La stazione meteo

Ogni numero che vedete sulla pagina principale, la temperatura, il vento, i millimetri di pioggia, nasce da uno strumento che sta all'aperto, giorno e notte, con il sole, il gelo e i temporali. In questa pagina vi porto a conoscerlo da vicino: com'è fatta la stazione meteo, come funziona ciascun sensore, come le misure arrivano fino al sito e quali parametri vengono rilevati.

La stazione è una Davis Vantage Pro 2, prodotta dalla californiana Davis Instruments: uno strumento di livello semi-professionale, adottato da migliaia di stazioni amatoriali, agricole e scientifiche in tutto il mondo proprio per la robustezza e la qualità delle misure.

Se invece cercate la spiegazione di come leggere i dati pubblicati sulla home (grafici, avvisi, previsioni) quella è nella pagina gemella Guida ai dati. Qui parliamo dell'hardware e dei sensori.

Come funziona la stazione
Il gruppo sensori ISS della stazione meteo
Lo schermo solare ventilato 24h/24 al cui interno risiedono i sensori di temperatura e umidità.

Il gruppo sensori (ISS)

Il cuore della stazione è l'ISS (Integrated Sensor Suite). Esso comprende il termometro, l'igrometro, il pluviometro, l'anemometro e il sensore di radiazione solare/UV. Esso è progettato per resistere per anni a pioggia battente, gelo e sole estivo. Ogni circa 2,5 secondi l'ISS impacchetta le misure appena fatte e le trasmette via radio verso il ricevitore interno.

Dal ricevitore al sito

Il ricevitore è un WeatherLink Live, il gateway di rete di Davis: ascolta i pacchetti radio dell'ISS, li decodifica e li rende disponibili sulla rete. Da lì un programma scritto da me interroga il ricevitore una volta al minuto, controlla che i valori siano sensati e li archivia in un database.

È questo database ad alimentare tutto ciò che vedete sul sito: il quadro «Adesso», i grafici delle ultime 24 ore, le statistiche mensili e l'archivio storico. Ogni notte, subito dopo la mezzanotte, un secondo programma «chiude» la giornata appena conclusa calcolando minime, massime, medie e cumulati definitivi, che vanno a comporre la serie climatica pluriennale.

In sintesi: sensore → radio (ogni 2,5 s) → ricevitore → database → sito. Tra il momento in cui una goccia fa scattare il pluviometro e il momento in cui la vedete sul sito passa, al massimo, poco più di un minuto.
I sensori
Il pluviometro a bascula
Il pluviometro con i sensori di radiazione solare e UV

Temperatura e umidità

Misurare la temperatura dell'aria sembra banale, ma è il punto in cui più stazioni amatoriali sbagliano: un termometro colpito dal sole misura la sua stessa temperatura, non quella dell'aria. Per questo il sensore è alloggiato dentro uno schermo solare a piatti sovrapposti: una pila di piattini bianchi che riflettono la radiazione solare e lasciano circolare l'aria tra le fessure. Il sensore, al centro, resta all'ombra e una ventola forza l'aria 24 ore su 24 ad attraversare il sensore, fornendo letture veritiere sull'attuale temperatura dell'aria.

Nello stesso alloggiamento c'è l'igrometro, un sensore capacitivo: un sottile film il cui comportamento elettrico cambia con la quantità di vapore acqueo assorbita. Dalla coppia temperatura + umidità relativa il sistema ricava poi punto di rugiada, temperatura percepita e umidità assoluta.

Il pluviometro a bascula

La pioggia si misura con un meccanismo tanto semplice quanto ingegnoso. Il cono del pluviometro raccoglie l'acqua e la convoglia su una bascula: un'altalena con una vaschetta. Quando una vaschetta ha raccolto l'equivalente di 0,2 mm di pioggia, il peso dell'acqua la fa ribaltare, svuotando l'acqua contenuta e facendo scattare un contatto magnetico. La stazione non fa altro che contare gli scatti: 50 scatti in un'ora significano 10 mm di pioggia in quell'ora.

Perché «millimetri»? Un millimetro di pioggia è un litro d'acqua caduto su un metro quadrato. Il pluviometro, misurando il numero di scatti della bascula, misura i litri per metro quadrato caduti nell'area della stazione meteo, senza necessità di accumularla al suo interno.
L'anemometro a coppette e la banderuola
L'anemometro: le tre coppette ruotano con il vento e ne misurano la velocità, la banderuola ne indica la provenienza.

L'anemometro

Il vento richiede due misure distinte, affidate a due parti diverse dello stesso strumento. La velocità la misurano le tre coppette, le semisfere che girano su un perno: più il vento è forte, più ruotano in fretta, e la stazione conta i giri al secondo, convertendo questo dato nel valore della velocità del vento. La direzione la dà la banderuola, che si allinea al flusso e la cui posizione angolare viene letta elettronicamente grado per grado.

L'anemometro è posto su un palo a 10 metri dal suolo, lontano da ostacoli. La lettura avviene ogni 2,5 secondi circa: è così che la stazione riesce a catturare anche le raffiche, i picchi istantanei che durano pochi attimi.

Radiazione solare e indice UV

Due piccoli sensori a fotodiodo, montati su una staffa perfettamente orizzontale, misurano l'energia che arriva dal Sole. Il piranometro misura la radiazione solare globale (la luce diretta più la luce diffusa dal cielo) in watt per metro quadrato: è il dato da cui si ricava anche l'evapotraspirazione, utile per l'irrigazione. Il sensore UV misura invece la sola componente ultravioletta, quella che abbronza e scotta, e la traduce nell'indice UV che trovate in home con i relativi consigli di protezione.

Il barometro

Il barometro è composto da un sensore a membrana di silicio. Il valore misurato viene riportato al livello del mare, come si fa in tutta la meteorologia, per poterlo confrontare con le carte e con le altre stazioni.

Dove e come è installata

Il posizionamento in area residenziale rurale segue il più possibile i criteri raccomandati dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale.

Termometro e igrometro
Lo schermo è collocato a circa 2 metri dal suolo, lontano da muri, tetti e superfici asfaltate che accumulano calore e lo rilasciano falsando le misure, soprattutto le minime notturne e le massime estive.
Pluviometro
La bocca di raccolta è perfettamente orizzontale e libera da ostacoli sopra di sé: un ramo o ostacoli simili vicini «rubano» o aggiungono pioggia a seconda del vento.
Anemometro
È montato nella posizione più elevata e sgombra disponibile, perché ogni ostacolo vicino crea turbolenze e sottostima il vento.

Manutenzione e affidabilità del dato

La stazione richiede una manutenzione periodica che eseguo personalmente: pulizia del cono del pluviometro, verifica della bascula, pulizia dei piatti dello schermo solare, controllo dei cuscinetti dell'anemometro e della batteria di riserva. Quando un intervento può interrompere le misure, lo trovate annunciato in home con una barra di avviso di tipo «Manutenzione».

Il software fa la sua parte: ogni misura in arrivo viene confrontata con limiti di plausibilità e con i valori precedenti, così un dato palesemente errato (un disturbo radio, un sensore momentaneamente sporco) viene scartato invece di finire nei grafici e nell'archivio storico.

Tutti i parametri rilevati

Questa tabella riassume i parametri misurati direttamente dai sensori, con l'unità e la risoluzione con cui vengono registrati. Tutti i valori sono acquisiti e archiviati una volta al minuto, 24 ore su 24.

ParametroSensoreUnitàRisoluzione
Temperatura dell'ariaTermometro in schermo ventilato°C0,1 °C
Umidità relativaIgrometro capacitivo in schermo ventilato%1 %
PrecipitazionePluviometro a basculamm0,2 mm
Velocità del vento e rafficaAnemometro a coppettekt / km/h1 unità
Direzione del ventoBanderuolagradi1°
Radiazione solarePiranometro a fotodiodoW/m²1 W/m²
Indice UVSensore UV a fotodiodoindice0,1
Pressione atmosfericaBarometrohPa0,1 hPa

Da queste otto misure di base il sistema calcola poi i parametri derivati che trovate in home e in archivio: la temperatura percepita, il punto di rugiada, l'umidità assoluta, l'evapotraspirazione, la tendenza barometrica, i cumulati di pioggia su più intervalli e le statistiche giornaliere, mensili e annuali. Cosa significa ciascuno di questi valori e come interpretarlo è spiegato, voce per voce, nella Guida ai dati.

Un numero per rendere l'idea: a regime la stazione archivia 1.440 righe di misure al giorno, oltre mezzo milione l'anno. È questa densità che permette di ricostruire nel dettaglio anche l'evento più rapido, come ad esempio i temporali estivi.

Ora che sapete cosa genera ogni numero del sito il passo successivo è imparare a leggerne i dati al meglio: per questo c'è la Guida ai dati. Per qualsiasi dubbio, segnalazione o suggerimento, la pagina dei contatti è a vostra disposizione.

Buona navigazione!

Cieli Sereni,
Pasquale Abbattista, Corato