ISAC

Responsabile: DANIELE CONTINI

Indirizzo: Strada provinciale Lecce – Monteroni Km 1,200 – 73100 Lecce LE Puglia
Tel.: 0832/320813
Fax.: 0832/320716
E-mail: sezione.lecce@isac.cnr.it
Sito web dell’Istituto: http://www.isac.cnr.it
Brochure dell’Istituto:
Dipartimento di prevista afferenza: Scienze del sistema Terra e tecnologie per l’ambiente

Missione

L’Istituto svolge attività di ricerca, di valorizzazione e trasferimento tecnologico e di formazione nei seguenti settori scientifici e relativamente alle seguenti tematiche: – Meteorologia e sue applicazioni; – Variabilità, cambiamenti e predicibilità del clima; – Struttura e composizione dell’atmosfera; – Osservazioni del pianeta Terra.
Questo Istituto nasce nel 2002, dall’accorpamento, previsto nelle norme di riordino generale del CNR, di quattro entità precedentemente esistenti, e precisamente:

  • Istituto di Fisica dell’Atmosfera (IFA) , di Roma
  • Istituto di Scienze dell’Atmosfera e dell’Oceano (ISAO), di Bologna
  • Istituto per lo Studio dell’Inquinamento Atmosferico e l’Agrometeorologia (ISIATA), di Lecce
  • Istituto di Cosmo-geofisica (Sezione di Geofisica) (ICGF), di Torino

L’ISAC ha un organico di circa 130 ricercatori e tecnici che afferiscono a 4 “Aree Tematiche” e una “Struttura Tecnica di Servizio”, le cui attività vengono di seguito descritte.

Meteorologia e sue applicazioni.
Le principali tematiche sviluppate da questa Sezione riguardano la meteorologia di base e applicata, la dinamica dell’atmosfera e la turbolenza su tutte le scale del moto, dallo strato limite alla circolazione planetaria, includendo la climatologia dinamica e la regionalizzazione del clima. Le metodologie utilizzate (analitiche, numeriche, modellistiche e di analisi dati sia di campagne osservative che di esperimenti di laboratorio) sono quelle proprie della fluidodinamica geofisica. Temi di ricerca applicata riguardano la modellistica della turbolenza e della dispersione degli inquinanti nello strato limite planetario, la modellistica di previsione meteorologica a breve, medio e lungo termine, la modellistica globale meteo-climatica, anche accoppiata atmosfera-oceano.
Aree geografiche di specifico interesse generale e applicativo sono quelle delle medie latitudini, con particolare riguardo all’area Mediterranea e Alpina.

Variabilità, cambiamenti e predicibilità del clima.
Le tematiche principali riguardano lo studio del comportamento del sistema climatico terrestre, rivolgendo particolare attenzione ai processi fisici che definiscono gli scambi di energia tra superficie terrestre ed atmosfera e i processi d’interazione della radiazione solare e della radiazione terrestre con l’atmosfera del nostro pianeta. In questo contesto, le attività di ricerca sono principalmente dedicate (1) allo studio dei vari processi fisici capaci di generare variazioni di notevole rilevanza sul bilancio di energia del sistema climatico terrestre, ed in particolare la forzatura radiativa da aerosol e nubi ed della modellistica (fisica e chimica) degli aerosol e degli altri costituenti atmosferici reattivi sulle scale locali e regionali, e (2) alla ricostruzione ed analisi delle serie storiche di dati climatici e meteorologici, con il fine di trarre accurate informazioni sulle variazioni climatiche avvenute nel passato e di ricavare utili indicazioni sulle previsioni dei futuri cambiamenti climatici.

Osservazioni del Pianeta Terra
L’elemento unificante di questa Sezione è l’uso di dati rilevati dallo spazio, dal suolo terrestre ed in situ per l’osservazione e lo studio di processi e fenomeni fisici che avvengono nell’atmosfera terrestre e nel mare. Molti degli strumenti utilizzati per misure dal suolo od in situ sono stati sviluppati, perlomeno in parte, in Istituto, mentre l’Istituto stesso è spesso coinvolto nei gruppi di lavoro internazionali relativi alla definizione di nuove missioni spaziali, allo sviluppo degli algoritmi ed all’uso dei dati. Le tematiche scientifiche presentano ampie zone di sovrapposizione con le altre Sezioni Tematiche e comprendono problematiche di fisica e chimica dell’atmosfera e del mare.

Struttura e composizione dell’atmosfera.
Questa Sezione comprende settori di forte interesse per le problematiche del clima e dell’ambiente:
(1) Chimica dell’atmosfera: Le attività di ricerca si articolano schematicamente su tre filoni fra loro interdipendenti: i) interazione aerosol/nubi, chimica delle nubi ed effetti sul clima; ii) fisica e chimica dell’aerosol in diverse regioni del globo ed effetti sul clima; iii) modelli chimici di trasporto a scala regionale.
(2) Nubi e Precipitazioni: L’interesse di questo gruppo riguarda aspetti cruciali dello studio delle nubi, delle precipitazioni, e dei sistemi precipitanti, senza restrizione di scale o di metodologie. I temi principali sono: a) microfisica delle nubi e fisica dell’aerosol atmosferico, b) formazione delle precipitazioni, con particolare interesse alla grandine ed alla fisica del ghiaccio atmosferico, c) interazione fra onde e.m. ed idrometeore, anche come base per la radarmeteorologia fondamentale, d) meteorologia da satellite e Nowcasting, per la stima dell’intensita’ di precipitazione e lo studio del ciclone extratropicale.
(3) Aerobiologia: attività di studio del materiale biologico aerodisperso in atmosfera e negli ambienti confinati, immissione, trasporto e diffusione, interazione con altro materiale particolato. Viene gestita la rete di campionamento del materiale biologico per i ministeri della Sanità e dell’Ambiente.
(4) Conservazione dei beni artistici e culturali: Le attività di ricerca sono incentrate sullo sviluppo delle scienze dell’atmosfera e del clima per la conservazione del patrimonio culturale, settore prioritario in ambito nazionale ed europeo. Attività sperimentali, di laboratorio e in campo, modellistiche e nuove metodologie vengono sviluppate per la diagnosi e la prevenzione del degrado che i manufatti artistici, storici, archeologici e architettonici subiscono per gli effetti diretti ed indiretti esercitati dai fattori ambientali.

Basi e grandi apparecchiature
Questa struttura è stata istituita per dotare l’istituto di strumenti adeguati per rispondere alle sfide tecnologiche più avanzate. Essa dovrebbe fungere da elemento trainante per le diverse sezioni scientifiche nel filone delle attività sperimentali, mantenendo pur sempre un carattere “trasversale” nel suo operato, rispetto a quello delle sezioni tematiche. L’ISAC dispone di quattro stazioni di misura sparse sul territorio nazionale

Attività di ricerca

L’attività di ricerca è orientata su quattro grandi tematiche, che operano in stretta collaborazione, e si avvalogono di una struttura tecnica.

“Meteorologia e sue applicazioni”

Afferiscono a questa sezione i ricercatori che operano nel settore della meteorologia e della dinamica dell’atmosfera a tutte le scale del moto,dalla turbolenza nello strato limite alla circolazione planetaria, dallo studio di singoli eventi alla climatologia dinamica. Vengono utilizzati i metodi, numerici e analitici, propri della fluidodinamica geofisica.
Alcuni aspetti applicativi riguardano la modellistica della dispersione e deposizione degli inquinanti nello strato limite planetario, la modellistica di previsione meteorologica a breve, medio e lungo termine, la modellistica globale, con accoppiamento atmosfera-oceano.

Aspetti attuali della ricerca riguardano:
i) lo studio delle proprietà statistico-dinamiche dei sistemi nonlineari complessi e della turbolenza a diverse scale, da quella caratteristica dello strato limite e della convezione umida a quella baroclina e planetaria quasi bidimensionale, includendo le strutture coerenti;
ii) lo studio dello strato limite non omogeneo e non stazionario e la relativa parametrizzazione, la modellistica euleriana e lagrangiana della dispersione assoluta e relativa;
iii) lo studio della predicibilità sia meteorologica che climatica, l’assimilazione dei dati nei modelli numerici, la strategia per le osservazioni mirate, le previsioni di ensemble e multi-modelli;
iv) la modellistica non idrostatica ad alta risoluzione e l’accoppiamento di modelli meteo-idrologici, lo studio e la previsione di eventi meteorologici alla mesoscala estremi o di forte impatto;
v) la regionalizzazione degli scenari climatici, l’elaborazione di modelli semplificati e intermedi di evoluzione del clima, l’interpretazione e la diagnostica dei modelli
mediante lo studio dei regimi e delle teleconnessioni della circolazione planetaria.

Tematiche che richiedono interazioni con altre Sezioni:

Variabilità, cambiamenti e predicibilità del clima: modelli accoppiati per il clima, predicibilità del clima, dinamica della stratosfera, interazioni circolazione-processi radiativi in atmosfera, regionalizzazione e downscaling, scambi energetici e interazioni tra l’atmosfera e la superficie terrestre e marina.

Osservazioni del Pianeta Terra: assimilazione dati da radar e da satellite, in particolare di umidità e di precipitazione, modellistica dinamica veloce per il nowcasting, studi integrati teorico-osservativi di sistemi alla mesoscala, di grandi sistemi convettivi, dei cicloni extra-tropicali (e sviluppo di modelli concettuali corrispondenti).

Utilizzo integrato del telerilevamento per lo studio e la modellistica dello strato limite.

Struttura e composizione dell’atmosfera: modelli di diffusione e di trasporto a diverse scale di gas e di aerosol, includenti le trasformazioni chimiche o dedicati al materiale biologico aerodisperso; interazioni dinamica-microfisica nella fisica delle nubi; deposizione di gas e particelle in regime turbolento su superfici e circolazione in ambienti confinati (applicazioni alla conservazione dei beni culturali).

“Variabilità, cambiamenti e predicibilità del clima”

Afferiscono a questa sezione i ricercatori che sviluppano ricerche relative al clima del nostro pianeta e alle cause della sua variabilità. Pertanto, questa sezione comprende attività che riguardano
(i) la composizione dell’atmosfera sia nella regione troposferica sia in stratosfera;
(ii) gli effetti prodotti dalle variazioni di concentrazione e contenuto colonnare dei diversi costituenti atmosferici (aerosol, nubi, gas minori) sul bilancio di energia del sistema superficie-atmosfera, sia al suolo che al vertice dell’atmosfera (TOA);
(iii) i processi d’interazione tra radiazione solare ed atmosfera e tra la radiazione infrarossa e l’atmosfera (ivi compresi quelli di emissione della radiazione termica da
parte della superficie terrestre);
(iv) l’analisi di serie storiche dei più significatici parametri climatici, con particolare attenzione allo studio degli eventi estremi;
(v) l’individuazione e la definizione delle relazioni esistenti tra variazioni climatiche e forzature di origine naturale e/o antropica, nel recente passato; e
(vi) gli aspetti dinamici e meteorologici che possono avere notevole influenza sulle condizioni climatiche alla scala regionale, quali il trasporto di aerosol e gas e i conseguenti effetti sui termini del bilancio di radiazione in limitate aree di particolare interesse (Mediterraneo, aree polari e tropicali).

Tematiche che richiedono interazioni con altre sezioni:

Meteorologia e sue applicazioni: già menzionate;

Osservazioni del Pianeta Terra: rapporti relativi alle tecniche di elaborazione dati satellitari, climatologia delle nubi dallo spazio;

Struttura e composizione dell’atmosfera: studi ed interpretazione delle variazioni nella composizione chimica, inadvertent weather modification (aerosol antropogenico e variazione delle caratteristiche delle nubi ed effetti sulla radiazione e le precipitazioni).

“Osservazioni del Pianeta Terra”

Afferiscono a questa sezione i ricercatori che operano prevalentemente su dati ottenuti con sensori satellitari, attivi e passivi, per una migliore conoscenza dei sistemi di precipitazione, dei processi atmosferici, dell’oceano e delle sue interazioni con l’atmosfera, per la individuazione di profili di parametri per l’assimilazione, che operano nella validazione da terra o da aereo dei dati satellitari e nel telerilevamento da terra attivo e passivo. Si include quindi tutta l’attività in radarmeteorologia tranne quella strumentale che e’ inclusa nella struttura tecnica(in quanto parte dello sviluppo strumentale avanzato e della gestione di apparecchiature complesse), il telerilevamento MST, profilatori di vento, etc. Sono sviluppate prevalentemente in questa sezione le tecniche di nowcasting sia per la conoscenza radar-satellite dei sistemi precipitanti sia per una previsione a breve con risoluzione spazio temporale spinta.

Tematiche che richiedono interazioni con altre sezioni:

Variabilità, cambiamenti e predicibilità del clima: già ricordate
Meteorologia e sue applicazini: già ricordate
Struttura e composizioine dell’atmosfera: fisica delle nubi e delle precipitazioni per lo studio dei sistemi precipitanti e per il nowcasting.

“Struttura e composizioine dell’atmosfera”

In questa sezione trovano collocazione attività consolidate o destinate a forte sviluppo e che, avendo una leadership riconosciuta, rispondono al direttore senza intermediazione.

Chimica dell’atmosfera
Sono incluse in questa linea le attività di chimica eterofase, chimica delle nubi, metodi analitici nella determinazione di composti gassosi o particolati in atmosfera e studio delle loro trasformazioni.
Aerobiologia
Sono incluse in questa linea le attività di studio del materiale biologico aerosospeso, sia in atmosfera che negli ambienti confinati, immissione, trasporto e diffusione, interazione con altro materiale particolato. Si cura la rete di campionamento del materiale biologico per i ministeri della Sanità e dell’Ambiente.

Conservazione dei beni artistici e culturali
Riguarda le attività di studio delle interazioni atmosfera-superfici per lo studio del deterioramento dei beni lapidei ed il microclima negli ambienti museali.

Meteore
Viene proseguito in questa linea lo studio dell’interazione meteore-alta atmosfera, con radar meteorico ed altri approcci teorico modellistici.

Nubi e precipitazioni (aerosol, fisica di nubi e delle precipitazioni, ghiaccio atmosferico).
Viene proseguita l’attività di microfisica delle nubi, nucleazione della fase ghiaccio, ghiaccio atmosferico (grandine e riming). La fisica fondamentale dell’aerosol viene studiata per lo scavenging in nube di materiale gassoso e particolato (forze termo e diffusoforetiche, anche in condizioni di microgravità). Si sviluppo la modellistica dello scattering, da quella per radiazione visibile-aerosol (visibilità) a quella microonde-idrometeore (radarmeteorologia di base).

Struttura tecnica di servizio: basi e grandi apparecchiature

Istituita per garantire una continuità alle misure effettuate nelle basi sperimentali e per dotare l’Istituto di apparecchiature e sistemi di misura sempre più in grado di rispondere alle esigenze della ricerca avanzata.

Elenco delle Basi e breve descrizione

1 Stazione “O. Vittori” di Monte Cimone (MO). La Stazione CNR di Mt. Cimone (44,12N, 10,42E) è situata sulla vetta più elevata dell’Appennino settentrionale (2165 m slm) che divide due regioni climaticamente differenti: la pianura Padana a Nord ed il bacino del Mediterraneo a Sud. Nell’ambito della rete GAW-WMO
presso la stazione di Mt. Cimone (CMN644N00) vengono eseguite misure in continuo della concentrazione di ozono superficiale ed anidride carbonica (quest’ultime eseguite dal Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare Italiana). L’attività scientifica svolta riguarda lo studio della composizione dell’atmosfera in condizioni di fondo. Oltre alle misure di parametri meteorologici (temperatura, pressione atmosferica, umidità relativa, direzione e velocità del vento), vengono eseguite misure di: concentrazione di monossido di carbonio, contenuto totale di biossido d’azoto e ozono, fotometria e radiazione solare, aerosol size and volume distribution, bioaerosol (pollini e spore), concentrazione di 21 composti alogenati e metano (in collaborazione con l’università di Urbino), di Berillio-7, Piombo-210, Radon-222 e PM-10 (in collaborazione con l’università di Bologna) e misure di radiazione cosmica (in collaborazione con INFN e l’Istituto IAFS-CNR).

2 “G. Fea” di San Pietro Capofiume (BO). E’ situata nella Pianura Padana (44.65N, 11.62E) presso il Centro Meteorologico Operativo (CMO) del Servizio Meteorologico Regionale dell’Emilia-Romagna (ARPA-SMR-ER. Include anche una stazione di ozonosondaggi. Attività scientifiche: misure di radiazione e di turbolenza per determinare il bilancio radiativo ed energetico alla superficie, di concentrazione di gas minori e di aerosol, di microfisica, di aerobiologia e di parametri meteorologici.

3 Tor Vergata (Roma). L’osservatorio (42.08N, 12.22E) comprende:
(i) una stazione meteo per la misura dei valori medi di parametri atmosferici (vento, temperatura, umidità, radiazione solare);
(ii) strumentazione per la misura dei bilanci radiativi ed energetici nello strato superficiale dell’atmosfera;
(iii) la telemisura dei profili di alcuni parametri meteorologici importanti per la caratterizzazione termica e dinamica della troposfera.

4 Testa Grigia
Testa Grigia (45°56’N – 7°42’E, 3315 m) è situata nelle Alpi occidentali. La stazione del CNR è vicina ad una stazione meteo dell’A.M (si prevede di proseguirne l’attività). Riferimento classico della Val d’Ayas sulle vette della Valle d’Aosta, ed i monti Rosa e Cervino. Misure esistenti: in-situ O3, CO2 in flask e radiazione
UV (CISE, Milano). Misure proponibili: vapor d’acqua in atmosfera e misure di flussi attinici dall’UV al vicino IR. E’ previsto per il biennio 2003-04 l’installazione di sistemi a remote sensing per la misura del flusso attinico da 290 a 800 nm e rilevazioni del contenuto colonnare di alcuni gas minori.

5 Lecce. E’ disponibile una vasta gamma di strumenti per la determinazione dei bilanci energetici e radiativi nello strato superficiale. Nel campo dell’analisi della struttura atmosferica nel basso strato, sono operativi un minisodar ed un sodar con estensione RASS per la misura dei profili di vento e temperatura nei primi 500-1000 m. Include la stazione ricevente del sistema radar multistatico. FACE=”Symbol”>
E’ previsto per il 2003 l’installazione di uno spettrometro DOAS per misure della radiazione solare diffusa, da utilizzarsi sia per studi climatici in stratosfera e nell’alta troposfera, sia per indagini di inquinamento atmosferico su scala locale.

6 Budrio. Viene svolta un’attività di monitoggio di detriti spaziali sia di origine naturale che artificiale e di parametri dell’atmosfera media con un Radar Multistatico.

2. Grandi Apparecchiature. L’istituto già possiede numerose “grandi apparecchiature”, come radar, lidar, sodar e spettrometri a remote sensing. Esiste presso la sede di Bologna un Laboratorio di ottica con un sistema, denominato ReSiVa (Remote Sensing Validation), per le calibrazioni di spettrometri a remote sensing, in termini di spessori ottici dei gas.