Documentazione tecnica e architettura della stazione
Questa stazione meteorologica è un sistema di misura iper-locale basato su sensori a stato solido, data logging con WeeWX e post-processing in Python per la derivazione di variabili microclimatiche e indicatori ambientali.
In sintesi:
- Meteo: acquisizione continua dei parametri principali (vento, precipitazione, temperatura, umidità) con sensori a bassa manutenzione.
- Particolato: campionamento PM1.0/PM2.5/PM10 con routine temporizzata e filtraggio per ridurre rumore e usura del diodo laser.
- Derivati: calcolo di variabili fisiche (dew point, heat index, wind chill, LCL, pressione relativa) e indicatori sintetici (AQI su PM2.5).
Indice
- 1. Core meteo: suite multisensore a stato solido
- 2. Qualità dell’aria: sensore particolato a diffusione laser
- 3. Infrastruttura di acquisizione, rete e data logging
- 4. Variabili derivate: definizioni e metodologie di calcolo
- 5. Modellistica predittiva (XWeather) e bias correction
- 6. Stato del sistema e diagnostica
1. Core meteo: Ecowitt WS90
La stazione utilizza una suite multisensore a stato solido progettata per minimizzare la manutenzione e ridurre errori associati a parti meccaniche soggette a usura.
- Punti di forza:
- Assenza di parti mobili: riduzione del degrado meccanico (cuscinetti, attriti, isteresi).
- Misura del vento con risposta rapida; buona risoluzione alle basse velocità.
- Rilevamento precipitazione con sensore piezoelettrico: latenza ridotta rispetto a soluzioni a bascula.
Limiti e considerazioni operative:
- Precipitazione (piezo): possibile non-linearità in funzione di dimensione/energia delle gocce; rischio di sovrastima in pioggia intensa e sottostima in pioviggine fine.
- Vibrazioni meccaniche: vibrazioni del supporto possono introdurre falsi eventi di pioggia; è raccomandata un’installazione rigida e disaccoppiata da risonanze.
- Neve/ghiaccio: accumuli possono interferire con la misura del vento; l’assenza di riscaldamento integrato richiede interpretazione cauta in condizioni invernali severe.
2. Qualità dell’aria: Plantower PMS5003
Il sistema integra un sensore di particolato a diffusione laser (PMS5003) per la misura di PM1.0, PM2.5 e PM10.
- Strategia di acquisizione:
- Intervallo: campionamento ogni 300 s (5 min).
- Warm-up: attivazione di ventola e sorgente laser 30 s prima della lettura, per stabilizzare flusso e camera ottica.
- Filtraggio: valore pubblicato ottenuto tramite media mobile su 10 campioni consecutivi (sliding window), per ridurre rumore e outlier.
- Punti di forza:
- Elevata sensibilità a variazioni locali e picchi (trend detection su scala iper-locale).
Limiti e fonti d’errore:
- Umidità relativa elevata: con RH > 80% è possibile sovrastima per crescita igroscopica e presenza di micro-goccioline; vedi Zheng et al. (2018) su Atmospheric Measurement Techniques.
- Deriva nel tempo: depositi di polvere nel percorso ottico e nel condotto possono degradare il segnale; è raccomandata manutenzione periodica (pulizia ingressi/uscite, controllo flusso).
AQI (widget principale):
l’indice è calcolato sulla concentrazione di PM2.5 tramite breakpoint standard.
0–50: Ottima | 51–100: Moderata | 101–150: Scadente | >150: Critica
Nota: indice indicativo per confronto e trend; la lettura può risentire di umidità elevata e non sostituisce strumentazione certificata.
0–50: Ottima | 51–100: Moderata | 101–150: Scadente | >150: Critica
Nota: indice indicativo per confronto e trend; la lettura può risentire di umidità elevata e non sostituisce strumentazione certificata.
3. Infrastruttura di acquisizione, rete e data logging
- Ricezione e consolidamento dati: i sensori trasmettono i dati verso un ricevitore/gateway locale che aggrega le misure e fornisce anche la pressione tramite barometro integrato ad alta precisione.
- WeeWX engine: acquisizione, normalizzazione e persistenza dei dati in database (SQLite), con pubblicazione verso servizi esterni.
- Post-processing: calcoli e aggregazioni (variabili derivate, smoothing, indici) avvengono lato server e vengono esposti come serie temporali e/o indicatori sintetici.
4. Variabili derivate: definizioni e metodologie di calcolo
Le grandezze derivate sono calcolate seguendo criteri coerenti con prassi meteorologiche standard (WMO dove applicabile), con l’obiettivo di rendere confrontabili e interpretabili le misure su scala microclimatica.
- Punto di rugiada (Dew Point): temperatura alla quale il vapore condensa; proxy della quantità assoluta di umidità e della probabilità di condensazione/nebbia.
- Heat Index: stima del carico termico percepito basata su temperatura e umidità relativa (significativa in condizioni calde e umide).
- Wind Chill: stima del raffreddamento percepito indotto dal vento; utilizzata in condizioni fredde (tipicamente sotto 10 °C).
- Base nubi (LCL): calcolata come
(Temperatura - Punto_Rugiada) × 125; stima della quota teorica di condensazione (metri). - Pressione barometrica: viene fornita la pressione relativa (ridotta al livello del mare) per analisi sinottica e confronto tra località.
5. Modellistica predittiva (XWeather) e bias correction
Le previsioni sono ottenute tramite modello esterno con correzione statistica del bias. La correzione migliora la coerenza con il contesto locale, ma rimane vincolata alla risoluzione e alle ipotesi del modello di base.
Limiti previsionali:
- Orizzonte temporale: l’affidabilità decresce in modo marcato oltre ~5 giorni.
- Fenomeni convettivi locali: temporali di calore e celle molto localizzate possono non essere risolti dalla griglia del modello principale.
6. Stato del sistema e diagnostica
- Uptime server: 30 giorni, 12 ore, 7 minuti
- Uptime WeeWX: 30 giorni, 12 ore, 5 minuti
- WeeWX: 5.2.0
- Piattaforma: weatherstation via interceptor
- Belchertown Skin Version: 1.6