RIV. PIEM. ST. NAT. 3, 1982: 97-112

VIRGILIO ANSELMO, BIAGIO BERGESIO, ETTORE MOLINARa

IRRAGGIAMENTO SOLARE A BRA

RIASSUNTO - Il Museo Civico Craveri di Bra ha una Stazione meteorica che da oltre 120anni (1859) raccoglie dati sul clima locale. L'elaborazione di questi permette confronti su pe­riodi lunghi e distanti tra loro. Federico Craveri aveva pure inventato un Eliofotometro cheha funzionato dal 1873 al 1908. Dopo un intervallo di circa settant'anni (solo per questi rilievi)si è ripresa la misurazione dell'irraggiamento solare al suolo con un Piranografo bimetallicotipo Robitzsch. Nell'attesa di poter confrontare i dati di allora con quelli di oggi, cominciamoa dare una serie di tabelle e grafici riguardanti questi 3 anni (1979-82) con particolare atten­zione ai semestri «invernali » (ottobre-marzo), nella speranza di contribuire in modo naturalisticoalla soluzione del problema energetico anche nel nostro territorio.

RÉSUMÉ - Une Station météorique est annexée au Museo Civico Craveri d'Histoire Naturellede Bra (CN-l); elle a commencée à fonctionner en 1859. Les données presque complètes de ces120 années d'observations météorologiques représentent un précieu'x matériel pour l'étude duclimat local et pour des comparaisons entre des périodes assez éloignées. Entre les autres mé­sures il y a celIes de la radiation solaire effectuées dès 1873 et jusqu'au 1908 avec l'Elio foto­metro Craveri.

Dès 1979 on a relevé de nouveau les valeurs de la radiation solaire au sol avec un Pyrano­graphe bimétallique type Robitzsch. Dans l'attente de pouvoir élaborer les données relevées pré­cédemment et d'effectuer des comparaisons avec les actuelles, au moment, nous nous contentons depublier et d'analyzer les relevés de la radiation des années 1979-82 avec l'espoir de donner deséléments utiles à résoudre aussi dans notre zone les problèmes connexes avec la crise énergé­tique.

SUMMARY - Since 1859 a weather station have been joined to the Civic Museum Craveri ofNatural History in Bra. The almost entire data of these observation during 120 years are a goodmatter to study the local climate and to compare among fairly far periods. With the othermeasurements there are the solar irradiation ones executed from 1879 to 1908 by EliofotometroCraveri.

Since 1919 solar irradiation data have been taken on the ground by bimetallic Pyranogra­pher, type Robitzsch. Waiting for previously taken data elaboration and a comparison amongthe present ones we are publishing and analyzing the irradiation data from 1979 to 1982.We hope to offer useful elements to resolve the problems about the energetic crisis into ourregion, too.

In Italia secondo i dati ufficiali del Servizio idrografico del Ministero dei La­vori Pubblici (Travaglini B., 1978), esistono 1169 stazioni termometriche di cui306 dotate di registratori (in Piemonte sono rispettivamente 108 e 18) e 3495stazioni pluviometriche di cui 1715 dotate di registratore (in Piemonte rispetti­vamente 295 e 149).

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Alla rete deI Servizio idrografico si affianca quella della Aeronautica Militarecostituita da 140 stazioni meteorologiche, di cui 31 provvedono al rilievo dellaradiazione solare e della durata di insolazione (Palmieri S., 1978).

Esistono inoltre in Piemonte stazioni pluviometriche gestite dagli Assessoratiprovinciali dell'agricoltura con funzionamento stagionale.

Accanto alle stazioni sopra citate, numerosi enti pubblici e privati provvedonoalla raccolta di dati meteorologici di cui spesso non sono pubblicati i risultati(es. ENEL).

Tra le molte stazioni sopra citate pochissime (intorno alla decina), e tra qnestequella del Museo Craveri di Bra, hanno dati che documentano centovent'8.nni diclima.

Fig. 1 - Eliofotometro Craveri (da Bull. Meteor. del R. Collegio C. Alberto di Moncalieri, 1873).

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Le osservazioni e misurazioni al Museo ebbero inizio nel dicembre 1859 con1'annotazione giornaliera della pressione, temperatura e osservazione delle idrome­teore e condizioni generali del cielo. Dopo l'interruzione forzata a causa dei la­veri di ristrutturazione dell'edificio nel 1861, le misurazioni ripresero con as­~iduità nel gennaio 1862 e agli strumenti precedenti si aggiunsero dei termografidi massima e minima, lo psicrometro, il pluviometro ed un anemometro inventatodai Fratelli Federico ed Ettore Craveri. Nel '67 vengono registrati i decimi dicielo coperto. Dopo una seconda interruzione, dal settembre '71 al marzo '72 acausa di una grave disgrazia familiare, ripresero le misut2zioni con l'aggiunta diun secondo gruppo di termometri per raffronto, « un apparecchio automatico delPadre Denza per la registrazione del vento e della pioggia, oltre all'eliofotometro(1873) con il quale si misura il potere della luce solare, dallo spuntare dell'astroal suo tramonto, traducendo poi con cifre i segni lasciati sulla carta fotografica »

(F. Craveri).Federico Craveri fu un pioniere, non solo nella invenzione di uno strumento

che portò il suo nome in molti Osservatori italiani ed esteri, ma anche perchéseppe correlare lo studio della meteorologia ai fini pratici dell'agricoltura. Il suostrumento raccolse dati per 36 anni sino al 1908 e ce ne ripromettiamo l'eìabo­razione per un prossimo articolo. Solamente nel 1979 ci è stata data la possibi­lità di riprendere queste misurazioni con il Piranografo e dopo circa tre anni dirilievi dell'irraggiamento diretto e diffuso al suolo su superficie orizzontale, in­tendiamo proporne la pubblicazione. In questo tempo di crisi energetica la pro­posta vuole avere fini pratici al fine di riallacciare il rapporto utente-tecnico-natur8nel modo più appropriato.

Gli strumenti

Uno degli struTl1enti più ingegnosi inventati nel secolo scorso è certamentel'Elicfotometro Ct::lveri. Ideato nel 1873, servì per le prime misurazioni della ra­diazione solare. Era costituito da un'armc,tura di legno a forma di paralle1epipedocon un movimento ad orologeria verificabile su un quadra!1te a 12 ore, mentreall'interno gli ingran1ggi trasmettevano il moto ad una ruota dentata che com­piva una sola rotazione nelle 24 ore. Sul perno eli questa era fissato un cerchiodi ottone sul quale si poteva fermare una striscia di carta telegrafica resa fotosen­sibile con due bagni chimici. La luce solare, passal1do per una feritoia dall'altodell'c,pparecchio, impressionava più o meno intensamente il nitrato d'argento se­condo l'intensità luminosa. Dopo un bagno di fissaggio le strisce potevano esserelette ~ervcndosi di una serie di vetrini colorati che permettevano di quantificarel'intensità e la relativa durata con valori da 1 a 7 (vedi tavola n. 1).

Tra i naturali eredi dell'Eliofotometro figura il Piranografo bimetallico tipoRobitzsch. Questo strumento usato al Museo dal maggio 1979 è costituito da unascatola metallica nella quale è situato uno speciale organo sensibile alla radiazione,consistente «in 3 lamine bimetalliche affiancate, di cui quella centrale anneritae le laterali imbiancate, disposte in modo che le deformazioni termiche delle biancheagiscano, sugli spostamenti della penna, in senso opposto a quelle della nera.

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Schen:>.a ~'ndicanteit modo di registrare il lavoro ottenuto dall·Eliofotometro. - L'esempio li p1'eso dallaprima Decade di Luglio 1881, quali giornate più belle dell'anno .. A scanso di confusione non vennerotracciate le divisioni di cinque in cinque minuti, quali si trovano sul regolo annesso all'appa'recchio. ­Al fine di ogni mese si riuniscono le medie delle tre Decadi in uno specchietto, e le medie risultantidànno poi le medie mensili.

SVILUPPO DEL CERCHIO DELL'APPARECCHIO, RIDOTTO ALLA TERZA PARTE DELLA SUA GRANDEZZA.

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Striscia ottenuta in Bra il i' Luglio i88i, ridotta al terzo della sua grandezza.

NOTA., - L'operatore divide gli spazi occupati dalle varie intensità colorite, con tratti verticali; scrive i numeri corrispon·denti sul margine superiore della striscia.

I tempi si notano sul margine inferiore, scrivendo con numeri le ore, ed i minuti divisi dal punto; se però lo spazio oceupasolamente dei minuti, per brevità non si scrive lo zero dell'ora. Siano p. -e. cinquanta minuti: si scrive 50 e non 0.50.

Tutte queste operazioni grafiche si eseguiscono colla matita.li segno B alle ore 12 serve per collocare a dovere la striscia nell'Album.

REGISTRAZIONE

Addizione delle ore corrispondenti ad ogni tinta

N. 1 2 3 I 4 5 6 I 7---1---'-1.10 1.00 055 0.95 0.45 2.20 2.15l.vO La.' 0.95 1.00 ].0() J .25 •

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Dunque ore 7.25 mattina+ 8.10 sera

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Fig. 2 - Tavole e istruzioni per la preparazione dei grafici quotidiani confotometro Craveri (da BolI. Mens. Ass. Meteor. It., voI. III, 1883).

100

rilievi dell'Elio-

La radiazione incidente sulle bilamine, provoca un aumento della loro tempe­ratura che è funzione dell'intensità della radiazione e del colore delle lamine. Ladifferenza di temperatura fra bilamine bianche e nere è funzione della sola inten­sità della radiazione; quindi la differenza di deformazione (essendo funzione linearedella temperatura) è proporzionale alla intensità della radiazione, e viene registratadalla penna.

Gli elementi sensibili sono situati all'incirca nel piano equatoriale di una pic­cola cupola emisferica di vetro d'ottica, a chiusura stagna» (SIAP, Piranografobimetallico SO 2800, descrizione e uso, Bologna).

Il piranografo registra su carte diagrammate posizionate su di un tamburo arotazione diurna o settimanale azionato ad orologeria, l'intensità della « radiazioneglobale» (diretta, diffusa e riflessa).

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Fig. 3 - Nel diagramma relativo al periodo 19-26 maggio 1980 si notano: giorno di sole pieno ilmartedì 20 e con qualche nuvola il sabato 24; mezza giornata di sole pieno seguita da 5 ore dinuvolo (13-18) e la ricomparsa del sole velato il mercoledì 21; giornate con nuvolosità progres­siva domenica 25, lunedì 26, giovedì 22 e venerdì 23. Nel diagramma relativo al mese di dicem­bre si noti quanto sia basso il sole durante il solstizio invernale, infatti la domenica 21 puressendo un giorno quasi sereno ha totalizzato solamente 1402 Kcal/mq (in superficie orizzontale),a confronto delle 6325 del 20 maggio (il 22%), mentre il giorno 15 registra un minimo di72 Kcal/mq (il 5% del 21.12) in un giorno con cielo coperto e pioggia; nei giorni dal 16 al 20la nuvolosità è variabile.

«L'operazione di spoglio dei diagrammi consiste nello stabilire il valore delcoefficiente che esprime quest'ultimo rapporto, nel calcolare l'area del diagrammae quindi nel ricavare con una semplice moltiplicazione il valore ricercato dellaquantità di calore radiante» (SIAP, op. cit.).

101

La Teoria

Per il calcolo teorico della radiazione solare diretta e diffusa al suolo, in giornisereni su superficie orizzontale viene utilizzato il sistema di calcolo p~'oposto dal­l'associazione americana ASHRAE.

I dati presi in considerazione sono:

costante solare fuori dell'atmosfera (Io = w/mq)coefficienti ricavati da esperienze note (A - B - C - H - o)latitudine (<p)

declinazione apparente del sole (o)angolo orario (t)angolo zenitaIe del sole (z)

Tali dati vengono raccolti dalla ASHRAE nella seguente relazione:I th = A . E -B , sec z (c+cos z)

Il valore di Cos z è dato dalla seguente relazione:

coso z = coso <p X coso o X coso t + sin. <p X sin. otenendo conto della culminazione del sole, che si trova considerando la cor­rezior:e della longitudine tra Bra e il Meridiano dell'Etna, un'ora ad est di Green·wich e della correzione dovuta all'equazione del tempo H.

I coefficienti A - B - C - H - o, si ottengono interpolando i valori originalilelativi al 21 di ogni mese, calcolati dall'Università di Minnesota e riportati sullaseguente tabella:

TABELLA 1

Data lo (W/mq) H (min-sec) o(gradi) A (W/mq) B C

21 gennaio 1395 +11:8 -20,1 1236 0,142 0,05821 febbraio 1384 + 13:28 -10,8 1220 0,194 0,06021 marzo 1363 + 7: 19 0,0 1192 0,156 0,07121 aprile 1340 -0:0,8 +11,5 1141 0,180 0,09721 maggio 1320 -3:32 +20,0 1110 0,196 0,12121 giugno 1310 +1:48 +23,5 1094 0,205 0,13421 luglio 1311 +6:25 +20,5 1090 0,207 0,13621 agosto 1324 +1: 18 +12,4 1113 0,201 0,12221 settembre 1346 -7:30 +1,0 1157 0,177 0,09221 ottobre 1367 -15:06 -10,4 1198 0,160 0,07321 novembre 1387 -13:55 -19,7 1227 0,149 0,06321 dicembre 1398 -1:32 -23,4 1239 0,142 0,057

L'elaborazione dei dati teorici è stata fatta utilizzando un programma elabo­rato in collaborazione con l'ing. Gian Vincenzo Fracastoro su di un calcolatoreTexas TI 59.

102

Per calcolare la quantità di calore radiante globale reale in un giorno vieneinvece usata la seguente relazione:

Q = S ·ktdove:

Q quantità di calore radiante globale giorno (cal/cm')S area del diagramma misurato sulla cartina (cm2

)

kt coefficiente ricavato dalla tabella di Morikofer.

La lettura dell'area del diagramma è stata effettuata utilizzando un misuratoredi coordinate bipolare a fili ed i dati, previamente registrati su nastro perforato,sono stati elaborati con un calcolatore Hewlett Packard 9830.

I dati

Dall'elaborazione dei diagrammi sono statl ncavati um serie di valori (riportatinelle tabelle 2-5) in kcal/m2 giorno per il periodo 21 maggio 1979 - 31 marzo 1982.

Vengono altresÌ riportate le medie decadiche, mensili, semestrali (10 ottohre31 marzo e 10 aprile - 30 settembre) e annuali.

1979

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1980

medie 1981

1982

Fig. 4 - Grafico dell'irraggiamento solare effettivo al suolo in Kcal/mq giorno (-le dellemedie annuali 1980 e 81 (- - -l.

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1

Tab. 6 - Valori teorici dell'irraggiamento solare al suoloespressi in Kcal/m' giorno nel semestre «invernale".

Otto Nov. Dic. Gen. Feb. ~1ar .

1 4157 2805 1927 1782 2474 36712 4116 2774 1909 1794 2514 37233 4061 2703 1892 1807 2553 37694 4028 2691 1880 1819 2591 38275 3977 2659 1868 1829 2625 38586 3928 2617 1858 1843 2666 39167 3886 2584 1840 1859 2703 39598 3844 2546 1816 1873 2745 40129 3797 2499 1811 1884 2784 4065

10 3742 2471 1799 1895 2823 411611 3699 2432 1786 1908 2865 416612 3659 2389 1759 1931 2903 420513 3613 2358 1752 1944 2946 424714 3564 2321 1740 1958 2993 430815 3507 2278 1730 1968 3034 436016 3466 2245 1704 1982 3099 441117 3408 2209 1694 1994 3112 446518 3359 2166 1684 2006 3153 452219 3322 2135 1670 2021 3195 455320 3272 2100 1646 2032 3234 460521 3222 2063 1640 2045 3266 465922 3185 2051 1647 2082 3320 470723 3146 2038 1659 2120 3372 474124 3117 2027 1684 2159 3422 479225 3072 2002 1696 2197 3476 484026 3033 1987 1708 2234 3521 488227 3003 1"979 1722 2273 3580 494128 2958 1967 1732 2313 3611 497129 2919 1955 1744 2353 500530 2887 1938 1759 2391 506231 2844 1768 2430 5108

108

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395334873035

3477

263622632001

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1759

183819142236

2004

264730533446

3021

389143844883

4827

Tab. 7 - Confronto tra i valori teorici ed effettivi delle decadi dei (j mesi invernaliper gli anni 1979-80, 1980-81, 1981-82 e relative percentual i. (Kcal./mq) .

Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo

10 Decadevalori teorici 3944 2630 1856 1851 2641 3882valori effettivi 79 1783 4555 1376 52, 1123 60'; 1334 72'i 1992 755 2039 53%

80 2051 52'; 547 21 1280 69' 1392 75, 1899 72% 2403 62%81 1538 39':'; 1620 62'; 1235 67; 1181 64, 1469 56'; 2234 58%

2° Decadevalori teorici 3478 2257 1712 1894 3046 4374valori effettivi 79 1718 49% 1338 59~ 1022 60' 497 26'; 1548 51% 2158 49'

80 1837 53\ 1151 51 889 52 1293 68;; 1430 47% 3097 7181 2069 59;; 1649 73" 1054 62' 507 27' 1162 38' 3309 76'

3° Decadevalori teorici 3027 1995 1701 2231 3437 4871va lori effettivi 79 1157 38'; 1347 68% 957 56); 1391 62;; 2564 75% 2961 61

80 2144 71'; 947 47' 1348 79;; 1879 84;; 1750 51 2428 50;;81 1622 54% 1371 69\ 881 52% 1537 695; 2164 63'; 3080 635;

~1edie mensilivalori teorici 3371 2294 1700 1928 3259 4235valori effetti vi 79 1540 46', 1354 5% 1032 61 1084 565; 2016 62'; 2405 571

80 2015 60% 881 38% 1178 6% 1533 80'; 1689 52% 2636 62';81 1739 52:; 1547 67% 1051 625; 1090 57% 1558 485; 2881 685,

Medie valori effetto 1765 525' 1261 55'; 1087 64;; 1236 645; 1754 54'; 2641 625;

Valore medio semestrale teorico 2798 Kca l. /mq.; Valore medio- sem. effetto 1624 Kca l /mq=58';

valore otlimale

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1980 - 1981

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1981 - 1982

Fig. 5 - Confronto grafico tra irraggiamento teorico (100%) e irraggiamento effettivo in per­centuale.

109

Sono pure inseriti nella tabella 6 i risultati teonCl per il semestre 10 ottobre31 marzo elaborati mediante il modello matematico precedentemente descritto.

Il confronto

Sebbene i dati siano assai limitati, in quanto si riferiscono ad un triennio, senznuver la pretesa di offrire delle conclusioni generalizzabili, ci sembra tuttavin utilesottolineare alcuni valori massimi, minimi e medi desunti dalle tabelle riportate.

- Per quanto riguarda il semestre ottobre-marzo si rileva quanto segue:

1) le decadi con minor irraggiamento sono la prima del mese di novembre (J 980con il 21 %), a questa segue per due anni la seconda di gennaio (1980 con il 26% e1982 con il 27 % ;

2) la decade con maggior irraggiamento è la terza di gennaio (1981 con 1'84%),a questa seguono la terza di dicembre (1981 con il 79 %) e la terza di febbraiocon il 75%);

3) per quanto riguarda le medie mensili si ha una punta minima nel mese dinovembre (1980 con il 38%) ed una punta massima nel mese di gennaio (1981con 1'80%); si noti che le punte mensili corrispondono CO:1 le punte massime eminime decadiche ;

4) ordinando progressivamente i sei mesi « invernali» dnl minimo al massimoirraggiamento si ottiene questa sequenza: ottobre, febbraio, novembre, marzo,dicembre e gennaio;

5) la media « invernale» è di 1624 kcal/m2 giorno pari al 58% deIl'irr3ggia­mento teorico.

Per quanto riguarda il semestre aprile-settembre si è osservato che

1) i massimi di insolazione sono stati due volte in luglio (prima decade 1979e seconda 81) ed una volta in giugno (prima decade 1980);

2) le medie dei massimi si trovano due volte in giugno (1979 e 81) ed unavolta in luglio (1980);

3) i minimi si trovano due volte in settembre (terza decade 1979-80) ed unavolta (prima decade 1981) in aprile (dati incompleti);

4) le medie dei minimi concordano per tre anni nell'ultima decade di settembre;

- Infine la progressione dal minimo al massimo dell'irraggiamento per glìanni 1980 e 81 è la seguente (si noti la interscambiabilità tra due o tre mesi):

1980 NOV GEN DIC OTT FEB MAR SET MAG AGO APR GIU LUG

1981 DIC GEN NOV FEB OTT SET MAR APR MAG AGO GIU LUG

Conclusioni

Dopo aver utilizzato per millenni le indicazioni meteoriche per costruire case,recuperare energie, rinfrescare gli ambienti e migliorare le condizioni di vita, l'uomo,con l'avvento del petrolio si è limitato ad utilizzare i rilevamenti meteorologici

110

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I r---I I II I I

II I 1

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I I1 I I I~-, I 1_-

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Fig. 6 - Confronto grafico tra irraggiamento teorico (- - -) e irraggiamento effettivo (-) mKcal/m' giorno.

(fino ad un paio di anni fa), per la navigazione aerea e n::lvale, per le previsionidel tempo e in minima parte per l'agricoltura.

Oggi, con l'aumento della crisi energetica vengono riportate alla ribalta le me­todologie climatiche usate dai nostri avi, applicate su strumenti sofisticati, perdeterminare i parametri climatologici da utilizzare per la termodinamica ambientalee per l'agricoltura.

A livello locale si propone una ripresa degli studi e l'elaborazione dei dati perdeterminare il microclima delle varie aree in cui è presente una strumentazioneatta a rilevare le condizioni meteorologiche in modo da permettere ai progettistiiingegneri, architetti, agronomi, ecc.) di servirsi dei dati reali già raccolti ed ela­borati per poter progettare con la natura.

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RINGRAZIAMENTI

Si ringrazia sentitamente la Cassa di Risparmio di Bra che ha donato al Museoil Piranografo, il Sig. Brizio Giorgio che segue gli strumenti meteorologici alMuseo, il CNR di Torino che ha messo a disposizione le apparecchiature per lalettura dei diagrammi e l'elaborazione dei dati, il Sig. Tibaldi Roberto che haeffettuato la lettura dei diagrammi, il disegnatore E. Viola che ha messo in bellacopia i grafici e la Sig.na Brizio Margherilena che ha collaborato alla stesura delletabelle.

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VIRGILIO ANSELMO

CNR - Via Vassalli Eandi 16, TorinoBIAGIO BERGESIO

Via Audisio 9 - 12042 BraETTORE MOLINARa

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