S.T.R.E.S. Solar Tower Radiation Extractor Shield
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Il KWOS si è cimentato nella costruzione di uno schermo solare per la protezione di un sensore di temperatura, diverso da quelli convenzionali a piatti o ventilati intubati.
Il principio di funzionamento è basato sull'effetto camino: l'aria calda più leggera, tende a salire e offre lo spazio precedentemente occupato, all'aria più fresca. Osservando la figura qui a fianco, si osserva come il sistema è utilizzato nel settore delle costruzioni per facilitare lo scambio di aria all'interno degli edifici.
Un altro esempio di utilizzo di questo principio fisico è la costruzione di torri solari che creano energia elettrica dal movimento di turbine poste nel punto in cui l'aria raggiunge il massimo della velocità per risalire verso l'alto.
Durante la costruzione bisogna tenere presente che sarà necessario creare uno schermo a forma di tubo che per metà riscaldi tanto (esattamente l'opposto di quello che fanno i normali schermi solari) e per metà deve rimanere il più possibile fresco. La differenza di temperatura farà creare l'updrift dell'aria in modo da creare un flusso costante durante le ore più calde.
Per evitare l'influenza dell'irraggiamento notturno e della radiazione solare di giorno, si è creato un supporto a tubi concentrici in cui è stato 
inserito il sensore di temperatura. La parete esterna dei tubi è stata ricoperta da materiale termoriflettente. In questo modo si creerà una camera d'aria via, via più fresca rispetto all'esterno.
Per favorire l'effetto venturi, la parte terminale dei tubi concentrici è stata portata ad un solo tubo grazie ad un imbuto. In questo modo l'imbuto stringerà il passaggio e l'aria salirà ancora più velocemente.
La sezione dello schermo interno, costituito dal tubo singolo, verrà ricoperta da materiale che trasferirà il calore dall'esterno verso l'interno.
Si può usare della lana di acciaio arrotolata, tenuta salda da nastro nero, la cui parte esterna verrà ricoperta di pasta termoconduttiva.
Il tubo interno, così costruito, verrà inserito all'interno di un tubo più grande che verrà ricoperto da nastro argentato nella parte inferiore, e nastro nero nella parte superiore.
Le altezze delle sezioni nera ed argento, sarà verificato sperimentalmente a seconda del tipo di sensore e di dimensione dei tubi.
La parte terminale dello schermo potrà essere un piatto rovesciato avendo cura di tenerlo leggermente staccato dal tubo per farvorire la fuoriuscita dell'aria. Anche il piatto andrà colorato di nero.
Oppure, se si vuole favorire ancora di più la circolazione dell'aria verso l'alto, si può utilizzare una ventola con pannello solare che funzionerà solo quando il Sole sarà presente. Anch'essa dovrà esser colorata di nero.
L'updrift dell'aria si farà importante ed utile allo scopo, se la differenza di temperatura tra le superfici nera e quella argento, sarà superiore ai 5°C. Durante la costruzione dello schermo sarà necessario monitorare con un termometro ad infrarossi o una termocamera, la differenza di temperatura.
Il sensore da schermare dovrà essere posizionato nella parte inferiore, più in basso possibile.
Alla base del tubo grande andrà posizionata una griglia con alette per evitare l'ingresso di insetti e soprattutto mitigare ed eliminare errori di misura dovuti all'effetto irraggiamento notturno e albedo.
Per risolvere un problema di inerzia termica nel rilevare variazioni più repentine o per far scendere più velocemente la temperatura appena il Sole tramonta e non facilita più l'effetto camino, si sono creati due buchi, coperti da una piccola griglia di areazione con le alette molto strette, solo nel tubo più esterno.
All'interno dello schermo solare è stato posizionato il sensore DP-50 modificato con sonda esterna.
Il grafico mostra lo scostamento dell'andamento della temperatura durante le ore diurne rispetto a quella registrata all'interno dello schermo di riferimento del KWOS: Ventilato Apogee TS-110. In più, come confronto, è stata inserita anche la temperatura registrata all'interno di uno schermo solare Meteoshield Pro.
In attesa di temperature e radiazione solare più elevate, si è scelta una giornata con vento all'altezza dei sensori, mai superiore ai 5Km/h.
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In commercio esistono già esempi di questo schermo contro la radiazione solare:
- Azienda Anemometerbau Gmbh rostok
- Azienda Aranet
Stimare il rainfall rate con il segnale ricevuto da una parabola televisiva
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La televisione satellitare o televisione via satellite, è la televisione che giunge agli utenti in broadcast o multicast per mezzo di onde radio emesse da trasmettitori posti su satelliti per telecomunicazioni geostazionari.
I segnali trasmessi sono modulati su una portante da e verso il satellite. In generale le tipologie di sistemi satellitari per telecomunicazioni si differenziano tra loro nelle loro caratteristiche tecniche in base all'applicazione o destinazione d'uso (es. broadcasting, telefonia satellitare, internet satellitare, sistemi di radiolocalizzazione e radionavigazione).
Le frequenze utilizzate per i setelliti televisivi, in genere, sono quelli della banda Ku (12–18 GHz), mentre quelli per internet satellitare, sono solitamente sulla banda Ka (26,5–40 GHz).
Durante la visione di un programma televisivo, quasi tutti ci siamo imbattuti in una perdita di segnale durante un temporale. Contrariamente a quello che molti credono, non è lo spessore della coltre di nubi ad attenuare i segnali satellitari ma la concentrazione di gocce d’acqua nell’atmosfera e nelle stesse nubi. In pratica è lo stesso fenomeno che si manifesta nel funzionamento di un forno a microonde. Una radiazione elettromagnetica ad alta frequenza (come quella generata dalle trasmissioni satellitari e dal Magnetron presente nel forno) produce oscillazioni nelle molecole che possiedono polarizzazione come l'acqua: aumentando il moto, l'energia viene convertita in calore e il segnale diventa più debole.
Il segnale ricevuto da una fonte radio si può misurare in vari modi ma in particolare, nel mondo delle comunicazioni radio digitali, si utilizza un parametro che tiene conto del numero di bit trasferibili con quel determinato segnale. Il valore di questo parametro chiamato Eb/No e per una parabola televisiva è quasi sempre lo stesso durante le belle giornate ed è dipendente dal diametro, dal puntamento e da altri piccoli fattori che lo fanno leggermente oscillare intorno ad un valore di base.
Su frequenze così elevate il Rain fade è molto evidente ed esistono addirittura dei metodi matematici per calcolarlo in base alla potenza del segnale emesso, dall'angolo di ricezione della parabola ed altri fattori. Ecco un articolo di esempio su quanto possa influire.
Il KWOS ha un stazione di ricezione delle immagini del Meteosat Second Generation che utilizza un satellite geostazionario chiamato EUTELSAT 10a per inviarle a terra in broadcast. Uno dei software utilizzati dal sistema è BDADataEx che permette l'interfacciamento del tuner con il PC. Questo software ha la funzione di logging in cui scrive molte volte al minuto il valore di Eb/No .
Monitorando questo valore e con successive elaborazioni basate sul controllo della deviazione giornaliera del segnale o abbassamenti di segnale causato dal passaggo del Sole, è possibile stimare il rain rate.
Ecco un esempio di come viene confrontato con altri sistemi di monitoraggio della pioggia.
Sulla stessa immagine è presente anche il risultato di un altro progetto basato sullo stesso fenomeno: Nefocast
Oltre ai due Rain rate calcolati dal segnale delle due parabole, come comparazione, sono stati scelti due tipi di pluviometri: pluviometro a bascula doppio layer e un mini radar a 26GHz che usa l'effetto doppler. In più è rappresentato il campo elettrico che è dipendente dalla carica elettrica contenuta all'interno delle nuvole: maggiori saranno i Kvolts/metro registrati, più grande sarà il cumulonenbo che transiterà sulla stazione di rilevamento.
Due articoli spiegano come ottenere il Rain Rate dall'attenuazione del segnale ricevuto:
Rainfall Detection and Rainfall Rate Estimation Using Microwave Attenuation
Rainfall measurement from the opportunistic use of an Earth–space link in the Ku band
Ecowitt WS80 - correzione della temperatura rilevata
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Ero alla ricerca di un metodo per migliorare le performances della WS80 della Ecowitt che ritengo un'ottima stazione a basso prezzo.
Mi sono così imbattuto nelle pagine web che spiegavano i pregi della stazione all-in-one chiamata: ATMOS 41.
In particolare, la pagina web
Weather station comparison and peformance testing | METER Research
e soprattutto il manuale
20635_ATMOS41_Manual_Web.pdf
spiegano come il sensore di temperatura fosse un trasduttore sistemato al centro dell'area dell'anemometro ultrasonico:
"A differenza della maggior parte delle altre stazioni meteorologiche, il sensore della ATMOS 41 non è coperto da schermi per proteggerlo dal riscaldamento solare. Si trova all'aria aperta, suscettibile al riscaldamento solare del corpo dello strumento. Tuttavia, ATMOS 41 calcola la temperatura dell'aria in modo accurato perché sono note la radiazione solare e la velocità del vento. Questi sono i due parametri principali che determinano l'errore tra la temperatura dell'aria misurata e la temperatura effettiva dell'aria. Pertanto, è possibile conoscere il bilancio energetico e ottenere quale dovrebbe essere la temperatura effettiva, in base all'apporto dei raggi UV sul corpo e del raffreddamento convettivo del sensore di temperatura."
Sebbene la nostra WS80 avesse una piccola schermatura del sensore di temperatura, sappiamo bene quanto possa essere non efficace, così ho provato ad applicare la formula (11) del bilancio energetico adattandola alla WS80, a cui poi ho fornito i dati provenienti dalla stazione.
Sulla pagina del Confronto sensori del KWOS si vede il risultato dell'applicazione della formula di correzione.
NOTA:
Rispetto alla formula di base, sono state apportate delle modifiche al software perchè la WS80 ha un suo schermo solare che in qualche modo reagisce alle variazioni di radiazione solare e di conseguenza fa reagire il sensore che c'è all'interno.
In particolare, si è notato:
1) latenza quando la radiazione solare passa da una discesa ad una risalita (es. passaggio di nuvole)
2) latenza quando la radiazione solare è in discesa (es. Sole che inizia la discesa apparente)
Questo significa che non si può utilizzare un solo parametro di "assorbibilità della radiazione solare del materiale" ( αs ), in questo caso la plastica o ABS.
Il parametro va calibrato a seconda che la radiazione solare sia in salita o in discesa e va assegnato un peso differente.
Nel nostro caso, e' vero che il sensore ha una dimensione inferiore al millimetro, ma non è in aria completamente libera ed il vento e la radiazione non lo lambiscono direttamente. E' inserito all'interno di uno schermo che crea una mini atmosfera dipendente da quanto esso stesso venga lambito da Sole e vento.
Al momento, questi sono i diagrammi che spiegano il funzionamento:
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Qui di seguito un esempio di come performa la soluzione. Verde = WS80 - Celeste = Meteoshield Pro - Rosso = Apogee ventilato - Viola = WS80 corretto
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Per maggiori informazioni su come funziona il bilancio energetico alla superficie del nostro pianeta, vi rimando a questo articolo: http://bolchem.isac.cnr.it/data/docs/l10_14.pdf
o a questi video del Dr. Bruce Bugbee della Apogee
L'articolo "Air temperature sensors: dependence of radiative errors on sensor diameter in precision metrology and meteorology" spiega la relazione tra la dimensione di un sensore di temperatura e la sua influenza alla radiazione solare e alla velocità del vento.
Un importante spunto per altri test, può essere il documento "A new technique for the accurate upper air temperature measurement using radiosonde", in cui si spiega come trovare la corretta temperatura utilizzando due termistori di colorazione diversa.
Nefocast
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Ha inizio la sperimentazione per il progetto Nefocast. 
E' già da tempo che il KWOS utilizza il Signal-to-noise ratio di un ricevitore per satelliti televisivi in Banda Ku per determinare il Rainfall rate sulla propria stazione, ma il progetto Nefocast ha come obiettivo ulteriore, quello di progettare, implementare e validare un prototipo di piattaforma tecnologica integrata che consenta di analizzare le informazioni fornite dagli SmartLNB, integrandole con sensori pluviometrici, al fine di migliorare l'accuratezza e la distribuzione delle stazioni, per incrementare la precisione delle mappe pluviometriche.
Gli SmartLNB sono dei terminali IoT ideati da Egatel che si possono installare sulle parabole satellitari al posto dei comuni LNB.
L’idea del progetto si basa sul fatto che ciascun terminale SmartLNB, per poter trasmettere adeguatamente il suo segnale, deve prima effettuare una analisi sulla potenza da impiegare durante la trasmissione. Tale analisi tiene conto di vari fattori, tra cui la potenza del segnale ricevuto dal satellite.
Il livello di potenza con il quale il terminale trasmette viene comunicato al teleporto che dispone anche del valore della potenza del segnale effettivamente ricevuto (ovviamente attenuato per la propagazione).
Facendo uso di questi valori è possibile determinare l’attenuazione del segnale durante la propagazione.
Presso il teleporto è nota anche la posizione di ciascun terminale SmartLNB, pertanto è possibile realizzare una mappa dei livelli di attenuazione del segnale, tanto più accurata quanto più alto è il numero dei terminali,
L’attenuazione del segnale è dovuta a tanti fattori, ma alle frequenze usate dai terminali SmartLNB tale attenuazione è dovuta prevalentemente alle precipitazioni meteorologiche.
Un'importante studio, denominato "THE POTENTIAL OF SMARTLNB NETWORKS FOR RAINFALL ESTIMATION" è stato presentato al "2018 IEEE Workshop on Statistical Signal Processing (SSP)". Si tratta di una spiegazione accurata di come funziona il progetto Nefocast.
Uno schermo solare per il WH31 della Ecowitt
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Se non si ha la possibilità o non si vuole modificare il trasmettitore
WH31 della Ecowitt e non si vuole comunque rinunciare ad un buon schermo contro la radiazione solare, consigliamo l'utilizzo di un BGT Solar shield. Come si può vedere dalle immagini, la versione a 14 piatti crea la giusta ventilazione.
Le dimensioni sono: diametro interno: 61mm, altezza interna:170mm, diametro esterno: 140mm
E' possibile osservare l'andamento della temperatura al suo interno, sulla solita pagina del Confronto sensori.
