Nel corso degli ultimi anni, l’Autorità di Bacino del Fiume Adige ha dato luogo ad un programma di lavoro finalizzato al potenziamento delle attività messe in campo dalle Province Autonome di Trento e di Bolzano nel settore del monitoraggio e della previsione meteorologica. Tali iniziative sono state finalizzate principalmente all’organizzazione di un servizio di previsione meteorologica che, oltre alle consuete previsioni di tipo meteorologico, consenta di sviluppare un’attività di monitoraggio e previsione a breve termine delle precipitazioni (nowcasting). L’obiettivo dell’attività di nowcasting è quello di conseguire una previsione il più accurata possibile degli effetti al suolo dei nubifragi e delle precipitazioni frontali persistenti, in modo tale da rendere possibile l’attivazione di opportune contromisure intese alla salvaguardia di vite umane e di beni materiali durante il corso dell’evento stesso. Tali potenzialità hanno evidenti ed importanti ricadute operative su un ampio spettro di attività umane. In particolare, un sistema di questo tipo costituisce un supporto decisionale alle attività di protezione civile in caso di calamità naturali di tipo idro-meteorologico. Si ritiene infatti che l’attività di ricerca nel settore sia ormai matura per consegnare all’amministrazione pubblica un insieme di tecnologie e procedure che possono contribuire a limitare i rischi connessi ai fenomeni di piena.

L’organizzazione di tale centro viene portata avanti dall’Autorità di Bacino in concertazione con altri Enti ed Uffici della Provincia Autonoma di Trento e di quella di Bolzano, e segnatamente METEOTRENTINO e l’Ufficio Idrografico della Provincia Autonoma di Bolzano. In tale contesto, l’Autorità di Bacino ha curato in particolare l’installazione di un radar meteorologico, situato sul Monte Macaion, sul confine fra la provincia di Trento e quella di Bolzano a poca distanza dal Comune di Fondo in Val di Non. Tale strumento renderà possibile un servizio di monitoraggio e previsione (a breve termine) della precipitazione per la regione Trentino Alto Adige, ed in particolare per l’alto bacino del fiume Adige. Il presente lavoro è inteso a delineare sinteticamente la struttura, le caratteristiche e le finalità di tale strumentazione.

Il radar è uno strumento che consente di rilevare la presenza di oggetti distanti, di localizzarli nello spazio e di ottenere informazioni sulla loro natura fisico-geometrica. Nel caso particolare di un radar meteorologico, tali oggetti sono tipicamente le idrometeore, siano esse gocce di pioggia oppure neve, grandine o pioggia ghiacciata. Il radar genera un impulso elettromagnetico che viene focalizzato da un’antenna e trasmesso nell’atmosfera (fascio radar). Gli oggetti che si trovano lungo il percorso di tale impulso elettromagnetico (le idrometeore, per esempio) diffondono nell’ambiente circostante l’energia elettromagnetica da cui vengono investiti. Parte di tale energia viene retrodiffusa verso il radar. L’antenna ricevente riceve la radiazione retrodiffusa e la invia ad un apparecchio detto ricevitore. Tramite l’analisi delle proprietà di tale segnale è possibile conseguire diverse informazioni circa l’insieme delle idrometeore osservate, come la loro distanza rispetto all’antenna radar, le loro dimensioni, e la loro velocità di spostamento rispetto al radar. Poiché l’intensità di precipitazione è funzione del volume delle gocce e della loro velocità di caduta (funzione anch’essa del diametro delle gocce), le informazioni ricavate dal radar consentono una stima indiretta dell’intensità di precipitazione in atto.

L’antenna del radar può ruotare sia nel piano orizzontale che in quello verticale, esplorando in tal modo un vasto volume di atmosfera (dell’ordine dei 3 * 106 km3), ottenendo informazioni quantitative sulla struttura e la dinamica dei processi meteorologici in atto. Per l’individuazione geometrica del bersaglio rispetto al radar sono necessari tre parametri: il primo rappresenta l’angolo formato dal fascio radar rispetto al Nord ed è chiamato azimut.

Figura 1: Rappresentazione dell’angolo di azimut del fascio radar in un piano orizzontale.

Il secondo rappresenta l’angolo formato dal fascio radar con il piano tangente alla superficie terrestre al sito radar ed è chiamato angolo di elevazione

Figura 2: Rappresentazione dell’angolo di elevazione del fascio radar in un piano verticale

Il terzo è rappresentato dalla distanza del bersaglio dal radar lungo il percorso seguito dall’impulso

Figura 3: Determinazione della distanza del bersaglio dall’antenna radar.

La distanza D viene determinata misurando il tempo impiegato dall’impulso per percorrere la doppia distanza radar-bersaglio-radar. Poiché la velocità di trasmissione del segnale è nota (velocità della luce), la determinazione della distanza risulta immediata. Sulla base del valore di distanza così calcolato, e dei valori misurati degli angoli di azimut ed elevazione si determina la posizione del bersaglio rispetto al radar.


L’informazione meteorologica estratta dal segnale retrodiffuso ricevuto dall’antenna radar è nota come riflettività Z (vedi in Figura 4 un campo di riflettività Z osservato da un radar meteorologico). Per determinare la corrispondente intensità di precipitazione R si utilizza una relazione Z-R di conversione di forma Z=aRb. Tale relazione viene determinata sulla base di misure di distribuzioni dimensionali delle gocce al suolo. I parametri a e b che figurano nella relazione possono variare da punto a punto e da un evento di precipitazione all’altro, ma sono indipendenti da R. Tali coefficienti riflettono in qualche modo le caratteristiche climatologiche di una particolare località o stagione, o, più specificamente, il tipo di precipitazione (stratiforme, convettiva, orografica) per la quale sono state derivate.

Figura 4: Campo di riflettività osservato da un radar meteorologico
Figura 5: Campo di intensità di pioggia ottenuto dai valori di riflettività rappresentati in Figura 4 utilizzando la relazione Z= 300 R 1.4. La scala va da 5 a 85 mm/h con un intervallo di 5 mm/h.

Il radar meteorologico ha esteso e perfezionato considerevolmente la possibilità di osservare in tempo reale, con elevata risoluzione spaziale e temporale, la struttura dei campi di precipitazione. Il suo impiego presenta alcuni sostanziali vantaggi rispetto a quanto si può ottenere con una rete di stazioni pluviometriche. Il radar meteorologico offre infatti le seguenti opportunità:

• visione globale, in tempo reale, dei fenomeni di precipitazione in atto su un’area molto vasta (dell’ordine dei 45.000 km2), e determinazione dell’intensità di precipitazione su elementi di griglia di dimensione di 1-4 km2;
• monitoraggio della precipitazione con continuità spaziale, e quindi possibilità di rilevare anche fenomeni estremamente localizzati;
• elevata frequenza temporale della osservazione (dell’ordine dei 5 minuti);
• analisi dell’andamento della precipitazione lungo la verticale;
• possibilità di seguire lo spostamento e l’evoluzione dei fenomeni e di individuare le zone che potranno essere interessate da precipitazione nell’immediato futuro.

In particolare, il radar ha dimostrato una notevole efficacia nel monitoraggio dei fenomeni a spiccata caratterizzazione locale, quali, ad esempio, le celle temporalesche.


La possibilità di prevedere l’evoluzione temporale di un campo di precipitazione a partire dalla sua osservazione tramite radar discende dalla continuità spaziale di tale osservazione relativa ad una regione piuttosto vasta. Confrontando fra loro mappe successive di precipitazione radar è possibile pervenire ad una sintetica descrizione della dinamica dell’evento meteorico, individuando una direzione di spostamento dell’idrometeora. Negli schemi più semplici, la previsione agli istanti successivi viene conseguita operativamente estrapolando gli ultimi campi di precipitazione osservati nella direzione ed alla velocità del moto precedentemente identificato. Procedure previsionali più evolute consentono di tenere in conto anche gli aspetti di crescita e di decadimento delle celle convettive eventualmente presenti nel campo di precipitazione osservato. Si tratta, in questi casi, di modelli meteorologici semplificati che consentono di utilizzare l’informazione radar disponibile sul contenuto di acqua in forma liquida della colonna atmosferica al fine di pervenire ad una simulazione numerica del fenomeno e ad una sua previsione. Nell’ambito di tali schemi modellistici è possibile l’uso combinato del radar meteorologico e del satellite.

E’ evidente che schemi previsionali come quelli appena delineati possono essere sufficienti quando l’orizzonte temporale di previsione di interesse è pari a qualche ora. Previsioni quantitative di precipitazione su orizzonti temporali più prolungati sono conseguibili, evidentemente con minore accuratezza, solamente utilizzando modelli numerici di previsione. Solitamente, i modelli a scala sinottica dei principali centri meteorologici europei (Reading, Offenbach), maggiormente affetti da errori proprio su regioni ad orografia complessa come quella qui considerata, risultano inidonei a evidenziare la distribuzione spaziale di dettaglio della nuvolosità e delle precipitazioni. I modelli ad area limitata, che utilizzano le previsioni dei modelli sinottici quali condizioni al contorno e consentono la rappresentazione dei fenomeni meteorologici su una griglia più fine, sono generalmente indicati come maggiormente affidabili nella previsione dei quantitativi di pioggia. Tuttavia, anche in questo caso la rappresentazione della struttura orografica fornita dal modello è molto semplificata e gli errori conseguenti possono essere rilevanti. L’esperienza acquisita in questo campo indica che le previsioni numeriche di precipitazione relative a regioni ad orografia complessa sono da usarsi con molta cautela, e che esse devono essere integrate da conoscenze sinottiche e regionali dettagliate, derivate da esperienza acquisita sul territorio. L’uso dell’informazione radar, in questo caso, assume un duplice valore. Da una parte, essa diventa elemento essenziale per la verifica continua, ad ampia scala spaziale, della accuratezza delle previsioni conseguite tramite modelli numerici. Dall’altra, la conoscenza dettagliata degli effetti regionali acquisita tramite l’analisi delle immagini radar consente al previsore una differenziazione regionale della previsione numerica.

Per le ragioni appena indicate, il miglioramento delle previsioni di precipitazione a breve termine sembra conseguibile utilizzando, secondo un albero decisionale, i modelli numerici di previsione e i flussi cospicui di dati forniti, in tempo reale, da radar meteorologico e da satellite.

Si è osservato in precedenza che l’osservazione radar dei campi di precipitazione è tanto più utile quanto più è estesa spazialmente. E’ quindi evidente l’importanza della interconnessione fra diversi centri radar contigui, al fine di conseguire un monitoraggio continuo, sia nello spazio che nel tempo, su un’area sufficientemente ampi. Naturale rilevanza assume in questo contesto il progetto METEONET, nell’ambito del programma S.I.N.A. (Sistema Informativo Nazionale Ambiente) per il riordino ed il collegamento dei radar che insistono sull’area padano-alpina (interessando i centri radar delle seguenti Regioni: Friuli Venezia-Giulia, Veneto, Emilia-Romagna, Lombardia, Piemonte). Tale progetto è in via di completamento e consentirà, tramite la collaborazione delle regioni interessate, la produzione di immagini integrate in tempo reale dei fenomeni di precipitazione che interessano l’Italia Settentrionale. Specifici accordi di interconnessione e di integrazione verranno presi inoltre con il centro radar di Innsbruck (Austria) e con l’Osservatorio Meteorologico di Locarno (Svizzera), che cura la gestione della rete radar svizzera.

La realizzazione di un sistema di monitoraggio radar come quello considerato ha richiesto un accurato esame preliminare dei vincoli posti dalla complessa struttura orografica dell’alto bacino dell’Adige. In particolare, la individuazione dei siti ottimi atti ad ospitare l’antenna radar ha richiesto la considerazione di alcune esigenze contrastanti. L’installazione del radar in posizione elevata consente infatti di estendere l’orizzonte dello strumento, ma vincola il radar ad esplorare, ad una certa distanza dal sito di installazione, porzioni di atmosfera dove la precipitazione può non essere rappresentativa di quanto accade in prossimità del suolo. L’installazione in posizione più depressa (fondovalle) consente di misurare la precipitazione vicino al suolo, ma il blocco del fascio radar da parte dei rilievi orografici può limitare eccessivamente la capacità di osservazione dello strumento. Tenendo conto di tali esigenze, la localizzazione dell’antenna radar presso il sito di Monte Macaion (Figura 6), a quota 1860 m s.l.m., si è dimostrata ottimale, sia dal punto di vista della visibilità intrinseca di cui gode il sito che da quello logistico. Il sistema radar è stato configurato in modo tale da rendere minima l’incidenza sia degli errori conseguenti alla variabilità verticale del campo di riflettività che degli echi spuri dovuti alla retrodiffusione del segnale elettromagnetico da parte del terreno. A tal fine, il sistema radar prescelto (EEC DWSR-2500 C) implementa la possibilità di processazione Doppler del segnale. Il sistema opera in banda C, e consente il monitoraggio dei campi di precipitazione fino a 120 km dal sito radar (in modalità Doppler).

Il sistema di monitoraggio radar di Monte Macaion è concepito innanzitutto per la stima e la previsione dei campi di precipitazione, in tempo reale, con grado di dettaglio e di accuratezza tale da poter fornire dati ed indicazioni per l’attivazione di opportune contromisure in caso di condizioni meteorologiche estreme (e dei fenomeni di piena dei corsi d’acqua in particolare). La disponibilità di dati in tempo reale circa la distribuzione della precipitazione in atto costituisce infatti un elemento chiave in un sistema di previsione dei deflussi di piena, che può schematizzarsi nei sottinsiemi di seguito indicati:

• sistema di monitoraggio, acquisizione, raccolta e trasmissione in tempo reale di dati idrometeorologici;
• procedura di preannuncio basata su un modello di trasformazione della precipitazione misurata e di quella prevista nel corrispondente idrogramma di portata;
• valutazione del livello di rischio da parte delle strutture decisionali, diffusione dell’allarme eventuale ed intervento.

L’analisi idrologica del bacino dell’Adige e l’esame dei maggiori eventi di piena occorsi in tale regione indicano che i tempi caratteristici di risposta del bacino, almeno nella sua parte altoatesina e trentina dove maggiori sono i rischi di inondazione, sono tali da rendere necessaria una previsione delle precipitazioni al fine di estendere l’orizzonte temporale delle previsioni idrologiche.

E’ chiaro, tuttavia, che i benefici conseguibili tramite tale sistema non si limitano al solo aspetto idrologico e di supporto alle decisioni da assumere in un contesto di protezione civile. Ricadute operative possono conseguirsi in altri settori, quali l’attività turistica, l’agricoltura, la gestione ottimale dei sistemi di drenaggio urbano, ecc. Le mappe radar consentiranno infatti di evidenziare le celle temporalesche grandigine e di seguirne (e prevederne) l’evoluzione. Inoltre, la disponibilità di informazioni pluviometriche ad elevata risoluzione temporale e spaziale potrà permettere la gestione di sistemi di drenaggio urbano con possibilità di telecontrollo delle funzioni di invaso interne, sulla stregua di quanto avviene in molte comunità nord-europee, al fine di limitare il recapito di inquinanti al sistema idrico naturale.

dott. ing. Marco Borga Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali - Università di Padova