Modulo 1 – Osservazione e misurazione della grandine

Proposta di soluzione

• L’unica possibilità per rilevare la grandine sull’intero territorio nazionale è il radar meteorologico. Tuttavia, il radar misura solamente la situazione nell’atmosfera, ovvero non permette di stabilire con chiarezza se e con quale dimensione i chicchi di grandine raggiungeranno il suolo e se provocheranno danni.
  • Breve filmato su «Come funziona un radar meteorologico» di MeteoSvizzera (video 1, 3:54 minuti) 
  • Animazione della riflettività radar di un ampio evento di grandine il 28 giugno 2021 (video 2)
  • Ulteriori informazioni sotto «Misurazione indiretta della grandine nell’atmosfera»
• La più grande sfida è la cosiddetta verità del suolo, ovvero la misura della grandine al suolo. Attualmente in Svizzera vengono utilizzati a livello operativo 80 sensori per la grandine al suolo, distribuiti nelle tre regioni più frequentemente colpite dalla grandine: il Ticino meridionale, la regione del Napf e il Giura. Nelle altre regioni svizzere non vengono impiegati sensori
  • Film en allemand «La rete svizzera di rilevamento della grandine – per comprendere meglio il fenomeno grandine» (Youtube, 3:25 minuti)
  • PourCarta della rete svizzera di rilevamento della grandine (fig. 4)
  • Ulteriori informazioni sotto «Misurazione diretta della grandine al suolo»
• Un’ulteriore possibilità è la registrazione di annunci di grandine da parte della popolazione. Le segnalazioni della popolazione sono un’importante fonte di dati per ampliare le informazioni al suolo e verificare i dati radar (cfr. primo punto).
  • Filmato «Registrazione di una segnalazione da parte della popolazione» (video 3, 1:00 minuto)
  • Ulteriori informazioni sotto «Osservazione degli eventi di grandine»
• Attraverso la combinazione delle informazioni e dei dati provenienti da diverse fonti (radar, sensori di grandine e segnalazioni di grandine (cfr. punti 1-3) la Svizzera dispone di una buona base di dati per misurare la grandine. La ricerca sulla grandine ha fatto molti progressi negli ultimi decenni. Ciò nonostante, restano diverse sfide da affrontare.
  • Ulteriori informazioni sotto «Sfide, sviluppi e ricerca»

Approfondimenti sulla proposta di soluzione 

Misurazione indiretta della grandine nell’atmosfera

Una possibilità per ottenere informazioni sulla grandine su scala nazionale è la misurazione indiretta mediante i radar. La rete svizzera di radar meteorologici conta cinque radar completamente automatici, che dalla superficie terrestre monitorano ininterrottamente, di giorno e di notte, l’atmosfera sopra tutta la Svizzera, fornendo immagini radar in tempo reale

Il radar meteorologico misura la riflettività (Z) delle particelle di acqua nell’atmosfera, quindi delle cosiddette idrometeore. Possono essere gocce di pioggia, chicchi di grandine o cristalli di ghiaccio. Più un’idrometeora è grande, più alta è la riflettività (indicata in decibel, dBZ). La riflettività può essere classificata sommariamente come segue:

Misurazione diretta della grandine al suolo

Con la misurazione diretta della grandine vengono quantificate le dimensioni dei chicchi di grandine al suolo. In Svizzera queste misurazioni venivano già effettuate negli anni Settanta del 20° secolo con cosiddetti grelimetri o indicatori di grandine, in inglese “hail pad” (fig. 3, a sinistra). Si tratta di pannelli di polistirolo ricoperti da un foglio di alluminio o una vernice al lattice. I grelimetri sono installati a un’altezza di un metro dal suolo. Quando un chicco di grandine cade su un grelimetro, provoca un’ammaccatura. La dimensione e la distribuzione delle ammaccature consentono di stabilire la dimensione e la distribuzione dei chicchi. Dopo ogni grandinata i grelimetri vengono ritirati e sostituiti.

Dal 2015 in Svizzera si utilizzano sensori automatici per misurare la grandine (fig. 3, a destra). Essi sono costituiti da un disco di Makrolon (una forma rigida di plexiglas) del diametro di 50 cm, il quale inizia a oscillare quando è colpito da un chicco di grandine. Le vibrazioni sono registrate da un microfono estremamente sensibile. I sensori della grandine forniscono dati sull’energia cinetica, la dimensione dei chicchi e l’orario esatto della caduta dei chicchi. Nel 2023 in tutta la Svizzera erano in funzione 80 sensori automatici, tutti in regioni con una forte probabilità di grandinate.

Osservazione della grandine

Per colmare la lacuna tra i dati radar relativi all’atmosfera e le misure al suolo fornite dai sensori e disponibili in modo puntuale, da diversi anni vengono raccolte le segnalazioni della popolazione. Queste integrano le informazioni disponibili al suolo e consentono di verificare gli algoritmi di grandine basati sui dati radar relativi all’atmosfera.

Nel 2015 MeteoSvizzera ha lanciato, in collaborazione con il Laboratorio Mobiliare per la ricerca sui rischi naturali dell’Università di Berna, una funzione per segnalare la grandine, integrata nell’app di MeteoSvizzera. Essa permette alle e agli utenti di registrare un evento di grandine nel luogo in cui si trovano e indicare la dimensione dei chicchi di grandine osservata. Per semplificare la stima della dimensione, vengono utilizzate categorie di facile comprensione. Si può ad esempio valutare se i chicchi di grandine sul posto hanno la dimensione di un chicco di caffè o di una moneta di un franco svizzero. È possibile anche registrare «nessuna grandine».

Analisi di un evento estremo

Il 28 giugno 2021 un evento di grandine eccezionalmente violento si è abbattuto sull’Altopiano svizzero. Esso può essere ricostruito grazie ai dati radar, (video 2, fig. 7) e alle segnalazioni della popolazione particolarmente numerose quel giorno (video 5, fig. 8).

Come si è svolto l’evento del 28 giugno 2021 secondo le diverse fonti di dati sulla grandine?

Analizzate il decorso dell’evento di grandine del 28 giugno 2021 sulla base dei video 2, 4 e 5, delle figure 7 e 8, e delle vostre ricerche sul web. Confrontate tra di loro i dati del radar, dei sensori della grandine e delle segnalazioni di grandine. Identificate le regioni particolarmente colpite dall’evento.

Proposta di soluzione

• L’evento di grandine del 28 giugno 2021 è stato estremo per diverse ragioni:
  • Elevata intensità: diverse celle temporalesche di grandi dimensioni caratterizzate da una forte convezione si sono unite formando un esteso sistema temporalesco.
  • Su vasta scala: la zona con una dimensione massima dei chicchi di grandine attesa (MESHS) superiore a 4 cm si estende su vaste parti dell’Altopiano svizzero.
  • Dimensione dei chicchi di grandine: MESHS indicava possibili dimensioni dei chicchi di grandine fino a 9.2 cm. Sono state osservate dimensioni fino a 9 cm.
  • Poiché è stata colpita un’area densamente popolata, sono state ricevute molte segnalazioni da parte della popolazione e avvisi di sinistro, come ad es. da Wolhusen (LU), Bulle (FR), Uster (ZH).
• Gli algoritmi radar e le segnalazioni della popolazione formano un quadro coerente per quanto concerne le regioni colpite e l’intensità dell’evento.
• Solo un sensore della grandine ha misurato un po’ grandine. I temporali non hanno interessato le regioni in cui sono installati tutti gli altri sensori.

Approfondimenti sulla proposta di soluzione

Vedi anche:

• MeteoSvizzera – Blog del 6 luglio 2021
• MeteoSvizzera – Bollettino del clima Giugno 2021
• Articolo scientifico –Kopp, J., Schröer, K., Schwierz, C., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2022). The summer 2021 Switzerland hailstorms: weather situation, major impacts and unique observational data. Weather.
• Archivio delle tempeste in Svizzera – Swiss Severe Weather Database
• Schweizer Sturmforum – Temporale del 28.06.2021

Sfide, sviluppi e ricerca

Misurare la grandine su tutto il territorio svizzero costituisce una grande sfida per i servizi meteorologici. La combinazione degli algoritmi per la grandine basati sulla tecnologia radar, della nuova rete di rilevamento della grandine provvista di sensori automatici e delle segnalazioni di grandine della popolazione attraverso l’app di MeteoSvizzera è innovativa e unica al mondo (Kopp et al., 2022).

Anche se coprono tutto il territorio, gli algoritmi per la grandine basati sulla tecnologia radar POH e MESHS forniscono solamente delle stime della dimensione e della distribuzione dei chicchi di grandine che cadono effettivamente al suolo. Queste stime dipendono dall’efficienza degli algoritmi utilizzati. Per verificare gli algoritmi per la grandine sono necessarie misurazioni al suolo. In Svizzera gli algoritmi POH e MESHS sono stati verificati l’ultima volta nel 2012 sulla base dei dati delle assicurazioni e di fonti online (Betschart e Hering, 2012).

In futuro i dati forniti dai sensori e dalle segnalazioni della popolazione consentiranno di ottimizzare ulteriormente gli algoritmi. Tuttavia, a questo scopo è necessario comprendere meglio la formazione e il decorso di un evento di grandine. Anche in tal senso i sensori della grandine possono dare un importante contributo. Per la prima volta, misurano con precisione l’energia d’urto, la distribuzione delle diverse dimensioni dei chicchi di grandine e l’orario esatto della grandinata (Laboratorio Mobiliare per la ricerca sui rischi naturali).

Si tratta di informazioni molto utili, che tuttavia possono essere rilevate solo in modo puntuale nel luogo in cui si trova il sensore. Una misurazione della grandine in tutto il territorio nazionale grazie a una più fitta rete di sensori, come ad esempio quella esistente in Svizzera per le precipitazioni, non sarà possibile neppure in futuro. Questo perché gli eventi di grandine si verificano localmente e perché le misurazioni puntuali non permettono, o consentono solo in parte, di trarre conclusioni sulla presenza di grandinate in altre regioni.

Le informazioni complementari fornite dalle segnalazioni di grandine della popolazione sono un’importante fonte d’informazioni per ampliare il limitato volume di dati provenienti dalle misurazioni al suolo. La registrazione dei dati da parte della popolazione comporta tuttavia anche sfide e fonti di errori. Ad esempio, per quanto concerne la stima della dimensione dei chicchi di grandine o l’indicazione precisa del luogo e dell’orario. Gli algoritmi sviluppati da Barras et al. (2019) consentono di filtrare e verificare le segnalazioni in modo che i dati delle osservazioni costituiscano nel complesso una fonte d’informazione di buona qualità nonostante le singole imprecisioni al momento della registrazione.

I dati provenienti dalle tre diverse fonti (radar, sensori al suolo e osservazioni) sono molto preziosi per la ricerca sulla grandine. Essi consentono di comprendere in modo più approfondito la formazione e lo sviluppo degli eventi di grandine e, di conseguenza, di migliorare anche le previsioni a corto termine della grandine (nowcasting, cfr. modulo 4 – Grandine, cambiamenti climatici ed evoluzione dei rischi).
Inoltre, a lungo termine le fonti di dati permettono di costituire un insieme di dati con una buona risoluzione, in grado di fornire informazioni sulla distribuzione stagionale e spaziale, sulle dimensioni dei chicchi di grandine e sui periodi di ritorno degli eventi di grandine. Nel 2021 è stata pubblicata una nuova climatologia della grandine per la Svizzera, basata sui dati radar rilevati dal 2002 (cfr. modulo 2).

Fonti

Barras, H., Hering, A., Martynov, A., Noti, P. A., Germann, U., & Martius, O. (2019). Experiences with> 50,000 crowdsourced hail reports in Switzerland. Bulletin of the American Meteorological Society, 100(8), 1429-1440.

Nisi, L., Martius, O., Hering, A., Kunz, M., & Germann, U. (2016). Spatial and temporal distribution of hailstorms in the Alpine region: a long‐term, high resolution, radar‐based analysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 142(697), 1590-1604.

Foote GB, Krauss TW, & Makitov V. (2005). Hail metrics using convectional radar. In Proceedings of 16th Conference on Planned and Inadvertent Weather Modification, 10–13 January 2005. San Diego, CA: 1–6. American Meteorological Society: Boston.

Joe P, Burgess D, Potts R, Keenan T, Stumpf G, & Treloar A. (2004). The S2K severe weather detection algorithms and their performance. Weather and Forecasting 19: 43–63.

Kopp, J., Schröer, K., Schwierz, C., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2022). The summer 2021 Switzerland hailstorms: weather situation, major impacts and unique observational data. Weather.

Schröer, K., Trefalt, S., Hering, A., Germann, U., Schwierz, C. (2022). Hagelklima Schweiz: Daten, Ergebnisse und Dokumentation, Fachbericht MeteoSchweiz, 283, pp. 78.

Treloar ABA. (1998). Vertically integrated radar reflectivity as an indicator of hail size in the Greater Sydney region of Australia. In Proceedings of 19th Conference on Severe Local Storms, 14–18 September 1998. Minneapolis, MN: 48–51. American Meteorological Society: Boston.

Waldvogel, A., Federer, B., & Grimm, P. (1979). Criteria for the detection of hail cells. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 18(12), 1521-1525.