Studio della radiazione atmosferica nel lontano infrarosso

Radiation Explorer in the Far InfraRed è un esperimento sullo studio dello spettro della radiazione emessa dall’atmosfera terrestre su tutta la banda di emissione termica in onda lunga dal medio infrarosso tra 500 e 1600 cm<sup>-1</sup> (lunghezza d’onda = 20-6.25 µm) fino al lontano infrarosso (Far InfraRed – FIR) tra 100 e 500 cm<sup>-1</sup> (lunghezza d’onda = 100-20 µm) allo scopo di migliorare la caratterizzazione dei processi chimico-fisici che determinano l’effetto serra e il bilancio radiativo terrestre (Earth Radiation Budget – ERB).
I principali obbiettivi scientifici dell’esperimento sono
1. lo studio spettrale della radiazione in onda lunga, sia la componente che abbandona la Terra che quella che arriva al suolo (Outgoing e Downwelling Longwave Radiation – OLR e DLR), allo scopo di identificare accuratamente le “firme” spettrali dei cambiamenti climatici e dei processi atmosferici responsabili dei questi cambiamenti;
2. la ricostruzione dello stato atmosferico, migliorando in particolare la misura dei profili di temperatura e vapore acqueo nell’alta troposfera con l’utilizzo dello spettro FIR;
3. il miglioramento della caratterizzazione delle nubi sottili, come i cirri di alta quota, e valutazione del loro contributo FIR al bilancio radiativo terrestre.
Campagne di misura sono state realizzate con il prototipo REFIR-PAD (REFIR – Prototype for Applications and Development) a partire dal 2005 sia da pallone stratosferico (misura dello spettro OLR da 34 km di quota) e da terra in alta quota (misura della componente DLR da quote comprese tra i 3.000 e i 5.000 m). Di recente REFIR-PAD è stato installato presso la base italo-francese di Concordia sul Plateau antartico a Dome C a 3.230 m di altitudine (http://refir.fi.ino.it/refir-pad-domeC) dove sta raccogliendo misure spettrali della componente DLR in modo automatico a partire da dicembre 2011.
Il dataset è disponibile alla pagina web http://refir.fi.ino.it/rPADdata/
Queste osservazioni sono di particolare interesse perché coprono per la prima volta la componente FIR della radiazione termica che arriva al suolo con misure sistematiche in qualsiasi condizione meteorologica. Queste misure, insieme ad altri dati ausiliari forniti da strumentazione presente presso la base, forniscono un dataset innovativo per lo studio e il miglioramento della caratterizzazione radiativa dei principali componenti atmosferici che determinano il bilancio radiativo terrestre come il contenuto di vapore acqueo dell’alta troposfera e le nubi sottili.
Infine, l’esperienza acquisita con lo sviluppo del prototipo e con la realizzazione delle misure sul campo ha consentito lo studio e la definizione di nuovi sensori satellitari in grado di coprire il vuoto osservativo della componente FIR della radiazione termica emessa dalla Terra verso lo spazio.
In particolare, nel 2017 l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha selezionato la missione FORUM (Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring), proposta da INO, come candidata per le Earth Explorer 9. Sempre nel 2017 l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha finanziato lo studio SCIEF (Sviluppo delle Competenze Italiane per l’ Esperimento FORUM) per supportare gli studi nazionali nella definizione dei requisiti di misura della missione FORUM.
E’ in corso lo studio di fattibilità con i progetti ESA FORUMreq and FIRMOS che porterà alla definizione e consolidamento dei requisiti di osservazione della missione spaziale la cui selezione finale è prevista allo User Consultation Meeting a luglio 2019. Nell’ambito di questi progetti coordinati da INO, è stato anche sviluppato un nuovo prototipo FTS operante nel FIR, chiamato FIRMOS, testato in campagna di misura dalla cima dello Zugspitze in Germania a circa 3000 m di quota. Maggiori informazioni sulle attività connesse alla missione FORUM sono disponibili alla pagina https://www.forum-ee9.eu/