I 12 canali di MSG

Il SEVIRI (Spanning Enhanced Visible Infrared Imager) a bordo del Meteosat di Seconda Generazione, opera su 12 bande spettrali e permette di mandare a terra 12 diverse immagini del nostro pianeta ogni quarto d’ora. 11 di queste immagini hanno una risoluzione spaziale di 3 km, mentre quella corrispondente al canale 12 (HRV, High Resolution Visible) ha una risoluzione di 1 Km. L’aumentata risoluzione temporale di MSG rispetto al Meteosat di prima generazione, che trasmetteva invece immagini ogni mezzora, permette di monitorare più efficientemente fenomeni che evolvono rapidamente nel tempo, come le celle convettive temporalesche, che mediamente nell’arco di un’ora nascono si sviluppano e poi decadono.

Il monitoraggio di queste strutture di piccola scala, che hanno una dimensione inferiore ai 10 Km, è inoltre migliorato grazie alla nuova risoluzione spaziale delle immagini (quella del Meteosat di prima generazione era di 5 Km, 3 Km per le immagini del visibile).

CH 1 VIS 0.6 µm 3 Km

CH 2 VIS 0.8 µm 3 Km

CH 3 NIR 1.6 µm 3 Km

CH 4 NIR 3.9 µm 3 Km

CH 5 WV 6.2 µm 3 Km

CH 6 WV 7.3 µm 3 Km

CH 7 IR 8.7 µm 3 Km

CH 8 IR (Ozono) 9.7 µm 3 Km

CH 9 IR 10.8 µm 3 Km

CH 10 IR 12.0 µm 3 Km

CH 11 IR (CO2) 13.4 µm 3 Km

CH 12 HRV (High Resolution Visible) 0.8 µm 1 Km

I canali spettrali 1, 2, 3 e 12 (vedi tabella sopra) sono relativi alla radiazione solare, i canali da 5 a 11 contengono la radiazione termica terrestre, infine il canale 4 a 3.9 micron, contiene di giorno sia radiazione solare che termica terrestre, di notte naturalmente solo questa ultima.

Dei canali termici il 5 ed il 6 operano su bande di assorbimento del vapore acqueo, il canale 8 nella banda di assorbimento dell’Ozono a 9.7 micron, il canale 11 nella banda di assorbimento dell’anidride carbonica a 13.4 micron. Infine i rimanenti canali 7, 9 e 10 operano su cosiddette finestre dello spettro, ossia su bande dove la radiazione terrestre raggiunge il SEVIRI senza subire significativo assorbimento da parte dei costituenti atmosferici, purché non venga intercettata da nubi.

I canali 1 e 2 (0.6 e 0.8 micron)

In questi due canali il sensore del satellite registra la frazione di luce solare riflessa o diffusa all'indietro. Superfici con albedo più alto diffondono più luce solare e nell'immagine sono riportate in toni più chiari. Generalmente la tonalità dipende anche dalla radiazione incidente per metro quadro; quindi di due superfici di uguale albedo, nell'immagine avrà un tono più chiaro quella con angolo zenitale più basso (ossia sole più alto rispetto all'orizzonte). Per evitare questa dipendenza i dati sono stati normalizzati rispetto alla radiazione incidente.

I valori di albedo più bassi sono quelli dei mari e dei laghi (8% circa), purché non siano coperti di ghiaccio. Le nuvole hanno un albedo che va dal 30% per quelle semitrasparenti come i cirri, al 90% per i cumulonembi. I vari tipi di suolo, purché non coperti da neve, hanno valori intermedi tra quello dei mari e quello delle nubi. Nel caso invece di superficie coperta da neve l'albedo va dal 60% (neve vecchia) all'80% (neve fresca).

La riflettanza del suolo a 0.8 micron è superiore a quella a 0.6 micron, questa differenza è ancora più marcata in caso di vegetazione. Per questo motivo il canale a 0.8 micron è più adatto per individuare le strutture di superficie (laghi, confini tra terra mare). Al contrario il canale a 0.6 micron mette meglio in risalto le nubi semitrasparenti a causa dello sfondo più scuro.

Il canale 3 (1.6 micron)

Questo canale serve a distinguere le nubi di ghiaccio da quelle di acqua liquida e ad individuare la neve.

In questa banda infatti le nubi di ghiaccio e la neve assorbono maggiormente la radiazione rispetto alle nubi d’acqua, perciò la riflettanza è molto minore. Questo dipende dal valore più alto della parte immaginaria dell’indice di rifrazione.In queste immagini le nubi di ghiaccio appaiono perciò più scure rispetto alle altre. La superficie innevata appare ugualmente più scura rispetto al suolo nudo e al suolo con vegetazione.

Il canale 12 (HRV)

La caratteristica di questa banda è l’alta risoluzione spaziale: 1 Km contro i 3 Km al sub-satellite point delle altre bande.

Essa è utile per lo studio delle strutture a piccola scala come le celle temporalesche e più in generale tutti i fenomeni convettivi. Considerando il fatto che la singola cella convettiva ha un diametro che non supera i 10 Km e una vita media di un’ora, si capisce come la risoluzione spaziale e temporale dell’MSG sia la più adatta per questi tipi di fenomeni.

Questa banda copre le lunghezze d’onda tra 0.5 e 0.9 micron, quindi è più larga della banda 1 e della due messe insieme. Corrisponde alla banda del visibile del Meteosat 7, il quale però ha una risoluzione di 2.5 Km.

Il canale 4 (3.9 micron)

Questa banda si trova in una zona spettrale che contiene sia radiazione solare sia radiazione termica terrestre. Di notte il SEVIRI registra solo radiazione termica emessa dal pianeta, mentre di giorno anche radiazione solare riflessa o diffusa. L’interpretazione di queste immagini quindi è diversa tra giorno e notte.

La convenzione usata in queste immagini per visualizzare i dati è la solita dell’infrarosso, cioè toni chiari per basse radianze e toni scuri per alte radianze. Di notte ciò significa quindi toni chiari per le superfci fredde e toni scuri per quelle calde. Quindi grigio chiaro o bianco per le nubi alte, toni intermedi per quelle medie e basse e per le terre emerse, toni scuri o nero per i mari ed i laghi. Di giorno però i toni più chiari sono dati da superfici fredde e con bassa riflettanza e i toni più scuri da superfici calde e con alta riflettanza.

Di giorno l’interpretazione del’’immagine deve inoltre tener conto che in questa banda la riflettanza delle nubi dipende sia dalla fase, sia dalle dimensioni delle goccioline. Nubi di ghiaccio riflettono meno di quelle di acqua liquida; nubi composte da grandi goccioline (per esempio cumulonembi) riflettono meno di nubi con piccole goccioline (come bassi strati di tipo continentale). Quindi le superfici più chiare saranno nubi alte di ghiaccio, in grigio i laghi e i mari, in grigio scuro le nubi basse di acqua e le terre emerse fredde, in nero le terre emerse calde.

Le tre finestre dell’infrarosso termico (8.7, 10.8, e 12 micron)

I dati infrarosso di questi tre canali corrispondono alla radiazione emessa (dal suolo, dalle nuvole o dal mare) nelle tre bande: 8.30-9.10 micron, 9.80-11.80 micron, 11-13 micron. Le ultime due sono nella zona di lunghezze d’onda di massima emissione da parte del pianeta, in una cosiddetta "finestra" dove è trascurabile l'assorbimento da parte dei gas atmosferici, in particolare anidride carbonica, ozono e vapore acqueo.

Se la nube ha le caratteristiche di corpo nero a queste bande è possibile ricavare la temperatura della sua sommità. Se si dispone di un radiosondaggio con il profilo verticale di temperatura si può determinare anche la sua altezza. L'ipotesi di corpo nero è valida per molte nubi purché sufficientemente spesse.

Le immagini di queste tre bande sono molto simili e spesso indistinguibili ad occhio nudo. Esistono tuttavia differenze fondamentali. L’emissività del suolo nudo, specialmente di quello sabbioso, a 8.7 micron è inferiore rispetto agli altri due canali, per cui i deserti hanno una temperatura apparente inferiore anche di 6 °C. Anche le nubi di ghiaccio a 8.7 hanno una emissività inferiore rispetto agli altri due canali. La conseguenza è che lasciano passare radiazione dalla superficie, per cui risultano più calde; questo effetto è più accentuato se la nube è sottile.

Uno dei limiti di Meteosat 7 è l’individuazione della nebbia e dei bassi strati di notte, poiché si confondono con il suolo. Grazie alla differente emissività dell’acqua tra il canale a 10.8 e quello a 3.9 invece è possibile ora la loro individuazione anche nelle ore notturne.

I due canali del vapore acqueo (6.2 e 7.3 micron)

In queste bande il vapore acqueo atmosferico assorbe, in tutto o in parte, la radiazione emessa dal suolo o dal mare sottostanti. Poiché ogni corpo che assorbe ad una data lunghezza d’onda emette alla medesima lunghezza d’onda, il vapore acqueo atmosferico emette radiazione che è misurata dal SEVIRI in questi due canali.

Il canale a 6.2 è situato nel centro della banda di assorbimento, mentre quello a 7.3 su un estremo. Per questo motivo, in assenza di nubi, a 6.2 l’assorbimento da parte del vapore acqueo atmosferico è maggiore e l’immagine generalmente con toni più chiari dell’altra. Sempre per lo stesso motivo il canale a 6.2 micron fornisce informazioni di umidità su livelli atmosferici medio alti e l’altro su livelli medio bassi.

I valori di radianza a 6.2 sono quindi generalmente più bassi che a 7.3, come evidenziato dalle immagini. E’ di particolare interesse, per il monitoraggio di eventi convettivi intensi, il caso opposto, perché significa che il cumulonembo ha superato la tropopausa e ha raggiunto i livelli bassi della stratosfera.