martedì 17 marzo 2009

Calcolo della Temperatura Critica per la formazione delle Contrails

E' da circa un mesetto che non aggiorno più il blog. Questo non perchè il mio interesse sulle tematiche trattate (in particolar modo la questione delle scie chimiche) sia improvvisamente scemato ma all'opposto ho dedicato gran parte del poco tempo libero a disposizione per realizzare un progettino che mi passava per la testa da un bel pò di tempo: uno strumento per determinare numericamente la temperatura critica per la formazione delle scie di condensazione. Temperatura critica intesa come quella temperatura massima (in funzione di una data pressione atmosferica, umidità relativa e tipologia di motore) sotto la quale gli aerei possono generare le contrails.L'idea è nata dopo aver letto,riletto e straletto l'articolo APPLEMAN 2.0 realizzato da Cuorenero sul suo blog.Le difficoltà incontrate sono state molteplici, la prima in assoluto interpretare i formuloni proposti nelle varie pubblicazioni di riferimento. In particolar modo tra i metodi di forecasting "attuali" mi sono focalizzato su quello realizzato da Mark Schrader nella fine del 1996 (datazione dell'articolo utilizzato) che risulta essere almeno fino a tale data il metodo previsionale ufficiale utilizzato dall'AIR FORCE GLOBAL WEATHER CENTER (AFGWC).Sostanzialmente questo metodo previsionale nasce dalle basi fornite da Appleman negli anni '50 con la variante della presenza di un CONTRAIL FACTOR variabile a seconda della tipologia di motore. Questo coefficente è calcolato in base alla massa di vapore acqueo rilasciato dagli scarichi, del calore dell'aria presente ad una data pressione costante e dell'energia totale rilasciata dal motore.
Vi sono tre tipi di motori di aerei che possono produrre contrails a cui corrispondono tre differenti contrail factor che fanno variare la temperatura critica per una data pressione atmosferica e umidità relativa:

NON BYPASS (CF=0.0300) propeller engines

LOW BYPASS (CF=0.0340) jet engines di prima e seconda generazione caratteristici degli aerei costruiti negli anni '70 (esempio MD80)

HIGH BYPASS (CF=0.039) jet engines di ultima generazione presenti su tutti i moderni aerei commerciali e trasporto militare

Il contrail factor costante utilizzato sull'appleman originale è invece pari a 0.0336 g kg^(-1) K^(-1).

Il valore minimo si ha per i motori "non bypass" e massimo per gli "high bypass", al valore più alto di contrail factor corrisponde quindi una maggiore temperatura critica e di conseguenza possibilità di formazione delle contrails a quote più basse e proprio dagli aerei di ultima generazione.

Stesse condizioni atmosferiche:
A340 (high bypass) con scia e B707 (low bypass) senza scia



Una volta che mi sono chiarito un pò le idee sulla parte teorica sono passato alla fase di realizzazione.Per fare questo dopo 15 anni ho rimesso le vesti di programmatore generando un semplice eseguibile stand alone in DOS il quale a fronte dell'inserimento di pressione, umidità relativa, temperatura ambientale e contrail factor produce in output la temperatura critica calcolata e, dal confronto con la temperatura ambientale, l'indicazione se vi sono o meno le condizioni per la formazione delle contrails. La prima release del programma che ho chiamato semplicemente "contrail" può essere scaricato QUI, a breve rilascierò una versione anche in inglese. I dati della temperatura ambientale, pressione atmosferica e umidità relativa possono essere ricavati dai radiosondaggi giornalieri presenti nel sito dell'Università dello Wyoming. Sulla bontà dei dati forniti dalle sonde (modello VAISALA RS92) bisognerebbe fare un discorso a parte, in particolar modo sui valori di umidità relativa che, come riportato da recenti pubblicazioni, soffrono di un errore nella misurazione diurna causato dalla radiazione solare che porta ad una sottostima rilevante . Recentemente sono usciti degli algoritmi basati sulla pressione atmosferica e l'angolo dello zenit solare per correggere queste discrepanze tra RH misurato e quello aspettato. Specifico che la versione rilasciata non contiene alcun algoritmo di correzione per i vari dati inseriti, a fronte di nuovi approfondimenti sulle varie pubblicazioni e mi auguro suggerimenti da parte degli utilizzatori non escludo, nei tempi necessari ,il rilascio di nuove versioni.

Spero sia di gradimento e di utilità sopratutto per coloro che ancora credono che la formazione delle scie di condensazione sia un fenomeno rarissimo e condizionato esclusivamente al famoso 70% di umidità relativa.

Buon utilizzo!

Download:
CONTRAIL FORECASTING using SCHRADER method


Referenze:

Mark L. Schrader, "Calculations of Aircraft Contrail Formation Critical Temperatures" (1996)
Radicedimenouno, Appleman 2.0

Ringraziamenti:

Cuorenero per disponibilità
Cieliazzurri per il beta testing

11 commenti:

cieliazzurri ha detto...

Ciao Marco, ti faccio i miei complimenti per questo UTILISSIMO programma che permetterà ad appassionati e studiosi del fenomeno scie di effettuare analisi atmosferiche più rapide e più accurate.
Inizierò ad usare il programma da subito nelle mie analisi! :D

Ciao

Massimo

darkskies ha detto...

Grazie Massimo.

Ho visto che quest'oggi hai postato anche tu un tutorial davvero ben fatto sulla verifica delle condizioni per la formazione delle contrails. Complimenti ancora x il lavoro che porti avanti.

Marco.

Nico ha detto...

Complimenti davvero.
Sangue veneto non mente :D

darkskies ha detto...

Grassie tante Nico ;-))))

Riccardo ha detto...

Volevo segnalare che a questo indirizzo ho piazzato un paio di webcam che registrano lo stato del cielo a nord di Milano, e i cui dati, incrociati con quelli delle radiosonde, potrebbro essere utili per una verifica sperimentale del metodo. La zona di cielo inquadrata non è esattamente la stessa, ma almeno ci troviamo nel raggio di qualche chilometro.

markogts ha detto...

Ragazzi, non ho parole... Proverò sicuramente il tuo programmino per testarlo. Anche la webcam di Riccardo è fantastica.

Riccardo ha detto...

Con buona pace di Arturo, oggi alle 7:58 ci sono nuvole che si formano e si dissolvono in meno di TRE MINUTI!
E senza che passi nessun aereo...

Alle 7:15 c'è anche un bell'esempio di nuvola haarpata, ma è di interpretazione piuttosto difficile.

darkskies ha detto...

@Riccardo: Complimenti per la configurazione installata.Ma la parte di compressione,ridimensionamento e caricamento su server come l'hai realizzata?

@Markogts: Grazie, i suggerimenti sono ben accetti :D

Saluti a tutti,

Marco.

Riccardo ha detto...

Tutto gira su un vecchio Mac PowerBook Pro.

I filmati timelapse vengono realizzati con Evocam, che è in grado di gestire contemporaneamente più telecamere, anche di tipo diverso (nel mio caso, una è FireWire e una è USB).

Evocam gira sempre, ma è programmato in modo da attivarsi solo fra le 6 e le 21.

Ai 10 minuti di ogni ora fra le 8 e le 21 viene fatto partire, tramite crontab, uno script bash, che fa le seguenti cose:

1. crea una copia di ognuno dei filmati timelapse;

2. fa partire uno script AppleScript che a sua volta fa partire QuickTime Player, gli fa aprire le copie appena creata e le fa ridimensionare a 320x240 pixel con compressione H264 a qualità alta;

3. Fa partire uno script in perl che copia i due file appena creati sul server.

Tutto questo casino deriva dal fatto che io non ho un indirizzo IP pubblico, per cui non posso servire i file direttamente da casa mia.

So bene che potevo fare tutto in AppleScript, ma non ho fatto altro che raccattare pezzetti di software già scritti per altre ragioni.

Poi c'è un secondo script che, a notte fonda, prende i filmati timelapse originali, li etichetta opportunamente e li sposta in una cartella dove rimarranno finché il disco non sarà pieno.

Quindi tutto è automatico; l'unica cosa manuale è la memorizzazione dei filmati più interessanti in questa pagina secondaria.

Spero di essere stato abbastanza chiaro; altrimenti, ditemelo e provo a spiegare meglio.

Nico ha detto...

Bellissimo.. basterebbe un sistema del genere su Sanremo per zittire definitivamente i contapalle.

Marco, dato che siamo relativamente vicini, potremmo valutare di collaborare su un sistema simile?

darkskies ha detto...

@Riccardo: Sei stato + che esauriente, gran bel lavoro!!!

@Nico: ci possiamo sentire via mail? la mia è darkskies@hotmail.it

Ciao!