• Aerosol
• Irradianza
• Ozono
• Trasferimento radiativo in atmosfera
• UVI

La radiazione solare sulla superficie terrestre è d’importanza vitale per la maggior parte degli organismi sulla Terra e per l’uomo rappresenta anche una rilevante fonte energetica rinnovabile. D’altra parte però la componente ultravioletta, può avere effetti biologici dannosi e rendere in certi casi rischiosa l’esposizione prolungata senza opportuni accorgimenti.
È quindi essenziale conoscere come la radiazione solare interagisca con l’atmosfera ed infine giunge al livello del suolo dove essa può essere analizzata nelle sue componenti spettrali. Per far ciò è necessario innanzitutto comprendere quali sono i parametri atmosferici che hanno un’influenza sulla propagazione della radiazione solare. Con questo obbiettivo il lavoro di questa Tesi è essenzialmente suddiviso in tre parti.
In una prima parte è stata studiata la struttura dell’atmosfera terrestre con un’attenzione particolare verso i suoi costituenti, gas e aerosol, che in condizione di assenza di nuvolosità contribuiscono maggiormente al bilancio radiativo terrestre. Si è poi analizzato come essi interagiscono con la radiazione solare originando fenomeni di diffusione e assorbimento e come possono essere analiticamente descritti e parametrizzati da un punto di vista ottico.
Una seconda parte è stata dedicata alla messa a punto di una stazione meteorologica presso l’azienda Flyby S.r.l. di Livorno, dove buona parte del lavoro di questa Tesi è stato effettuato. Con lo scopo di ottenere rilevazioni della radiazione solare più accurate possibili, è stata necessaria una analisi approfondita delle misurazioni effettuate dai sensori per individuare le eventuali cause di errore strumentale e quando possibile effettuare opportune correzioni per limitarne gli effetti. È stato inoltre eseguito un procedimento di calibrazione mediante comparazione con uno strumento di riferimento che essenzialmente si basa sul noto metodo dei minimi quadrati. I risultati delle varie correzioni e calibrazioni effettuate sono stati comparati e soprattutto quantificati per verificarne l’efficacia.
Per caratterizzare meglio la radiazione solare al suolo e l’impatto su di essa dei costituenti atmosferici, si è resa necessaria anche la progettazione e la realizzazione di un opportuno anello di schermo che permettesse la rilevazione della radiazione diffusa nell’ultravioletto. Questa misurazione è particolarmente importante dato che esistono pochi studi a riguardo pur essendo la componente diffusa nell’ultravioletto spesso predominante e perciò non trascurabile.
Una volta messa a punto la stazione, effettuando misurazioni ad un angolo zenitale costante e rapportandosi alla stessa distanza Terra-Sole, è stato infine isolato il contributo dell’atmosfera nelle rilevazioni. Si è poi potuto anche identificare i costituenti che hanno maggiormente influito nelle variazioni misurate dai sensori mediante l’uso di modelli di trasferimento radiativo e parametri atmosferici ottenuti da rilevazioni satellitari o da altre stazioni. In questo modo è stato dimostrato che in condizioni di assenza di nubi, l’ozono stratosferico ha un’influenza non trascurabile sulla radiazione ultravioletta sia globale che diffusa e che mediante le rilevazioni satellitari d’ozono è possibile fare stime accurate dell’intensità di tale radiazione. Si è anche riscontrato che gli aerosol hanno un influenza nelle rilevazioni della stessa entità stimata e in particolare che la radiazione solare diffusa al suolo è fortemente condizionata da essi.
Le ricadute applicative di questo studio consistono nella possibilità di ottenere informazioni precise sulla radiazione al suolo che possono essere sfruttate in differenti e importanti contesti. Uno di questi è lo sviluppo di servizi di monitoraggio della radiazione solare in tempo reale da satellite per l'ambito salute. Ad esempio le misurazioni e le stime effettuate sono state utili a validare un’applicazione per dispositivi mobili che, mediante geolocalizzazione GPS e dati atmosferici satellitari, in qualsiasi luogo fornisce informazioni sull’intensità della radiazione ultravioletta e utili indicazioni sui tempi d’esposizione e sulle eventuali protezioni d’applicare.
Altra applicazione è nel monitoraggio delle performance e nel supporto alla pianificazione degli impianti ad energia solare. Una migliore conoscenza dell’intensità della radiazione solare in determinati luoghi mediante l’utilizzo di modelli di trasferimento radiativo e dati atmosferici, permette infatti di sfruttarne al meglio le potenzialità energetiche.