Patrizia Favaron
Non “il mio solito articolo”…
In effetti, no. È l’annuncio del libro che ho appena finito di scrivere sull’Anemometro a coppe, e che si può già scaricare gratuitamente da questo collegamento:
Di regola citare sé stesse è una bruttissima cosa, e non lo avrei fatto se non fossi stata presa da un certo senso di urgenza.
Tutto è nato alcuni mesi fa, quando durante l’elaborazione dei dati per un paper che io e amiche e amici di UNINSUBRIA stavamo scrivendo (spoiler: finito anche lui! Tra qualche giorno sarà pubblicato ufficialmente) mi sono imbattuta in un istogramma stranissimo.
E ne ho già anche scritto! L’articolo è comparso nella nostra Newsletter di Marzo 2025, con il titolo “Misurare il vento, quando il vento non c’è”, e il grafico incriminato potete trovarlo nella Figura 3, dove noterete un “baffo che non dovrebbe esistere” in corrispondenza delle velocità del vento più basse.
Qualche tempo dopo sono stata chiamata a compiere un intervento di manutenzione in campo, presso una stazione meteorologica che a detta del manutentore stava malissimo, e nella quale molti anni fa avevo messo il mio zampino. La stazione in realtà stava più che bene (l’unico guaio era su uno degli strumenti, che mostrava tutti i segni del tempo che tranquillo ed inarrestabile scorre).
Ma il Baffo Misterioso, c’era anche lì!
Santa peppola.
Che la cosa meritasse un’indagine approfondita?
In effetti la meritava, ed i risultati potete trovarli nel libro.
No, il Nobel anche no
E ci mancherebbe pure.
D’altra parte, qualcuno doveva farla, quell’indagine.
In pratica, io “passavo di lì”, e così…
Naturalmente non da sola: nella raccolta dei dati sono stata aiutata (enormemente) dall’Ufficio Meteo di ARPA Lombardia, che mi ha donato un campione piuttosto grande dei dati raccolti dalle stazioni micro-meteorologiche della rete SHAKEUP.
Tra quei dati, le velocità del vento rilevate da un anemometro convenzionale, a coppe e banderuola, e le componenti del vettore vento rilevate da un anemometro ultrasonico tri-assiale. I due strumenti sono posizionati alla stessa quota (10m), ed a circa 2m di distanza l’uno dall’altro: in pratica, sono esposti allo stesso vento, o quasi.
Dunque dovrebbero dire la stessa cosa, quanto alla velocità.
Ma in effetti non lo fanno, e soprattutto in corrispondenza delle velocità del vento inferiori.
Semplice, ma tremendissimo!
Volessi dire in estrema sintesi come si comporta un anemometro a coppe, molto probabilmente ripeterei il titolo qui sopra: è uno strumento semplice e intuitivo, si vedono le coppette girare, e tanto più forte quanto maggiore la velocità del vento. Cosa si potrebbe trovare di più auto-evidente? Forse la manica a vento. Ma siamo lì.
Poi, appena vai a guardare sotto la superficie, emerge un mondo intricatissimo.
Tanto per cominciare, non è così vero che gli anemometri a coppe “girano sempre”: a volte (o spesso) restano fermi.
Possibile? Per gravi ragioni fisiche l’aria non se ne sta mai ferma, ma scorre cercando di riempire i “vuoti di pressione” dell’atmosfera, che si rinnovano di continuo a tutte le scale dalla globale giù, giù sino alla microscala. Tanto per capirci, la situazione della “tranquilla” giornata in cui sto scrivendo questo articolo è mostrata qui:
(Fonte: Deutscher Wetterdienst – immagine prelevata il 4 Maggio 2025, alle ore 10:45 CEST)
Mica male, direi: tanta, tanta roba.
La dura realtà è che, al di sotto di un certo valore di velocità, l’anemometro a coppe se ne resta fermo.
Bloccato dai suoi pur minuscoli attriti.
Detto altrimenti, gli anemometri a coppe sono caratterizzati da una soglia di attivazione, una velocità caratteristica che cambia da un modello all’altro, e che può anche mutare con l’usura dei cuscinetti ed altre cause accidentali.
La soglia di attivazione, che di solito è dichiarata dai costruttori di anemometri, può variare da 0.5 m/s nel caso dei modelli professionali per impieghi generali, ad anche 1 m/s per modelli particolarmente robusti, usati per esempio negli aeroporti (dove hanno la missione di misurare venti e raffiche molto forti, potenzialmente pericolose).
Da piccola, mi sono imbattuta in un anemometro a coppe per usi di ricerca con cuscinetti non a sfere ma del tipo flottante in bagno di mercurio, per il quale la soglia di attivazione dichiarata era più bassa di 0.5 m/s (però non ricordo quale – non vi dico le notti insonni, al pensiero che quell’anemometro sarebbe finito a Dome Concordia dove le temperature “normali” sono intorno ai -60 °C, mentre il punto di congelamento del mercurio è di una briciola più di -39 °C: per ragioni che nessuno ha mai avuto il coraggio di spiegare i cuscinetti di mercurio, come mi hanno detto i colleghi del CNR che avevano commissionato la stazione, hanno continuato a funzionare regolarmente – si sono sentite diverse storie al riguardo, della serie “calore indotto da frizione” e cose così, ma nessuna si è avvicinata ad una dimostrazione fisica.)
In tempi più recenti ho cercato di capire quale fosse la soglia di attivazione dell’anemometro a coppe della stazione di classe “amatoriale” Vantage Pro 200, diffusissima (e usata anche in molti impianti industriali). Ci credi? Non ci sono riuscita. O almeno: sulla documentazione facile da reperire non l’avevo trovata. Avevo, invece, trovato un dato di terza parte, ma molto strano: 1.5 m/s. Ghe credi un poo pocch (il dato mi sembra un po’ pessimistico). Ma solleva il coperchio su un fatto non molto noto e, in certi riguardi, allarmante: la soglia di attivazione di uno specifico esemplare di anemometro a coppe nasce uguale a quella dichiarata, ma aumenta mano a mano che i cuscinetti si usurano.
In teoria, gli anemometri a coppe andrebbero di tanto in tanto revisionati. In pratica questo tende ad accadere, ma, alla giusta cadenza?
E finisse qui!
Oltre ad avere una soglia di attivazione finita e positiva, l’anemometro a coppe si comporta alla stregua di un sensore del primo ordine.
Questo vuol dire che qualora la velocità del vento cambiasse repentinamente, la lettura dell’anemometro a coppe vi si adatterà gradualmente, in un tempo che dipende sia dalle caratteristiche costruttive del sensore che dalla velocità del vento.
E così, immagina. Ogni decimo di secondo il vento muta, in direzione e intensità. A volte in modo davvero macroscopico.
L’anemometro a coppe reagisce in qualche modo, ed in alcuni casi gira (più o meno velocemente), in altri se ne sta fermo e tranquillo…
Dici? Un ginepraio?
Insomma… Che dire: mi trovi abbastanza d’accordo.
Ma da qui sorgono, spontanee, alcune domande.
Cosa vorremmo sapere di un anemometro a coppe?
Si, si, certamente: la soglia di attivazione. E magari qualche altro parametro importante, come il rapporto tra tempo di risposta e velocità del vento.
Ma prima ancora, servirebbe un’idea abbastanza precisa sulla sua risposta nei sito dov’è (o sarà) installato.
Questo, più o meno, il problema che mi son dovuta porre, e che ho cercato di risolvere.
Problema, che strada facendo si è articolato in varie sotto-domande:
- In che misura l’accoppiata anemometro a coppe – data logger (che d’ora in poi chiamerò “catena di misura”) altera i dati medi di velocità del vento, se questi contengono un certo numero di letture più basse della soglia di attivazione?
- Magari non è che dal confronto tra dati dell’anemometro a coppe e omologhi dati “ultrasonici” riusciamo a stimare la soglia di attivazione effettiva, che magari è divenuta maggiore di quella iniziale per effetto dell’usura dei cuscinetti e altre cause?
- E, nei casi in cui un numero significativo di velocità medie toccate dalla presenza di letture elementari al di sotto della soglia di attivazione, possiamo correggere i valori?
- O addirittura, prevenire il problema?
Queste, ed altre ancora, le domande interessanti.
Le mie risposte (relative alla rete SHAKEUP) potete trovarle nel libro.
Il tema, in ogni caso, è importante
Ad oggi, il nerbo delle stazioni meteorologiche sparse nel territorio è ancora basato su anemometri a coppe e banderuola.
Quasi sempre (o perlomeno di sicuro de le stazioni appartengono ad un’ARPA o ad un altro soggetto istituzionale) le stazioni sono soggette a regolare manutenzione. Ma, fitta abbastanza nel tempo? Oppure troppo frequente?
Stando così le cose, almeno un approfondimento delle conoscenze era necessario…
Ma, bando agli spoiler! Se vi incuriosisce, leggete il libro.
E magari, ve lo chiedo per cortesia, fatemi avere i vostri commenti!