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weather32 Meteorologia Concluso Aggiornato giugno 2025

Misura del vento troposferico
da aeromobili in volo

Gli aerei di linea hanno a bordo sensori che misurano velocità, prua e assetto, e una parte di questi dati arriva ai nostri ricevitori nei messaggi Mode-S. Mettendoli insieme alla velocità GPS trasmessa via ADS-B si ricava il vento nel punto in cui vola l’aereo. Il progetto si è concluso: qui sotto ci sono il metodo e i risultati del confronto con ERA5 e IASI.

+0,21
m/s
Bias u (vs ERA5)
+1,77
m/s
Bias v (vs ERA5)
7,38
m/s
RMSE u
6,57
m/s
RMSE v

Metodologia

Il principio fisico è semplice: la velocità al suolo di un aeromobile (misurata via GPS/ADS-B) è la somma vettoriale della velocità rispetto all’aria e del vento. Invertendo la relazione:

W = Vground − Vair
W = vento (m/s) Vground = velocità al suolo (GPS) Vair = True Air Speed + heading

In forma vettoriale, decomponendo nelle componenti zonale (u, ovest→est) e meridionale (v, sud→nord):

u = GS·sin(track) − TAS·sin(heading_corretto)
v = GS·cos(track) − TAS·cos(heading_corretto)

La prua magnetica trasmessa dall’aereo viene corretta per la declinazione magnetica locale (calcolata con un modello geodetico) e per la deviazione della bussola di quel velivolo. La velocità vera (TAS) viene dal messaggio Mode-S BDS50; numero di Mach e IAS, dal BDS60, sono un percorso alternativo sopra i 10.000 ft.

Fonti dati

ADS-B

ADS-B typecode 19: velocità

Velocità al suolo (GS) e rotta GPS dai messaggi ADS-B typecode 19. Categoria di accuratezza NACv ≥ 1. Filtri: GS 50–850 nodi, angolo di rollio < 2,5°.

BDS50

Mode-S BDS50: rotta e velocità

Velocità vera (TAS) e angolo di rollio. Il BDS50 arriva solo come risposta a un’interrogazione secondaria (Comm-B), quindi serve un ricevitore che decodifichi il Mode-S EHS. Filtri: TAS 100–570 nodi.

BDS60

Mode-S BDS60: prua e velocità

Velocità indicata (IAS), prua magnetica e numero di Mach. Serve come fonte alternativa della TAS quando manca il BDS50, e per correggere la prua magnetica.

ADS-C

ADS-C via ACARS (oceano)

Per aeromobili transatlantici fuori dalla copertura ADS-B, i report ADS-C trasmessi via ACARS/satcom contengono direttamente velocità e direzione del vento (BDS44/BDS45). Ricevuti su porta UDP 50174.

Validazione

Il vento ricavato dagli aerei è stato confrontato con due riferimenti indipendenti.

ERA5 (ECMWF)

Rianalisi meteorologica globale del Centro Europeo per le Previsioni a Medio Termine. Risoluzione orizzontale ~31 km, 37 livelli di pressione da 1000 hPa a 1 hPa. Scaricata via Copernicus Climate Data Store (CDS).

IASI (satellite MetOp)

Interferometro infrarosso a bordo dei satelliti MetOp-A/B/C di EUMETSAT. Fornisce profili verticali di vento, temperatura e umidità su 26 livelli. Dati in formato BUFR ricevuti via SFTP in tempo quasi-reale.

Risultati della validazione (giugno 2025)

Confronto Bias u Bias v RMSE u RMSE v Std u Std v
Mode-S vs ERA5
23 giu 2025
+0,21 m/s +1,77 m/s 7,38 m/s 6,57 m/s 7,37 m/s 6,33 m/s
IASI vs ERA5
13 giu 2025
+1,29 m/s –4,16 m/s 4,61 m/s 7,15 m/s 4,43 m/s 5,82 m/s
Mode-S vs IASI
13 giu 2025
–1,91 m/s +6,83 m/s 10,99 m/s 12,33 m/s 10,83 m/s 10,26 m/s

u = componente zonale (ovest→est) · v = componente meridionale (sud→nord) · filtro densità attivo per Mode-S vs ERA5

Infrastruttura tecnica

Ricezione dati FlyItalyADSB: rete ADS-B/MLAT (protocollo BEAST)
Decodifica Mode-S pyModeS: BDS50, BDS60, BDS44, posizione CPR
Correzione magnetica PyGeoMag: declinazione magnetica locale (modello geodetico)
Archiviazione PostgreSQL: tabella measurements (timestamp, lat, lon, u, v)
Orchestrazione APScheduler: pipeline multi-processo con un pool di worker
Validazione SciPy griddata, filtro di Hampel (MAD), bias, RMSE, deviazione standard
ERA5 Copernicus CDS API: u, v e temperatura su 37 livelli di pressione
IASI BUFR via pdbufr: profili verticali MetOp-A/B/C

Collaborazione e accesso ai dati

Le tracce si scaricano già in self-service con l’API; per ricercatori e istituzioni accademiche ci sono anche estrazioni in blocco (molti aerei o periodi lunghi). Se stai svolgendo ricerca meteorologica o aeronautica e sei interessato a collaborare, contattaci con una breve descrizione del progetto.

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