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 Principio di calcolo della traiettoria di una radiosonda

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(traduzione di Aki IZ0MVN)

Vedere anche: Caratteristiche dell'atmosfera standard -

L'inseguimento di una radiosonda può essere grandemente facilitato se si può disporre, prima del volo, di una previsione del punto di caduta, anche approssimativa.
- Più di 5 giorni prima: previsione molto poco affidabile;
- tra 5 e 3 giorni prima: progetto di spedizione, considerare di partire a caccia o no, secondo la zona approssimativa;
- da 3 a 1 giorno prima: conoscere la zona del punto di caduta entro una ventina di chilometri;
- qualche ora prima del lancio: tracciato della traiettoria, previsione del punto di scoppio (BP) e del punto di caduta (IP)

Principio

Il corso di un volo di radiosonda è relativamente standard, anche se i parametri che regolano il volo non sono conosciuti che con una incertezza abbastanza grande. Si può conoscere con una precisione sufficiente la durata della salita, la quota di scoppio e la durata della discesa. Per questo basta ascoltare le ore di rilascio, scoppio e impatto e interrogare il sito dell' Università del Wyoming per conoscere le altitudini di scoppio.
Di conseguenza, si può dedurre la velocità media di salita e di discesa. Questi elementi permettono di costituire una tabella che dà l'altitudine in funzione del tempo. D'altra parte il diagramma dei venti (windgram), della zona dove evolve il pallone, ci dà la velocità e la direzione del vento per ogni strato d'altitudine; si può quindi calcolare sommariamente lo spostamennto del pallone durante la traversata di uno strato. Più lo spessore dello strato di altitudine è piccolo, più preciso sarà il calcolo della traiettoria. Se un calcolo sommario è sufficiente, ci si può accontentare dello strato in cui i venti sono più violenti e ignorare brevi spostamenti a causa di venti deboli.

Calcolo elementare

Supponendo che la forza del vento sia nulla durante tutta la salita (e la discesa), una radiosonda ricadrà esattamente al suo punto di partenza. Se la forza e la direzione del vento sono costanti durante tutto il volo, lo spostamento orizzontale è facilmente calcolabile.
Esempio:
- tempo di salita: 2 ore,
- tempo di discesa: 1 ora,
- velocità orizzontale del vento: 10 Km/h
- direzione del vento: nord preciso.

Durante la salita il pallone percorrerà 2x10=20 km; il punto di scoppio (BP) sarà situato 20 km a nord del centro di lancio. Durante la discesa, esso percorrerà 1x10= 10 km, il punto di atterraggio (IP) sarà situato a 20+10=30 km a nord del punto di decollo (CM).

In realtà il diagramma dei venti non è mai così semplice.

Caso di un windgram a due strati

Sia il diagramma dei venti quello seguente:
- da 0 a 10.000m (10km): vento 20 km/h direzione Nord,
- da 10.000m a 20.000m (10 a 20km): vento 10 km/h direzione Est

Spostamento durante la salita
Essendo la velocità di salita di 20 km/h e la quota di scoppio uguale a 20 km, il pallone impiegherà in totale 1h per raggiungere la quota di scoppio di 20.000m, cioè 0,5 ore per strato.
Durante la traversata del primo strato, da 0 a 10 km di quota, esso si sposterà a 20 km/h per 0,5 ore, che fa 10 km verso Nord.
Allo stesso modo, durante la traversata del secondo strato (10 a 20 km di quota) esso percorrerà 5 km (0,5h a 10km/h) questa volta in direzione Est. Il punto di scoppio BP (Burst Point) si troverà a poco più di 11 km verso Nord-Nord-Est (27°).
Spostamento durante la discesa
Supponiamo una velocità di caduta media di 40 km/h. La traversata di ciascuno dei 2 strati durerà 0,25 ore.
Il primo strato attraversato è quello che va da 20 a 10 km di quota, dove il vento soffia verso Est a 10 km/h. Lo spostamento della RS verso Est sarà di 2,5 km. Attraversando lo strato da 10 a 0 km, la RS sarà deviata verso Nord di 0,25x20=5km. Si fa notare che i punti di decollo, di scoppio e di atterraggio sono allineati. E' una proprietà molto interessante ma c'è una approssimazione, poiché essa suppone che la velocità di caduta sia costante, ciò che non è nel caso. In pratica, questa semplificazione è accettabile solo per spostamento orizzontale superiore a 30 km. Al di sotto dei 30 km, le previsioni di traiettorie sono poco affidabili a causa della grande instabilità dei venti deboli. La figura descritta dalla traiettoria nella discesa ha la stessa forma di quella alla salita (un triangolo), un po' più piccolo e ruotato di 180°.

Calcolo di traiettoria approssimata

Applicando il principio sviluppato nel paragrafo precedente, si può scomporre l'atmosfera in 3 o 4 strati nei quali si considera che la velocità (in nodi=kt) e la direzione del vento siano costanti. Lo spessore di ogni strato può essere diverso. Poiché la velocità di salita è costante, si può calcolare la durata dell'attraversamento e la deriva subita per ogni strato. Tracciando, da punto a punto, ciascuna di queste derive si ottiene la posizione di BP, il punto di scoppio.
Nell'esempio qui sotto si parte da un windgram che è diviso in 4 livelli:
- Da 0 a 2 km - 10 kt direzione del vento a 180° (nodi)
- Da 2 a 7 km - 20 kt direzione del vento a 200°
- Da 7 a 16 km - 50 kt direzione del vento 210°
- Da 16 a 35 km - 10 kt direzione del vento 270°

Per ogni strato è calcolato il tempo di passaggio ad una velocità di 5 m/s. Ad esempio: 2000m/5=400 sec ossia 0,11 ore.
La forza del vento (kt) e la direzione sono mediate all'interno di ogni strato. Il tragitto orizzontale percorso dal pallone è calcolato in miglia nautiche (1KT=1NM/h) poi le distanze sono convertite in km (1NM=1,852 km).
Il percorso del pallone in orizzontale è in scala mettendo da punto a punto i 4 segmenti e ordinandoli secondo la direzione del vento in ogni strato. Si ottiene così la posizione di BP, il punto di scoppio.
Il punto di impatto IP è ottenuto prolungando il segmento CM-BP per una lunghezza uguale alla metà di CM-BP. Questo rapporto di 1/2 è uguale al rapporto delle velocità medie di salita e discesa. La distanza totale percorsa dalla radiosonda è misurata sul disegno. Essa è di 98 km e l'azimut del punto di caduta IP è 220°. Un calcolo effettuato al calcolatore ha dato 90 km e 216°. L'approssimazione è relativamente sodddisfacente.

Calcolo di traiettoria evoluta

La determinazione grafica del punto di impatto, vista nel paragrafo precedente, è stata sviluppata in un ambito didattico; è un procedimento tanto fastidioso quanto impreciso. Un metodo di calcolo meno laborioso consiste nell'utilizzare un programma su PC alimentato direttamente dai dati del windgram. Si tratta di Balloon Track.

Affidabilità di una previsione calcolata

Se si compara la traiettoria reale constatata con quella prevista prima del lancio o anche quella calcolata dopo il volo, si constata un errore sulla posizione del punto di caduta che può essere molto grande. Ciò è dovuto in gran parte ad una parametrizzazione insufficiente del programma di calcolo per mancanza di informazioni precise sulle velocità di ascesa e di caduta, sull'altitudine di scoppio ed anche sulle previsioni di venti per fasce d'altitudine.
Vedere: Incertezza sulla previsione di traiettoria e Pianificazione e gestione di una previsione