D e t e r m i n a z i o n e s p e t t r o s c o p i c a d e l l ' a c q u a p r e c i p i t a b i l e D . F E D E L E ( * ) R i c e v u t o il 15 Giugno 19(>l È noto ohe la radiazione solare è assorbita selettivamente dai gas componenti l'atmosfera terrestre. Il f a t t o r e di trasmissione, per une radiazione di determinata lunghezza d'onda, è funzione, principalmente, della quantità di gas assorbente presente nello strato attraversato per unità di superfìcie della sezione del fascio. È possibile quindi determinare la quantità di gas assorbente dalla misura del f a t t o r e di trasmissione. Le principali bande d'assorbimento dovute soltanto al vapore acqueo si trovano nella p a r t e infrarossa dello spettro e sono t a n t o notevoli (la arrestare, in media, più del 15% dell'energia solare infrarossa incidente sul nostro globo ed una frazione ancora più notevole dell'energia irradiata dalla superfìcie terrestre verso lo spazio. La determinazione del fattore di trasmissione con il metodo classico impiegato da F . E . Fowle, W . 1-1. Elsasser, L . B . Aldricli, W. Gorc- zynski, E. Stenz consiste nella misura del rapporto f r a l'intensità della radiazione nel punto di minimo della banda d'assorbimento e l'intensità che si avrebbe in assenza del gas assorbente, calcolata raccordando la curva dello spettrogramma ottenuto registrando l'intensità della radia- zione nei vari punti dello spettro solare. Per una misura rapida o istantanea conviene invece misurare il rapporto fra l'intensità della radiazione in detto minimo e l'intensità in una banda prossima dello spettro, non affetta da assorbimento, da parte di componenti variabili dell'aria. Se le due bande sono sufficien- temente prossime, si può ammettere, con buona approssimazione, che l'attenuazione non selettiva della radiazione solare, dovuta principalmente alla diffusione atmosferica, incida ugualmente su entrambe le bande, (*) Osservatorio (li Meteorologia A e r o n a u t i c a di Vigna di Valle. 2 8 D . F E D E L E sicché il r a p p o r t o così misurato rappresenta, a meno di un f a t t o r e co- stante, e poco diverso da 1, il f a t t o r e di trasmissione cercato. Il principio è già stato applicato per il dosaggio di alcuni compo- nenti variabili dell'atmosfera quali vapore d'acqua, ozono, anidride car- bonica. Gli strumenti relativi fanno uso generalmente di un sistema dispersivo a prisma, a d a t t o per le bande dello spettro solare in studio, con ottica di quarzo nel caso dell'ozono e di v e t i o nel caso del vapore d'acqua. Il f a t t o r e di trasmissione è misurato, preferibilmente, con me- todi di riduzione a zero manuali. Nel piano focale d'auscita dello spettro- metro vengono poste due fenditure fìsse, u n a in corrispondenza alla b a n d a di assorbimento, la seconda in u n a banda vicina, esente da assorbimento. L'energia passante attraverso quest'ultima viene ridotta per mezzo di un cuneo ottico lino a renderla uguale a quella non assorbita passante attraverso la seconda fenditura. La posizione del cuneo ottico, in questa condizione, fornisce direttamente l'attenuazione e quindi il f a t t o r e di trasmissione. L'uguaglianza viene generalmente controllata inviando al- ternativamente, con un dispositivo di sfarfallamento, l'energia passante attraverso le due fenditure su un elemento rivelatore a d a t t o per il campo di frequenza in studio. Lo strumento da noi realizzato per la misura dell'acqua precipi- tabile è fondato sullo stesso principio. La riduzione a zero è però ot- Fig. I. D E T E R M I N A Z I O N E S P E T T R O S C O P I C A D E L L ' A C Q U A P R E C I P I T A B I L E 2 9 t e n u t a a u t o m a t i c a m e n t e ed il f a t t o r e di trasmissione è registrato diret- t a m e n t e , in modo continuo. Esso è essenzialmente costituito da un sistema dispersivo in flint extradenso composto da un prisma equilatero, un semiprisma equilatero con una faccia speculare metalizzata, uno specchio sferico da 40 cm. di focale e da un dispositivo di misura automatica e registra- zione del r a p p o r t o delle intensità della radiazione solare nelle due b a n d e 1,13^, (banda 0 d'assorbimento del vapore acqueo) e l,04w (banda di riferimento). Questo dispositivo comprende u n a f e n d i t u r a fissa, larga 1 min., c e n t r a t a sulla b a n d a O ed u n a f e n d i t u r a di larghezza variabile micrometricamente da 0 a 1 mm., c e n t r a t a sulla b a n d a di riferimento, non assorbita. E n t r a m b e le fenditure sono collocate nel piano focale del sistema dispersivo e d a v a n t i alla lente frontale di un sistema conver- gente a corta focale che proietta l'immagine del prisma sull'area sensi- bile di una cellula fotoconduttrice al solfuro di piombo, sensibile in u n espeso campo spettrale, da 0,4 a 3,5 fi con un largo massimo f r a 1 e 1,5 fi. Un sistema elettromeccanico opera lo sfarfallamento sulle due fenditure, alternativamente, con u n a frequenza di 50 p/s. Quando le q u a n t i t à di energia passanti per le due fenditure, fissa e variabile, non sono uguali, sia ha ai capi della cellula fotoconduttrice u n a diffe- renza di potenziale Variabile, con a n d a m e n t o sensibilmente sinusoidale, con frequenza di 50 p/s. La larghezza della f e n d i t u r a variabile viene automaticamente regolata in modo da rendere m i n i m a d e t t a variazione di differenza di potenziale. In queste condizioni, il rapporto di energia nelle due b a n d e dello spettro è funzione lineare dell'inverso del rap- porto della larghezza delle due fenditure. Il bilanciamento automatico dell'energia che passa a t t r a v e r s o le due fenditure è operato da un motorino a campo r o t a n t e che regola la larghezza della f e n d i t u r a posta sulla b a n d a 1,03 /< e muove contem- poraneamente la pennina di registrazione. Il motore è a due fasi ed è alimentato, per una fase, dalla corrente a l t e r n a t a a 50 p/s che alimenta il dispositivo elettromeccanico di sfarfallamento e per l'altra fase dalla corrente di errore uscente da un amplificatore pilotato dalla cellula fotoconduttrice. Le due correnti di alimentazione sono disposte in qua- d r a t u r a . Il tipo di trasmissione meccanica a d o t t a t o assicura la costanza del rapporto f r a larghezza della fenditura regolabile ed escursione della pennina scrivente. La t a r a t u r a è s t a t a e f f e t t u a t a ricorrendo al metodo classico di misura, mediante registrazione di u n a p a r t e sufficientemente estesa dello spettro solare per mezzo di uno spettrometro di determinate caratteri- 3 0 D . F E D E L E stiche di purezza spettrale, ricorrendo alle tabelle determinate da Fowle (1912) e confermate da Aldrich (1949). La misura del f a t t o r e di trasmissione in u n a o più bande d'assor- bimento da u n a p a r t e ed il dosaggio ottico dell'acqua precipitabile dall'altra presentano entrambi notevole interesse meteorologico. La pri- ma misura è fondamentale per la determinazione delle condizioni di Finajbj Fonditura fissa/ Finestra FvidìLvrj j ìjnjhgxzj sjr/sbijv ffor/j/lal-ora Corranfg jltirnjfd J'trrorf J^ Q CnZ/u/a fo/~o con dottrìcr ArOJMp/rf. Amplif. ArOJMp/rf. Amplif. o Motore d» CJmpo /~ooAjn/~Z CorrjnU j/farnjfj d/ rtkz Aj- r r m Dispositivo «(zhh-omeccJn/co c/i sfarfd/Uminro jpormjnan/i F i g . 2. equilibrio radiativo e termico dell'atmosfera e del suolo, il secondo rappresenta un mezzo che p e r m e t t e d'integrare le informazioni fornite dai sondaggi con radio-sonda, ai fini della conoscenza della evoluzione dei fenomeni meteorologici. La registrazione continua, dal canto suo, presenta particolarità che non possono essere messe in evidenza da misure singole non frequentis- sime. Si notano, t r a l'altro, variazioni rapide del f a t t o r e di trasmissione, con periodi da qualche decina di sec. ad u n a decina di m i n u t i e di ampiez- za fino al 10% del contenuto totale di vapore d'acqua. Tali variazioni sono da attribuire presumibilmente alla non omogeneità dell'atmosfera ed ai moti orizzontali e convettivi in seno ad essa. D E T E R M I N A Z I O N E S P E T T R O S C O P I C A D E L L ' A C Q U A P R E C I P I T A B I L E 3 1 RIASSUNTO Viene descritto uno strumento per la registrazione dell' assorbimento della radiazione solare da parte del vapore acqueo atmosferico nella banda 0 centrata su 1,13 /i. La misura è effettuata confrontando, con un metodo di riduzione automatica a zero, l'energia solare ricevuta, al livello del suolo, nella banda di assorbimento con quella ricevuta in una vicina, non soggetta ad assorbimento selettivo. Viene infine accennato alle applicazioni meteorologiche delle registra- zioni ottenute con tale strumento. SU 31 MARY The construction of an instrument ivhicli will continously measure the rate of absorption of solar radiation by atmospheric water vapour in spectral band 0, centered, 1,13 fi, is described. Msasurement is accompliched by comparing, with a nuli method, solar energy received al ground level in the absorption band 0 with the one received in a nearly not selectively absorbed spectral band. Some considerations are presented concerning the use of the instrument in meteorologicul research.