazionale dei risultati aerologici.
Le ascensioni internazionali, dopo le prime dieci, che ebbero luogo a intervalli irregolari dal 1896 al 1900, cominciarono a effettuarsi regolarmente ogni mese dal novembre 1900. Poiché nei primi tempi dell'aerologia era anzitutto importante conoscere lo stato medio dell'atmosfera, prima ancora di studiarne le perturbazioni, così si tenne anzitutto presente il punto di vista climatologico e queste ascensioni vennero uniformemente ripartite durante tutto l'anno: in particolare fu stabilito di fare un'ascensione il primo giovedì di ogni mese; programma che, salvo qualche leggiero spostamento di data, fu fedelmente seguito fino alla guerra mondiale.
A queste ascensioni se ne aggiunsero poi altre, in modo da poter seguire lo stato dell'alta atmosfera per più giorni successivi: nel 1905 e nel 1906 due delle ascensioni mensili furono di tre giorni anziché di uno solo e a partire dal 1907 venne adottata la segente distribuzione delle giornate internazionali, che rimase in vigore fino alla guerra mondiale:
i grande serie di sei giorni consecutivi;
3 piccole serie di tre giorni;
8 giornate internazionali, una per ciascuno dei mesi rimanenti.
Le quattro serie erano regolarmente intervallate ogni tre mesi. I mesi in cui cadevano dovevano essere variati ogni anno in modo da avere, in capo a un certo numero di anni, una distribuzione uniforme delle ascensioni internazionali nei varî mesi dell'anno. Veniva data particolare importanza alle "grandi serie", durante le quali, specie nelle prime (1907-1909), furono organizzate varie spedizioni allo scopo di estendere le conoscenze anche all'infuori dell'Eurcpa, alla quale, salvo per una o due stazioni americane, si erano praticamente limitate le ascensioni precedenti. Così, p. es., nel 1908, furono effettuate 11 spedizioni, tra le quali una italiana a Zanzibar. Nel 1910 fu anche eseguita una serie speciale di lanci in occasione del grande avvicinamento della cometa di Halley alla Terra. Questi lanci condussero alla conclusione che detto avvicinamento non ebbe alcuna influenza apprezzabile sullo stato dell'atmosfera.
Dopo la guerra mondiale la distribuzione delle giornate internazionali fu radicalmente modificata e con la nuova organizzazione, che è tuttora in vigore, tutti i lanci furono ripartiti in tre serie: due di sei giorni (un lancio al giorno) e una di tre (due lanci al giorno). Queste serie dovevano alternarsi uniformemente nei varî mesi dell'anno. Fra poi prevista una serie speciale di sei lanci da farsi in occasione di speciali ricerche. Su proposta americana fu poi convenuto di estendere i lanci oltre che ai giorni sopracitati anche ad un intero mese, detto "mese internazionale", che doveva anch'esso variare di anno in anno. In pratica però, mentre gli altri lanci internazionali sono fatti abbastanza regolarmente, quest'ultimo ampliamento di programma ha portato un aumento di lavoro troppo gravoso per la maggior parte delle stazioni aerologiche, che ne hanno quindi tralasciato l'applicazione.
L'organizzazione descritta è ancora in vigore: può però essere interessante ricordare una notevole variante che è stata apportata ad essa nel 1932-1933 in occasione dell'"anno polare". In quest'anno si è fatto uno speciale sforzo per estendere tutte le ricerche geofisiche, e in particolare quelle aerologiche, alla maggior parte del globo terrestre, colmando per quanto era possibile le lacune delle regioni polari e dell'emisfero meridionale ed effettivamente sono stati ottenuti notevoli risultati. In questa circostanza, in cui funzionavano un certo numero di stazioni aerologiche che dopo la fine dell'anno polare avrebbero cessato la loro attività, si è ritenuto opportuno ritornare al vecchio criterio della distribuzione uniforme delle osservazioni in tutti i mesi dell'anno e pertanto i lanci previsti nel 1932 e 1933 sono stati sospesi e si è invece eseguita, durante l'intero anno polare, una serie ogni mese, composta di tre lanci ripartiti in due giornate internazionali. Una serie speciale è stata eseguita il 31 agosto 1932 in occasione dell'eclisse di sole nelle regioni polari. Per le stazioni che potevano fare lanci più frequenti erano stati fissati giorni internazionali di 2° e 3° ordine, intervallati di 15 giorni o una settimana. Terminato l'anno polare si è tornati alla distribuzione normale a serie di 3 o 6 giorni.
La Commissione Aerologica Internazionale cura poi la riunione in una pubblicazione unica di tutti i risultati dei sondaggi eseguiti nelle giornate internazionali. Questa pubblicazione ha avuto inizio con i sondaggi del dicembre 1899 e, salvo l'interruzione dal 1913 al 1922, continua regolarmente.
L'organizzazione aerologica degli stati europei. - Una prima parte di questa organizzazione è formata dalle stazioni aerologiche che eseguono i lanci di palloni sonda nelle giornate internazionali. Nei primi tempi questa parte era preponderante; ora ad essa è venuta a sovrapporsi l'organizzazione aerologica destinata alla protezione del volo, che opera con palloni piloti o sondaggi in aeroplano.
Le stazioni aerologiche con palloni piloti sono numerosissime: nel 1933 esse erano 484 ripartite in 38 paesi. Le stazioni che fanno quasi regolarmente sondaggi quotidiani di temperatura sono invece assai meno numerose e non tutte funzionano ancora regolarmente. Il loro numero si può calcolare si aggiri intorno alla trentina e operano ormai quasi tutte esclusivamente con aeroplani.
L'organizzazione aerologica italiana. - Nel 1898 all'epoca delle grandi speranze nei cervi volanti, era stato progettato d'istituire a Roma, sul M. Cimone e sull'Etna delle stazioni di cervi volanti; ma dopo qualche sondaggio eseguito a M. Mario l'idea fu abbandonata e furono invece eseguiti regolarmente dal 1902 al 1906 sondaggi con palloni montati. Furono poi istituiti dal R. Ufficio centrale di meteorologia e geodinamica l'osservatorio di montagna del Monte Rosa e quello aerologico di Pavia, che cominciarono a funzionare rispettivamente nel 1904 e nel 1906 (I, p. 592). La determinazione del vento in quota, sia con osservazioni di nubi, sia con inseguimento al teodolite di palloni sonda o di palloni piloti fatte dal 1906 regolarmente a Pavia, ricevette poi un fortissimo impulso nel 1913 con la costituzione del "servizio aerologico italiano" alle dipendenze dell'aeronautica militare, il quale, oltre all'osservatorio di Vigna del Valle, che ha come compito principale quello di fare ascenzioni con palloni frenati o con cervi volanti, istituì numerosi posti di sondaggio con palloni piloti: nel 1918 erano saliti a 62 e facevano regolarmente i lanci quattro volte al giorno.
Dopo la guerra mondiale il servizio aerologico rallentò alquanto la sua attività (i posti di sondaggio con palloni piloti scesero a 24 nel 1921), ma la accrebbe notevolmente dopo la creazione del Ministero dell'aeronautica, tanto che oggi la rete aerologica italiana consta di: 2 stazioni di sondaggi con palloni sonda (Pavia e Vigna di Valle); 5 stazioni di sondaggi con aeroplani, in corso d'organizzazione (Milano, Venezia, Lido di Roma, Taranto, Messina); 41 stazioni di sondaggio con palloni piloti. È poi in progetto una vasta rete di osservatorî di montagna.