Osservazioni dal suolo
Le osservazioni della copertura nuvolosità hanno un ruolo molto importante nel settore aeronautico; infatti in base alle condizioni atmosferiche vengono stabiliti i permessi per l’atterraggio e il decollo degli aerei.
Queste osservazioni rappresentano le serie temporali più lunghe per la copertura nuvolosa totale (Total Cloud Cover o TCC) e, anche per questo motivo, sono molto importanti per la valutazione di trend a lungo termine e dei cambiamenti della copertura nuvolosa sia locale che globale.
Il dato viene fornito in oktas, che rappresenta l’unità di misura per la copertura nuvolosa, con un numero compreso tra 0 e 8, il codice 0 rappresenta il cielo completamente sereno, mentre l’8 indica il cielo coperto da nubi. È stato inserito il codice 9 per indicare cielo non osservabile, come nel caso di presenza di nebbia fitta.
Le osservazioni di TCC vengono svolte da professionisti formati che, seguendo le indicazioni dell’organizzazione mondiale della meteorologia (WMO), osservano tutta la porzione di cielo disponibile in qualsiasi direzione e stimano la frazione di cielo coperta da nubi; per facilitare la misura è utile suddividere il cielo in quadranti e calcolare la copertura nuvolosa per ciascuno di essi facendo poi una media delle misure per le singole porzioni del cielo.
L’osservazione viene svolta solitamente 8 volte nell’ arco della giornata ogni 3 ore per i siti operativi tutto il giorno, osservando il cielo per un adeguato intervallo di tempo, solitamente minimo di 15 minuti, da un sito libero da ostacoli e dove non sia presente una illuminazione artificiale che possa influenzare le misurazioni delle ore notturne.
Le osservazioni notturne possono essere complicate per l’assenza di luminosità, soprattutto nelle notti con assenza della luna, secondo le direttive del WMO, la TCC può essere stimata calcolando la frazione di cielo dove non sia possibile osservare le stelle sebbene questa misura possa essere fortemente influenzata dalla foschia o dallo smog che possono oscurare il cielo.
Il dato della TCC non fornisce alcuna indicazione sul tipo di nubi presenti in cielo, sull’altezza delle nubi né sul loro spessore.
La misura della TCC viene anche rappresentata graficamente sulle carte sinottiche tramite un cerchietto riempito con colore nero in base alla frazione di cielo coperto dalle nubi, un cerchietto con una croce indica cielo non osservabile.
Misure automatiche
Esistono anche strumenti automatici per la misura della copertura nuvolosa e attualmente esistono diversi siti nel mondo che utilizzano questi strumenti per fornire misure automatiche per la nuvolosità.
Un esempio sono i cielometri che sono utilizzati spesso nelle stazioni automatiche come nel Automated Surface Observing Systems (ASOS) negli Stati Uniti d’America gestito dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
I cielometri sono sistemi con sensori attivi che inviano un impulso laser o di luce verticalmente e misurano la radiazione di scattering di ritorno. Questo metodo è utile per misurare anche l’altezza della base delle nubi.
L’introduzione di stazioni automatiche è stata molto utile per la meteorologia e le osservazioni sinottiche perché ha permesso di avere un maggior numero di stazioni e dati senza la necessità di avere personale sempre presente.
L’uso di strumenti automatici ha, però, introdotto un punto di rottura nelle serie per la copertura nuvolosa; infatti il cielometro non misura la nuvolosità su tutta la porzione di cielo, ma solamente sulla sua verticale utilizzando un laser o un raggio di luce in grado di misurare la presenza o assenza di nubi (Dai et al., 2006).
Questo rende le misure diverse rispetto alle osservazioni e risulta difficile un confronto tra i due metodi di misura.
Alcuni studi hanno mostrato come i dati di nuvolosità misurati dai cielometri risultino sottostimati, soprattutto per le nubi basse (Dai et al., 2006).
Misure da satellite
A partire dalla fine degli anni ’70 del Novecento sono stati lanciati in orbita satelliti in grado di fornire osservazioni della copertura nuvolosa.
I satelliti hanno il vantaggio di poter osservare una regione molto più estesa della superficie terrestre, osservando anche le zone oceaniche.
La misura della nuvolosità viene svolta grazie all’utilizzo di radiometri in grado di analizzare la radiazione emessa dalle nubi a diverse lunghezze d’onda comprese generalmente tra il visibile (VIS), l’infrarosso (IR), più recentemente sono stati aggiunti sensori anche nel campo delle microonde (MW).
Diversi studi hanno, tuttavia, mostrato che queste misure sono affette da incertezze ancora elevate, poiché è necessario rimuovere tutti gli effetti spuri, in modo particolare risulta complicata l’individuazione dei cirri (Wylie et al., 2005) (Evan et al., 2007) e quella delle nubi basse (Weare, 2000), (Piccinini, 2018).
La presenza di nubi negli strati superiori della troposfera impedisce di fatto la corretta determinazione e osservazione delle nubi alle quote piu basse da parte degli strumenti satellitari.
Questa evidenza emerge confrontando l'andamento del cloud amount di nubi basse (LOW) con l'andamento del cloud amount di nubi medie e alte (MIDDLE e HIGH) del database ISCCP-D2; le due serie temporali di anomalie mensili risultano anticorrelate con un valore di correlazione di -0.79 (Piccinini, 2018).
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