OSSERVAZIONI SUI R A P P O R T I TRA L E CONDIZIONI METEOROLOGICHE D E L L A T R O P O S F E R A E LA PROPAGAZIONE D E L L E RADIOONDE Nota di Ivo RA~ZI

Stmto. - Si sono eseguite, nei mesi di agosto e settembve 1930, osservazloni continuative di ricezione di un'onda di 42 m., ponendosi sul limite esterno della prima zSna di silenzio, in modo da poter rivelare piccole variazioni nell'estensione di detta zona. Si ~ potuto stabilire che esiste una correlazione nettlssima tra le espansioni anormali del~a prima zona di silenr e le invasioni di aria equatoriale.

Fin dalle prime ricerehe sulle radiotrasmissioni ~ apparso esistere ~tna relazione non dubbia fra i fenomeni meteorologici e la propagazione delle radioonde, relazione di cui per5 sino ad o~gi non stato possibile precisare la natura. Premetto una breve esposizione delle rieerche fatte sinora sulle relazioni tra i eambiamenti nello stato della troposfera e la propagazione delle onde; tralascer5 cio~ tutte le ricerehe intese a stabilire correlazioni tra alcuni fattori meteorologici, come temperatura o pressione, e la intensit~ di ricezione, durante lunghi periodi di tempo e operando sui dati medi. 1~ noto come tutti i cambiamenti improvvisi hello stato meteorogieo della troposfera vadano attribuiti, secondo le moderne teorie, allo spostamento, in seno alla troposfera stessa, di masse d'aria contigue di diversa origine e di divers~ propriets fisiehe, le quali sono separate tra di loro dalle eosidette superfici di diseontinuith (fronti caldi e fronti freddi)., Si sono gig trovate aleune prove di una influenza delle superfici di discontinuit~ sulla intensit~ di ricezione.

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HERATH (1) osservando a Strelitz Alt il campo di varii trasmettiteri europei su onda lunga (Lyon, Carnavon, Roma e Stravanger), pot~ stabilire che quando la stazione trasmittente e la ricevente sono separate da n n a superficie di discontinuitY, la ricezione ~ indebolita; quando invece esse sono nella stessa massa d ' a r i a la ricezione ~ in generale rinforzata. HU~ER (") pot~ precisare che le superflci di discontinuit~ costituiscono un ostacolo tanto maggiore quanto pifi sono vicine alla trasmittente o alia ricevente. BUREAU (8) not5 che l'emissione di Arlington (su 24 m.), ricevuta di solito molto intensamente in Europa, non f u ricevuta un giorno in cui un fronte freddo marcatissimo si interpose nel tragitto dell'onda diretta a qualche centinaio di chilometri dalla t r a s m i t t e n t e : inveee a R a b a t (Marocco) la ricezione f u regolare, non coprendo il fronte freddo il tragitto Arlington-Rabat. I n seguito, osservando le carte di ricezione di onde corte, lo stesso A. trovb una relazione t r a i limiti delle zone di silenzio e le discontinuith atmosferiche: ma l'influenza di queste ultime risultb complessa. Recentemente poi (4), nelle sue interessantissime ricerche sulla propagazione delle onde corte, egli ha potuto osservare un caso nettissimo di influenza delle superfici di discontinuit~ sulla propagazione. La sera del 15 dicembre 1928, in tutto il mezzogiorno della Francia, che d ' o r d i n a r i o era una zona di silenzio per le emissioni da Parigi su onde corte (da 25 a 56 m.), la ricezione divenne buonisslma; invece, verso il Nord e verso l ' E s t , la zona di silenzio si estese maggiormente; tutto ci5 per pifi ore di seguito. I1 17 dicembre invece, le ricezioni divennero anormalmente buone verso l ' E s t e i l SudEst. I1 15 u n a massa d ' a r i a calda (tropicale) si estendeva sulla Europa e si trovava gi'~ in altitudine al disopra del Sud-Ovest e del Sud della Francia. Il 17 invece si ebbe la sovrapposizione di aria polare m a r i t t i m a a Ovest e di aria continentale a E s t ; in altitudine la p r i m a pi~ fredda della seconda. Quindi, in entrambi i casi il trasmettitore

(I) ttERATH, g Die Arbeiten der preuss, aer. Obsl Lindenberg ~, 14, 1922, pag. 119. (2) ~ Comptes Rendus ~, 185, novembre 1927. (8) r Comptes Rendus ~, 184, 2 maggio 1927. (4) r La M~teorologie ~, luglio e settembre 1929 ; r Onde Electr. ~, matzo e aprile 1930.

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e le zone di ricezione f a v o r i t a si trovarono sotto una stessa superficie di separazione t r a l ' a r i a fredda e l ' a r i a calda sovrastante. Ricorder5 infine le ricerche del COLWELL (1) il quale, in base alle registrazioni della intensit~ di ricezione della stazione di P i t t s b u r g ( K D K A ) a Morgantow, alla distanza di 60 miglia, notb che, col tempo sereno, si avevano delle oscillazioni rapide e di piccola ampiezza nella intensit~ dei segnali ricevuti di giorno, m e n t r e tall oscillazioni mancavano col tempo nuvoloso, come se le nubi impedissero l ' a r r i v o al suolo delle onde riflesse di giorno nello strato di tteaviside (alle quali si attribuisce di solito il fading). Inoltre I ' A . osservb c h e l a intensitk di ricezione n o t t u r n a si manteneva superiore a quella d i u r n a all'avvicinarsi di tempo nuvoloso e con precipitazioni, e i l eontrario succedeva a l l ' a w i c i n a r s i del bel tempo. Tutte le ricerche riferite comprovano l'esistenza di un legame t r a i fenomeni della troposfera e la propagazione delle onde. Si presenta ora l'interessantissimo problema di stabilire se le discontinuitk della troposfera agiscono direttamente sul cammino delle onde o se invece esse sono connesse alla distribuzione della densits ionica nell'alta atmosfera. I n corrispondenza delle superfiei di discontinuitk si possono avere fenomeni di rifrazione e riflessione delle onde, come dimostr5 teoricamente il PEDERSE~ (2). Ma vi sono certi casi, come quello riferito dal BUREAU, in cui, a eausa di certe dissimetrie constatate helle anomalie di propagazione e della inesistenza di superfici di discontinuit~ atte a riflettere ]e onde entro le zone di silenzio, i suddetti fenomeni non possono servire a interpretare i fatti osservati. Secondo il BUREAU, occorre ammettere un legame t r a i fenomeni della troposfera (fino a 10 Kin. di altezza) e lo stato della ionosfera (ossia dell'alta atmosfera ionizzata, al disopra di 80 Km.) : i fonti ealdi sarebbero connessi colle anomalie positive delle zone di silenzio (rieezione nel Ioro interno), a causa di un legame stretto f r a lo stato della troposfera e la distribuzione della ionizzazione nell 'alta atmosfera, per cui l ' a n d a m e n t o della rifrazione in q u e s t ' u l t i m a ~ tale da r i n v i a r e ' l ' o n d a entro zone, in cui, in condizioni normali, non si nora ricezione. A sostegno di tale ipotesi, il BUREAU ricorda i risultati delle ricerehe di DOBSO~ e collaboratori sullo spessore dello strato d'ozono atmosferico, che, come noto, si trova a circa 50 Kin. di altezza : tale spessore aumenta all'arrivo di masse di aria d'or~gine polare, e diminuisce invece in corri(l) r Proc. Inst. Radio Eng. 7), novembre 1928, gennaio 1929, marzo t930. PEDERSE/~, ~ The propagation of radio wawes ~, Copenaghen, 1928.

('2)

I. R A N Z I

- SULLA

PROPAGAZIONE

DELLE

RADIOONDE

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spondenza delle invasioni di aria equatoriale : cib dimostra un legame tra la troposfera e l'alta atmosfera. Inoltre, la somiglianza tra le carte di propagazione delle onde elettromagnetiche e le carte relative alla propagazione delle onde sonore emessc da esplosioni (studiate all'osservatorio di Lindenberg, in Germania) confermerebbe seeondo il BUREAU, il suddetto legame. Perb le osservazioni sono ancora troppo scarse, perch~ si possa giungere a una conclusione sicura. Oceorre comprovare e precisare ancor meglio le relazioni tra la presenza delle superfici di discontinuit~ e le anomalie nella propagazione. .Soltanto osservazioni, prolungate per un certo periodo di tempo potranno condurre a utili risultati. I1 metodo seguito dal BUREAU ~ certamente uno dei pifi promettenti; esso perb presenta l'inconveniente di non prestarsi facilmente a osservazioni continuative per u n lungo periodo di tempo, dato il gran numero e l'estensione delle osservazioni contemporanee che esso richiede. Metodo s e g u i t o nella presente ricerca e risultati. I1 metodo di osser.vazione di cui mi sono servito si pub ritencre in rondo analogo a" quello del BUREAU: h0 eseguito per un periodo di tempo alquanto lungo (due mesi circa), delle osservazioni giornaliere continuative, dalle ore 8 alle 23, della intensit~ di ricezione di una stazione trasmittente (a 50 Km. circa di distanza) su u n ' o n d a di lunghezza tale che il luogo di ricezione si trovasse, per una parte della giornata, al limite esterno della prima zona di silenzio: ogni piccola variazione della densit~ ionica nell'alta atmosfera, dovrebbe dar origine in tali condizioni a variazioni sensibili nella durata della ricezione. tIo ridotto quindi la potenza della trasmittente al valore minimo ccmpatibile con una buona ricezione in alcuni momenti della giornata e tale che l'onda diretta non fosse assolutamente sensibile alla ricevente. Dopo varie prove preliminari, fissai la potenza della trasmittente a 5 watt circa in antenna, la lunghezza d'onda a m. 42, essendo la trasmittente situata nell'Istituto di Fisica della Universit~ di Camerino, e la ricevente in localit~ Bellisio Solfare (provincia di Pesaro), alla distanza di Km. 50 e in direzione N N W. Iniziai le osservazioni il 3 agosto 1930 e le proseguii sino al 25 dello stesso mese, riprendendole poi il 30 e continuandole sino al 1~ ottobre. Durante il periodo delle osservazioni il trasmettitore funzionava continuativamente.

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Usai una valvola trasmittente Philips tipo T B ~ ,

alimentata in

placca d a l l a f. e. m. alternativa della rete stradale a 50 pcriodi, oppertunamente trasformata a 400 volt. L'antenna tipo L e v y , la cui onda fondamentale era di 120 m., funzionava sulla 3 ~ armonica ed era accoppiata induttivamente al circuito oscillante (tipo Hartley). P e r tutto il periodo delle osservazioni, di frequente durante l a

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Fig. 1 giornata, veniva verificato il funzionamento regolare del trasmettitore: inoltre questo era regolato in modo che anehe con abbassamenti del 20 % della tensionc di alimentazione la potenza della correntc oscillatoria non subisse un abbassamento pereentuale superiore a 8 9 10 "r/ /2 /3 14, "15

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Fig. 2

quello della potenza di alimentazione. Gli sbalzi osservati nella tensione della rete non erano che eccezionalmente superiori al 10 % e sCmpre di brevissima durata. I diagrammi delle fig. 1 e 2 rappresentano i risultati delle osservazioni: la lunghezza del tratto vertieale, in eorrispondenza delle singole giornate, rappresenta, con riferimento alla scala riportata sull'asse delle ordinate, la durata del periodo di ricezione: nelle giornate in cui non si ebbe ricezione, non si ~ segnato nulla.

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L'andamento generale della ricezione, fa vedere come effettivamente la localit~ di ricezione si trovasse, per l'onda di 42 m. e nel periodo delle osservazioni, in corrispondenza al limite esterno della prima zona di silenzio. Nel mese di agosto, l'elevata densit~ ionica nello strato di Heaviside ~ sufficiente per rifiettere, durante il giorno, le onde sotto angoli di incidenza molto piccoli, cosicch~ la ricezione dovrebbe aversi, in media, a partire da un certo tempo dopo il levar del sole sino al tramonto. In p r a t i c a ' p e r b si noterh la ricezione soltanto poco prima del tramonto, quando cessato il forte assorbimento diurno, la densit~ ionica ~ ancora sufficiente a rinviare l'onda sotto piccoli angoli; la ricezione continuer~ sino a c h e , per fenomeni di ricombinazione, la densit~ ionica non cade al disotto del valore eritico per la riflessione sotto il dovuto angolo. Coll'avvicinarsi dell'autunno, l'assorbimento diurno diminuir~ di intensit~ e si potranno allora ricevere i segnali anche durante la giornata, con qualche interruzione attorno al mezzodi: inoltre, anticipandosi l ' o r a del tramonto, si dovr'~ notare nella media un anticipo .anche nella fine della ricezione. Tutte queste caratteristiche si trovano verificate sui diagrammi riportati. Oltre ci5, si notano delle evidenti e considerevoli differenze da una giornata all'altra; talvolta, la ricezione ~ mancata del tutto o f u di brevissima d u r a t a : converremo di dire che in tali giornate si .~ avuta una anomalia (negativa) nella ricezione. Le osservazioni venivano eseguite a intervalli di 30 o 15 minuti, e l'intensit~ di ricezione veniva r e g i s t r a t a in base alla nora scala auricolare che va da 0 (ricezione mancata) a 9 (ricezione in altoparlante fortissima). In generale si notava che circa mezz'ora dopo l'inizio (a intensit~ 2-3), l'intengit~ di rieezione passava a 7-8: nella maggior parte dei casi il massimo d'intensith, che si osservava nel mezzo del periodo di ricezione, poteva valutarsi a 7 ; raramente esso saliva a 8-9. A partire da circa 30-40 minuti prima della fine si notava un indebolimento progressivo della intensit~ di ricezione.

Correlazioni colic perturbazioni magnetiche. Prima di ricercare le eventuali correlazioni dclle anomalie osservate colle variazioni delle condizioni meteorologiche della troposfera, ho voluto vedere .se qualche correlazione poteva stabilirsi colle per.%urbazioni del campo magnetico terrestre.

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Qui sotto sono r i p o r t a t i i earatteri magnetici delle varie giornate dell'agosto e del settembre 1930, gentilmente eomunicatimi dall'Osservatorio di V a l - J o y e u x (Parigi). Giornate calme o quasi calme: nessun segno >> poco agitate o agitate: x >> fortemente agitate: xx AGOSTO 1, 2, 3, 4, 8,x 6,xx 7,x 8,x 9,x 10,x 11, 12,x 13, 14,x 15,x 16, 17, 18 19, 20, 21,x 22,xx 23,x 24, 25, 26,x 27, 28, 29,x 30,x 31,x SETTEMBRE 1,x 2,x 3,xx 4,x 5,x 6,x 7, 8, 9,x 10, 11, 12,x 13, 14, 15, 16, 17, 18,xx 19,x 20, 21,x 22, 23, 24,x 25,x 26, 27, 28,x 29,xx 30,x E facile vedere, per confronto coi d i a g r a m m i di fig. 1 e 2, che nessuna correlazione si pub stabilire. Le correlazioni finora osservate dai v a r i ricercatori t r a p e r t u r b a zioni magnetiche e propagazione delle radio-onde, sono relative alla ricezione in ]uoghi assai distanti dalla trasmittente, nel qual caso uno dei fattori p r e p o n d e r a n t i che determinano l'intensit~ di ricezione l'assorbimento ionico delle onde nel loro lungo percorso hello strato di Heaviside : secondo ]~JCKERSLEu (1), le correlazioni osservate sarebbero dovute a p p u n t o a variazioni dell'assorbimento durante le perturbazioni magnetiche. Nel nostro caso, quindi, appare giustifieata l'assenza della correlazione in parola, data la brevit~ del percorso delle onde nello strato ionizzato.

Correlazioni con elementi meteorologiei. Da un esame comparativo dei d i a g r a m m i di ricezione coi caratteri meteorologici delle varie giornate, quali si possono desumere daI Bollettino dell'Ufficio Pr~sagi della R. 9 Aeronautica, appare subito ed in modo evidente una stretta correlazione t r a i due ordini di fenomeni. Le anomalie del 4-6-8-9 agosto appaiono accompagnate dalla presenza di saccature e depressioni secondarie sull'Italia, in corrispondenza delle quali ~ facile scorgere sulle carte l'esistenza di superfici (~) ~ Journ. Inst. El. Eng. Proc. Wir. Sect. >>,2 giugno 1927, pag. 85. V. pur~ ~SNY, <>, aprile 1928.

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di discontinuit~t. I1 9 sera si delinea un promontorio (espansione d[ alte pressioni) sulla media Italia e l'assenza di discontinuit~ atmosferiche continua sino al 13 mattina, in cui appare una saccatura in Val P a d a n a : tale saccatura persiste sino al 16: corrispondentemente si notano le anomalie del 13 e del 15. A partire dal 17 si inizia un regime anticiclonico sull'Italia, il quale si prolunga sino al 4 settembre. Da notarsi come in tutto questo periodo la ricezione non presenti alcuna notevole anoma]ia. Quindi nel mese di agosto le anomalie appaiono legate alla presenza di aree e di saccature; predominando le alte pressioni, le anomalie scompaiono. In corrispondenza delle suddette distribuzioni isobariche si ~ sempre verificato un predominio di correnti d ' a r i a di origine indubbiamente tropicale. Le anomalie del 5 e 6 settembre si verificano in corrispondenza della seorhparsa del regime antieiclonico, che predominava in antecedenza su t u t t a l ' E u r o p a centrale e meridionale. P e r l'apparizione di basse pressioni sull'Europa settentrionale e di alte pressioni s u l l ' A h i c a settentrionale, la situazione isobarica si delinea favorevole allo stabilirsi di correnti d'origine tropicale sulle nostre regioni. Nei giorni 7-8-9 la presenza di un ciclone secondario sull'alta Italia permette di stabilire nettamente l'esistenza di un fronte ealdo helle nostre regioni: in corrispondenza si hanno notevoli anomalie nella propagazione. I1 10 e 1'11 la situazione barometrica ~ tale da interrompere l'arrivo di aria tropicale helle nostre regioni. I1 12 appare ben delineato sulle carte un fronte caldo in direzione Est-Ovest sull'Italia Centrale, con tendenza a spostarsi verso il Sud : una lieve anomalia comincia ad a~parire nella propagazione. I1 13 e il 14, lo stabilirsi di una depressione secondaria sull'alto Adriatico determina una pih estesa invasione di aria tropicale: corrispondentemente si notano le anomalie del 13 e 14. I1 15-16-17-18 la depressione si sposta verso il basso Adriatico determinando infine un regime di alta pressione sull'Italia, col predominio di correnti settentrionali. I1 20 mattina un fronte caldo ben accentuato si stabilisce lungo la valle Padana e in direzione Sud-Est lungo l'Adriatico : tale fronte appare legato a una profonda depressione stabilitasi sull'Irlanda sin dal 18 sera. L'invasione di aria tropicale ~ netta e pure nettissima 6 l'anomalia di propagazione. I1 21 si verifica l'avanzarsi di aria polare sull'Alta Italia colla formazione di u n fronte freddo: il ritiro dell'aria equatoriale ~ accompagnata da un ritorno alla normalit~ nella propagazione.

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Sino al 25 non si notano discontinuit~ atmosferiche: la pressione appare livellata sull'Italia o con qualche lieve pendio. I1 26 si delinea un esteso fronte di diseontinuit~ al di li~ delle Alpi. I1 27 e il 28 detto fronte si sposta verso l'Italia Centrale; e i l 29 mattina esso si trova gi~ ritirato verso il 5Iediterraneo. Ma la sera del 29 si ha un'improvvisa invasione di aria tropicale co]la formazione di un fronte caldo che segue, sull'Italia, il meridiano 15~ Est. I1 30 sera e il 1 ottobre si ha la stomparsa del fronte caldo e il predominio di eorrenti settentrionali. Durante questo periodo si nora the, all'abbassarsi del fronte ealdo, apparso il 26 al di 1~ delle Alpi, corrispondono nella propagazione la lieve anomalia del 28 e quella pifi netta del 29. I n eorrispondenza poi dell'invasione di aria tropicale del 29 e del 30 si ha la nettissima anomalia del 30.

Contlusione. Non vi ~ stato spostamento o invasione di aria d'origine tropieale, helle nostre regioni, the non sia stato aeeompagnato da anomalie nella propagazione dell'onda di 42 m. ; inoltre non si ~ verifieata anomalia di propagazione senza una torrispondente invasione di aria tropieale. Le anomalie si sono sempre martifestate come espansioni della prima zona di silenzio. Non si ~ potuto trovare altun legame tra la posizione delle superfiti di diseontinuit~ e le anomalie, il ehe dimostrerebbe the non si t r a t t a di una influenza diretta delle superfiti di diseontinuit~ sulla propagazione delle radio-onde, analogamente a quanto ebbe a eonstatare il B~REA~J. Si pub quindi affermare che Io spostarsi dei f r o n t i ealdi nella troposfera ~ attompagnato da eambiamenti nella s t r u t t u r a delia ionosfera.