L’analisi delle immagini fornite dai satelliti deve essere effettuata tenendo conto di vari fattori che devono essere messi in relazione con i processi fisici che hanno luogo nell’atmosfera.

Le caratteristiche principali che devono essere osservate sono:

  • le tonalità di colore;
  • la forma dei corpi nuvolosi;
  • l’omogeneità dell’immagine;
  • la tessitura;
  • la presenza di ombre.

Occorre tener conto anche dell’orografia e delle condizioni di illuminazione della scena che si sta analizzando.

Abbiamo 3 bande spettrali differenti su cui effettuare le osservazioni da satellite: visibile, infrarosso e vapor acqueo.

 Banda visibile 

La banda del visibile corrisponde in genere ai canali con lunghezza d’onda di 0,6-0,8 µm, qui il satellite riceve la parte di radiazione solare che viene riflessa dalla superficie terrestre, dal mare e dalle nubi.
Questi canali vengono detti “in finestra” nel senso che la radiazione ricevuta non viene assorbita dai gas atmosferici e quindi la visione si avvicina molto a quella dell’occhio umano, pertanto nubi, superficie terrestre ed oceani sono facilmente riconoscibili.

Le gradazioni di colore sono in scala di grigi, che rappresentano i diversi tipi di albedo; l’albedo è il rapporto tra la radiazione riflessa e quella incidente.
I colori più chiari rappresentano le percentuali maggiori di albedo, mentre man mano che si scende verso il grigio significa che i corpi hanno una bassa percentuale di riflessione.

Per cui le nubi più spesse in altezza, come ad esempio quelle temporalesche, sono caratterizzate da una gradazione che va dal bianco al grigio chiaro, mentre le nubi sottili semitrasparenti come cirri ed incudini hanno tonalità intermedie; le tonalità più scure corrispondono invece alla superficie terrestre e soprattutto alle superfici ricoperte d’acqua, che hanno una scarsa riflettività ed invece un grande assorbimento.

Lo svantaggio principale dell’osservazione dal canale del visibile è rappresentato dal fatto che è legato alla radiazione solare, quindi è sfruttabile solo nelle ore diurne (e nel caso delle regioni polari e sub-polari in inverno si rimane praticamente sempre in ombra).

Un altro canale spettrale molto utile è collocato tra il visibile ed il vicino infrarosso (Near Infrared, lunghezza d’onda di 1,6 µm), da qui si possono distinguere le nubi di acqua da quelle di ghiaccio, le prime appaiono molto chiare tra il bianco ed il grigio chiaro, mentre le seconde sono molto più scure; per lo stesso motivo possiamo distingure la neve al suolo, piuttosto scura, dalla nuvolosità che appare più chiara.

 Banda infrarosso 

La banda dell’infrarosso corrisponde ai canali compresi tra 1 e 30 µm, nei satelliti la fascia più comune è data dalla finestra infrarossa compresa tra 10 e 12,5 µm; in questa fascia infatti l’atmosfera è relativamente trasparente alla radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre.

Ciò significa che la radiazione che raggiunge il satellite corrisponde agli strati nuvolosi presenti alla quota più alta, pertanto le gradazioni di grigi si possono correlare direttamente alla temperatura dello strato nuvoloso o della superficie emittente.

Generalmente nell’analisi delle immagini ad infrarossi si attribuiscono i pixel più brillanti ai valori di radianza più elevati, quindi più caldi, e viceversa pixel più scuri ai valori di radianza più bassi, quindi freddi.

Invece nella meteorologia da satellite per convenzione si usa procedere in modo inverso, quindi valori di radianza più bassi (freddi) corrisponderanno a pixel più brillanti, mentre valori più alti di radianza e quindi più caldi corrisponderanno a pixel più scuri; ciò consente una certa “omogeneità” con i valori di radianza nel campo del visibile.
Pertanto le nubi, generalmente più fredde della superficie terrestre, appaiono più bianche e brillanti rispetto al terreno o agli oceani.

Le immagini dei canali infrarossi spesso sono post-elaborate con falsi colori supplementari, oltre alla scala dei grigi, generalmente associati a temperature più basse e quindi di norma alle nubi con sommità maggiore.

Tra i canali della banda infrarossa, va sottolineato quello corrispondente alla lunghezza d’onda di 3,8 µm; durante il giorno è poco utilizzabile perchè qui si sommano la radiazione solare riflessa e quella infrarossa terrestre, mentre nelle ore notturne è molto utile per la discriminazione di nubi basse o nebbie.

 Banda vapor acqueo 

La banda nel vapor acqueo rappresenta i canali corrispondenti all’assorbimento di tale gas presente in atmosfera, si possono utilizzare diversi canali ma il più comune è quello corrispondente ai 6,7 µm.

Infatti in questa lunghezza d’onda la radiazione registrata dal satellite proviene dagli strati medi atmosferici compresi tra i 300 e 600 hPa, quindi si possono individuare le nubi più alte, ma non le caratteristiche della superficie terrestre poichè non essendo un canale in “finestra” i gas atmosferici assorbono la radiazione per questa lunghezza d’onda; al contempo si possono evidenziare le zone frontali e moti atmosferici anche in quelle zone non interessate dalla presenza di nuvolosità.

Riguardo lo studio dei temporali, si possono ricevere informazioni sull’eventuale presenza della corrente a getto (jet-stream) che viene individuata da una fascia scura, e nei processi dinamici atmosferici causa una forte divergenza in quota che spesso può esaltare ulteriormente i moti verticali nello sviluppo dei cumulonembi, con ripercussioni sull’intensità dei fenomeni.

L’interpretazione delle immagini in questi canali va vista come misura dell’umidità relativa in media troposfera; zone più scure corrispondono a valori di radianza più elevati delle zone chiare (come già detto per la parte infrarossa dello spettro elettromagnetico).

Dove la radianza è inferiore l’atmosfera è più fredda oppure con un maggiore quantità di vapore d’acqueo rispetto ad una zona più chiara, quindi in questo caso il satellite “vede” un livello di nubi più alto e più freddo.
L’umidità relativa è maggiore nelle aree chiare e brillanti rispetto alle zone più scure; analogamente si possono individuare zone caratterizzate da moti ascendenti o discendenti. ■

Fonti: “Temporali e tornado” – di P. Randi, G. Formentini, A. Gobbi, A. Griffa

Vedi anche: I satelliti meteorologici