Mondo della scienza | Quanto ha nevicato davvero?

Come si misura quanto ha nevicato? A parte le misurazioni basate sull'altezza dello sciatore (altezza degli scarponi, del ginocchio, dell'anca, del petto, ecc.) e sul numero di hashtag Instagram utilizzati (#pow #powder #epic #deep #deepestdayever #chestdeep #faceshots, ecc.), esistono diversi altri metodi consolidati per misurare la profondità della neve o della neve fresca. Il metodo più semplice e spesso migliore è la misurazione manuale, con l'ausilio di un metro per verificare la quantità di neve. Per l'altezza totale della neve, esistono pali di misurazione installati in modo permanente con una scala che può essere letta.

Le cosiddette tavole da neve sono disposte per misurare solo la quantità di neve fresca. Si tratta in realtà di tavole che vengono lasciate innevare. Dopo la nevicata o in determinati momenti, si misura la quantità di neve accumulata sulla tavola. La tavola viene poi pulita e il processo si ripete. Soprattutto in alta montagna, non è sempre possibile andare a controllare dappertutto e disporre le tavole, per questo motivo le precipitazioni e l'altezza della neve vengono misurate anche da stazioni meteorologiche automatiche. Esistono diverse varianti di misuratori di precipitazioni riscaldati che raccolgono e sciolgono la neve e pesano l'acqua periodicamente. In questo modo si ottiene l'equivalente di acqua della neve (SWE), una variabile che, a differenza della profondità della neve fresca, non dipende dalla densità della neve e può essere confrontata con le precipitazioni estive. Se la neve non si sciogliesse, i misuratori di precipitazione sarebbero pieni dopo la prima nevicata significativa e la misurazione della neve fresca non funzionerebbe più.

La misurazione automatica della profondità della neve funziona di solito utilizzando sensori a ultrasuoni o laser, che misurano la distanza tra il sensore sospeso su un palo e il terreno (o la superficie della neve).

Misurare meglio: pluSnow

Naturalmente si stanno compiendo sforzi intensi per registrare meglio le precipitazioni invernali. La sottostima delle precipitazioni da parte dei pluviometri continua ad essere un errore in molte applicazioni diverse, ad esempio nel modello INCA di ZAMG, a cui accede SNOWGRID. Il progetto pluSnow, portato avanti dall'Istituto di Innsbruck per la ricerca interdisciplinare sulla montagna (IGF) in collaborazione con lo ZAMG, sta attualmente cercando il modo di registrare automaticamente le nuove profondità della neve con la massima precisione possibile, al fine di migliorare la misurazione delle precipitazioni. Si spera che questo porti a migliori correzioni dei pluviometri. Ciò richiede anche dati precisi sulla densità della neve fresca, in quanto le correzioni richiedono non solo la profondità della neve, ma anche l'equivalente in acqua della neve fresca. Entrambe le cose potrebbero migliorare ulteriormente l'accuratezza di applicazioni di analisi come INCA e SNOWGRID.

Il progetto pluSnow ha inizialmente studiato in che misura i pluviometri sottostimino effettivamente le precipitazioni invernali nelle Alpi austriache. Studi di questo tipo erano stati condotti in precedenza solo per la Germania e la Svizzera. Secondo il responsabile del progetto Kay Helfricht dell'IGF, anche in Austria si può prevedere un errore medio del 20%, in quanto le misurazioni effettuate in stazioni molto alte ed esposte al vento sono più influenzate rispetto a quelle effettuate in località più riparate.

Se la precipitazione fusa nel pluviometro viene ora confrontata con una misurazione molto accurata dell'altezza della neve fresca nella stessa località, è possibile correggere la prima. Una profondità accurata della neve fresca può essere ricavata relativamente bene dalle variazioni della profondità totale della neve misurate da sensori a ultrasuoni e laser.

Supponendo di aver calcolato la quantità di neve fresca da una variazione abbastanza accurata della profondità totale della neve, basterebbe convertire i centimetri di neve fresca in millimetri di acqua equivalente (neve sciolta nel pluviometro) e il confronto sarebbe completo. Ma come funziona esattamente la conversione? Un millimetro d'acqua equivale a un centimetro di neve o qualcosa del genere?

Questo "qualcosa del genere" copre una gamma piuttosto ampia, che può fare la differenza tra la polvere di champagne e la brutta neve di cartone. La densità della neve fresca è soggetta a fluttuazioni temporali e spaziali. Presso pluSnow sono in corso analisi approfondite dei dati nel tentativo di comprendere le ragioni di queste fluttuazioni di densità e di sviluppare formule di conversione migliori. Tutti gli sciatori pensano intuitivamente che la temperatura e il vento influenzino la densità della neve fresca. Sebbene questa dipendenza si rifletta nei dati, è difficile da quantificare e varia da stazione a stazione. C'è quindi ancora molto da fare in termini di ricerca e di miglioramento.

Dalle misurazioni puntuali alle mappe di profondità della neve

Tutte le difficoltà menzionate si riferiscono a luoghi in cui esistono effettivamente misurazioni di qualche tipo, siano esse manuali, pluviometri, ultrasuoni o radar. Chiunque intraprenda frequentemente escursioni sciistiche difficilmente si imbatte in stazioni meteorologiche, antenne radar o meteorologi che scavano nella neve. Quindi non ci sono dati di misurazione dappertutto. Anche i luoghi di misurazione non sono distribuiti in modo uniforme e, per motivi logistici, si trovano più spesso a valle che in alta montagna, che è difficile da raggiungere. C'è anche il problema di quale misurazione della profondità della neve sia rappresentativa di una località: quella sul monte esposto al vento o quella del fosso a due metri di distanza?

Se si vuole una mappa, bisogna convertire i dati disponibili in una distribuzione areale utilizzando un modello e gli algoritmi in esso incorporati. Più dati ci sono per una particolare area, meglio funziona. Il fattore limitante nella conversione in area è il terreno. A causa della limitata potenza di calcolo, è impossibile risolvere le strutture del terreno su piccola scala nel modello nello stesso modo in cui le percepiamo quando sciamo.

SNOWGRID ha un punto della griglia del modello ogni 100 metri per il quale viene calcolato un valore. In combinazione con il modello del terreno ad alta risoluzione utilizzato da SNOWGRID, questo è relativamente molto accurato. Tuttavia, se durante lo sci considerassimo il terreno solo come la media di un quadrato di 100 m x 100 m, falliremmo rapidamente in montagna. È quindi necessario tenere a mente le diverse scale: Il modello non vede la situazione sulle singole piste, che è uno degli aspetti più importanti per gli sciatori. Inoltre non vede gli effetti locali del vento. La ridistribuzione della neve dovuta al vento è talvolta più importante per lo sci della quantità esatta di precipitazioni, ma da un punto di vista meteorologico si tratta di due questioni completamente diverse. La deriva del vento è molto complessa da modellare e non è ancora stata implementata in SNOWGRID. Quindi, anche quando si convertono le misurazioni puntuali in area, non è così semplice.

Ci sono certamente situazioni in cui lo sci è difficilmente praticabile in una regione a causa di una distribuzione della neve molto irregolare, ma allo stesso tempo c'è già un metro di neve in una stazione meteorologica vicina. D'altra parte, una stazione potrebbe essere completamente spazzata via, ma è possibile sciare nell'area circostante. Questo porta a discrepanze tra la propria percezione e il colore sulla mappa SNOWGRID. Mentre gli errori cumulativi vengono riportati per tutto l'inverno nelle mappe dell'altezza della neve totale, ciò non avviene per la mappa della differenza di neve su 24 ore. Di conseguenza, le mappe di differenza sono significativamente più accurate di quelle dell'altezza totale della neve, a parte le aree in cui si verificano errori sistematici, ad esempio a causa dell'ombreggiamento radar.

Come per tutte le altre mappe meteorologiche, le previsioni e i dati delle stazioni, è necessario tenere sempre presente da dove provengono i dati, come sono stati generati e quali sono le incertezze e i limiti legati al sistema di SNOWGRID. I valori insoliti devono essere esaminati e confrontati con quelli dell'area circostante (webcam, stazioni di misurazione), ma di tanto in tanto bisogna anche mettere in discussione la propria percezione. È inoltre molto utile ricordare, dagli inverni precedenti, la quantità di neve di cui un'area ha bisogno per poter sciare e ciò che viene visualizzato nei punti di misurazione corrispondenti. I membri della redazione di PG sostengono, ad esempio, che si può sciare bene sul Krippenstein solo se la stazione indica un'altezza della neve di almeno 2 metri. Per la pratica dello sci d'alpe, invece, è sufficiente molto meno.

Conclusione: le stazioni meteorologiche e i modelli sono in qualche modo anche persone.

Letteratura: Helfricht K., Koch R., Hartl L., Olefs M. 2016. Potenzialità e sfide di un uso operativo estensivo di sensori ottici di profondità della neve ad alta accuratezza per ridurre al minimo le precipitazioni solide sotto quota. Atti, International Snow Science Workshop, Breckenridge, Colorado, 2016.