Introduzione

A partire dagli ultimi decenni del secolo scorso, si sta affermando l’ipotesi, sempre più supportata dai dati sperimentali, che il riscaldamento a cui è soggetta la superficie terrestre negli ultimi 50 anni sia presumibilmente dovuto all’aumento delle concentrazioni di gas serra e che tale incremento sia di origine umana.
Infatti, la concentrazione di biossido di carbonio, il più importante gas serra dovuto all’utilizzo dei combustibili fossili, è aumentata dal valore preindustriale di circa 289 ppm (parti per milione) a 379 ppm del 2005.
Ciò spiega il maggior incremento di temperatura dei paesi industrializzati rispetto agli altri.

Fig.1 (Fonte: report IPCC 2007) Confronto del cambiamento osservato della temperatura superficiale (linea nera) tra il nord America e il sud America con i risultati ottenuti con modelli che usano forzanti naturali e umane (in rosso) e con modelli che usano solo forzanti naturali (in blu).

Il terzo rapporto dell’ IPCC (International Panel on Climate Change) del febbraio 2007 riporta che: “il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile, come è evidente dalle osservazioni dell’incremento della temperatura media dell’aria e degli oceani, dello scioglimento della neve e del ghiaccio e dall’ innalzamento globale del livello del mare” e  “Gli studi attribuiscono tutti questi cambiamenti a contributi umani”
In particolare, è stato confermato uno dei risultati principali del precedente rapporto IPCC del 2001, cioè che l’aumento della temperatura atmosferica è correlato all’incremento del contenuto di vapore acqueo nella Troposfera e alla riduzione della temperatura nella Stratosfera (vedi figure 1 e 2).

Fig. 2 Figura 2. (Fonte: report IPCC 2007). Confronto dei cambiamenti osservati su scala continentale e globale della temperatura superficiale (linea nera) con i risultati ottenuti con modelli che usano forzanti naturali e umane (in rosso) e con modelli che usano solo forzanti naturali (in blu)

La difficoltà di misurare con precisione le caratteristiche fisiche dell’atmosfera su scala globale rende necessario lo sviluppo di idee innovative, di nuove tecniche e strumenti, in grado di fornire misure di temperatura, pressione e umidità dell’atmosfera. La Tecnica della Radio Occultazione (collegamento al paragrafo R.O. technique) sviluppata negli ultimi 35 anni per scopi planetari, è un mezzo molto potente per lo studio della struttura dell’atmosfera. Questa tecnica fornisce misure molto accurate dell’indice di rifrazione atmosferica, dal quale è possibile derivare i profili verticali di temperatura, pressione e umidità, nonché i profili del contenuto di elettroni nella ionosfera. L’utilizzo di tale tecnica per sondare l’atmosfera terrestre richiede la presenza di sorgenti di onde elettromagnetiche, come ad esempio i satelliti della costellazione GPS (Global Positioning System).

La tecnica della Radio Occultazione

Una delle più recenti e promettenti tecniche per il telerilevamento atmosferico è la Radio Occultazione applicata al segnale GPS (da cui RO GPS). La sua importanza è cresciuta nell’ultimo decennio, da quando la prima missione ha evidenziato le sue potenzialità.
Similarmente a cosa accade al Piccolo Principe di Antoine de Saint Exupery che, in fig.3, ammira la spettacolare “deformazione” della luce solare al tramonto, la Tecnica della Radio Occultazione sfrutta le deformazioni di fase e ampiezza che i segnali GPS subiscono nella loro propagazione attraverso l’atmosfera terrestre.

                                              Figura 3. (Courtesy of J. Wickert) Il Piccolo Principe (Antoine de Saint Exupery) anticipa il principio della GPS - Radio Occultazione

La Radio Occultazione è una tecnica nata per lo studio della struttura dell’atmosfera dei pianeti, sviluppata negli ultimi 35 anni al Jet Propulsion Laboratory e alla Stanford University. Per studiare l’atmosfera planetaria, la tecnica deriva l’indice di rifrazione dalle perturbazioni dei segnali radio trasmessi da una sonda spaziale mentre un satellite ruota intorno al pianeta. L’applicazione della tecnica della Radio Occultazione per lo studio dell’atmosfera terrestre è fortemente collegata allo sviluppo della costellazione GPS. Le prime osservazioni di Radio Occultazione dei satelliti GPS furono realizzate nel 1995 durante la missione Global Positioning System/Meteorology (GPS/MET). La missione produsse un’analisi dell’atmosfera in tutte le condizioni meteorologiche e con una risoluzione verticale relativamente elevata.
Una Radio Occultazione di un satellite GPS avviene quando un satellite GPS trasmittente, che sorge o tramonta dietro l’orizzonte della Terra, viene visto da un satellite LEO (Low Earth Orbiter) (figura 4).