La misura della radiazione solare

Tra i fattori di attenuazione della radiazione solare al suolo, alcuni sono più facilmente quantificabili e hanno condotto a stime dei valori medi annui, mensili, giornalieri e orari d’irradianza sulla superficie terrestre.

Quando si deve decidere dove installare un impianto che sfrutti l’energia solare è però necessario conoscere e prevedere l’effettiva irradianza del Sole nel luogo prescelto, e tra i fattori atmosferici, la variabilità della presenza di nubi è quello più difficile da formalizzare in un modello di previsione di irradiazione.

La scienza che viene in soccorso per la misura della presenza di nubi e per la sua previsione è la meteorologia. La prima rete di rilevazione meteorologica è attribuita all’iniziativa di Leopoldo e Ferdinando II de' Medici che nel 1654 (l’esperienza si concluse nel 1667) fondarono l’Accademia del Cimento, prima società scientifica in Europa.

L'accademia realizzò la prima rete di osservazione meteorologica a Firenze, Pisa, Parma, Bologna, Milano, Innsbruck, Parigi e Varsavia che costituirono perciò i primi osservatori meteorologici. Ogni osservatorio era dotato di diversi strumenti: barometro (per la pressione atmosferica), banderuola (per segnare la direzione del vento), igrometro (misurazione dell'umidità) e termometro (per i valori di temperatura). I dati registrati in determinate ore del giorno nei diversi osservatori venivano trasmessi alla sede dell’Accademia per le relative elaborazioni con i sistemi di trasporto esistenti all’epoca. Fu solo nei primi del Novecento con l’avvento del telegrafo che si è sviluppata una rete mondiale di osservatori al suolo e in quota (con i palloni sonda) che misurando le medesime variabili di tre secoli prima, pressione, temperatura, umidità e velocità del vento potevano trasmettere i dati ai centri di calcolo con una certa celerità.

Magalotti Lorenzo, Saggi di naturali esperienze fatte nell'Accademia del Cimento, particolare del paragrafo dedicato agli strumenti di misura dell’aria (conservazione e digitalizzazione a cura del Museo Galileo - Istituto e Museo di Storia della Scienza)

A quei tempi però non esistevano potenti elaboratori e ancorché le formule matematiche per districarsi con le leggi della fisica dei fluidi e della termodinamica, tipiche dell’atmosfera, fossero note, la velocità necessaria dei calcoli era ben lungi dall’essere conseguita. Il problema è rimasto praticamente irrisolto fino all’avvento degli elaboratori elettronici che, dagli anni cinquanta in poi, si sono imposti come la soluzione al problema. L’uso dei satelliti di rilevazione meteo ha permesso di completare e integrare le informazioni provenienti dalle stazioni di misura al suolo e in quota, in quanto sopperisce alla carenza di dati relative alle zone prive di stazioni di misura. I satelliti, oltre a fotografare la superficie terrestre, effettuano moltissime misure di radianza dalle quali è possibile derivare indirettamente stime di temperatura ed umidità dell’atmosfera. Per non parlare della possibilità di valutare la velocità del vento misurando gli spostamenti delle nubi a partire da immagini satellitari prese in rapida sequenza. Esiste una sterminata letteratura sulla capacità dei modelli di previsione meteorologica di sfruttare al meglio questi dati a fini predittivi.

L’ENEA si è cimentata con l’elaborazione di dati meteorologici nei diversi ambiti della sua ricerca (clima, previsione della diffusione di inquinanti emessi da una fonte, studi sui comportamenti del fallout radioattivo ecc), e, nel caso della radiazione solare, con l’obiettivo di ricavare indici di nuvolosità dalle immagini satellitari.