M00.6 – Coordinate geografiche e sistemi di riferimento¶

1. Obiettivi della lezione¶

Al termine della lezione sarai in grado di:

comprendere il sistema delle coordinate geografiche;
distinguere latitudine e longitudine;
utilizzare gradi, primi e secondi;
convertire coordinate tra diversi formati;
comprendere la differenza tra Nord geografico e Nord magnetico;
interpretare le coordinate delle stazioni meteorologiche;
conoscere i principali sistemi di riferimento utilizzati nelle carte geografiche e meteorologiche.

2. Perché servono le coordinate geografiche in meteorologia¶

Per descrivere correttamente un fenomeno atmosferico non è sufficiente conoscerne le caratteristiche: occorre sapere anche dove si verifica.

Le coordinate geografiche permettono di identificare la posizione di:

stazioni meteorologiche;
radar meteorologici;
satelliti e punti di osservazione;
centri di bassa e alta pressione;
fronti atmosferici;
località interessate da precipitazioni o temporali.

Una previsione meteorologica riferita a una determinata area dipende anche dalla corretta individuazione geografica di quella zona.

3. La Terra e il reticolo geografico¶

La Terra viene approssimata, per molti calcoli geografici, a una sfera. Per una maggiore precisione si utilizza un modello ellissoidale, perché il pianeta è leggermente schiacciato ai poli.

Sulla superficie terrestre è stato definito un reticolo immaginario formato da:

paralleli;
meridiani.

L'incrocio tra un parallelo e un meridiano identifica una posizione geografica.

4. La latitudine¶

La latitudine indica la posizione di un punto rispetto all'Equatore.

L'Equatore è il parallelo fondamentale e divide la Terra in due emisferi:

emisfero settentrionale;
emisfero meridionale.

La latitudine si misura da 0° a 90°:

0°: Equatore;
90° N: Polo Nord;
90° S: Polo Sud.

La latitudine è indicata con la lettera greca φ (phi).

4.1 Esempi¶

Milano: circa 45,46° N;
Roma: circa 41,90° N;
Palermo: circa 38,12° N.

Più aumenta la latitudine Nord, più ci si avvicina al Polo Nord.

5. La longitudine¶

La longitudine indica la posizione di un punto rispetto al meridiano fondamentale, chiamato meridiano di Greenwich.

Greenwich si trova in prossimità di Londra.

La longitudine si misura da 0° a 180°:

verso Est: longitudine Est (E);
verso Ovest: longitudine Ovest (W).

La longitudine è indicata con la lettera greca λ (lambda).

5.1 Esempi¶

Milano: circa 9,19° E;
Roma: circa 12,50° E;
Torino: circa 7,68° E.

6. Paralleli e meridiani¶

6.1 Paralleli¶

I paralleli sono circonferenze immaginarie parallele all'Equatore.

Caratteristiche:

l'Equatore è il parallelo più grande;
la loro circonferenza diminuisce avvicinandosi ai poli;
sono utilizzati per misurare la latitudine.

6.2 Meridiani¶

I meridiani sono semicirconferenze immaginarie che uniscono il Polo Nord al Polo Sud.

Caratteristiche:

hanno tutti la stessa lunghezza;
convergono ai poli;
sono utilizzati per misurare la longitudine.

7. Unità di misura delle coordinate¶

Le coordinate geografiche possono essere espresse in gradi decimali oppure in gradi, primi e secondi.

Un grado è suddiviso in 60 primi.

Un primo è suddiviso in 60 secondi.

\[ 1^\circ=60' \]

\[ 1'=60'' \]

Di conseguenza:

\[ 1^\circ=3600'' \]

Attenzione: i primi e i secondi geografici sono unità angolari, non unità di tempo.

8. Formati delle coordinate¶

8.1 Gradi decimali (DD)¶

Esempio:

45,4642° N

9,1900° E

È un formato molto utilizzato nei sistemi informatici, nei GPS e nei software cartografici.

8.2 Gradi e minuti decimali (DMM)¶

Esempio:

45° 27,852' N

9° 11,400' E

8.3 Gradi, minuti e secondi (DMS)¶

Esempio:

45° 27' 51,12" N

9° 11' 24" E

I tre formati descrivono la stessa posizione, purché siano convertiti correttamente.

9. Conversione da gradi, minuti e secondi a gradi decimali¶

La formula è:

\[ DD=D+\frac{M}{60}+\frac{S}{3600} \]

Dove:

D = gradi;
M = primi;
S = secondi.

Per le coordinate Sud e Ovest si utilizza il segno negativo nei sistemi che adottano coordinate con segno.

9.1 Esempio¶

Convertiamo:

45° 27' 36" N

Calcolo:

\[ DD=45+\frac{27}{60}+\frac{36}{3600} \]

\[ DD=45+0,45+0,01 \]

\[ DD=45,46^\circ \]

La latitudine è quindi 45,46° N.

10. Conversione da gradi decimali a gradi, primi e secondi¶

Per convertire un valore decimale:

la parte intera rappresenta i gradi;
la parte decimale viene moltiplicata per 60 per ottenere i primi;
la parte decimale dei primi viene moltiplicata per 60 per ottenere i secondi.

10.1 Esempio¶

Convertiamo 45,4642°.

Gradi:

\[ 45^\circ \]

Parte decimale:

\[ 0,4642\times60=27,852' \]

Primi:

\[ 27' \]

Parte decimale dei primi:

\[ 0,852\times60=51,12'' \]

Risultato:

\[ 45^\circ27'51,12'' \]

11. Coordinate con segno¶

Nei sistemi digitali si utilizzano spesso valori positivi e negativi.

La convenzione più comune è:

Direzione	Segno
Nord	Positivo
Sud	Negativo
Est	Positivo
Ovest	Negativo

Esempi:

45,46° N = +45,46;
45,46° S = -45,46;
9,19° E = +9,19;
9,19° W = -9,19.

È importante non confondere la longitudine con la latitudine: i due valori devono essere sempre inseriti nel campo corretto.

12. Il sistema GPS¶

Il GPS (Global Positioning System) è un sistema di navigazione satellitare che consente di determinare la posizione di un ricevitore.

Il sistema utilizza segnali trasmessi da satelliti in orbita.

Un ricevitore GPS determina la propria posizione elaborando i tempi di propagazione dei segnali provenienti da più satelliti.

In condizioni normali, per determinare una posizione tridimensionale e correggere l'errore dell'orologio del ricevitore sono necessari almeno quattro satelliti.

I sistemi di navigazione satellitare non si limitano al GPS statunitense. Esistono anche:

Galileo (Unione Europea);
GLONASS (Federazione Russa);
BeiDou (Cina).

13. Il datum geografico e il sistema WGS84¶

Le coordinate geografiche devono essere riferite a un sistema di riferimento.

Un datum geografico definisce il modello matematico della Terra e il riferimento utilizzato per collocare le coordinate.

Il WGS84 (World Geodetic System 1984) è uno dei sistemi di riferimento più utilizzati a livello mondiale.

È utilizzato dal sistema GPS e da numerosi servizi cartografici.

Quando si confrontano coordinate provenienti da strumenti diversi, è importante verificare il sistema di riferimento utilizzato.

Coordinate riferite a datum differenti possono presentare scostamenti anche quando descrivono lo stesso punto fisico.

14. Nord geografico e Nord magnetico¶

È necessario distinguere due riferimenti:

Nord geografico¶

È la direzione del Polo Nord geografico, definita dall'asse di rotazione terrestre.

È il riferimento utilizzato per le coordinate geografiche e per il Nord delle carte geografiche tradizionali.

Nord magnetico¶

È la direzione indicata dalla bussola, che segue il campo magnetico terrestre.

Il Nord magnetico non coincide perfettamente con quello geografico e la sua posizione varia nel tempo.

La differenza angolare tra le due direzioni è chiamata declinazione magnetica.

La declinazione varia in funzione della posizione geografica e del periodo considerato.

15. Distanza geografica e variazione della latitudine¶

Un grado di latitudine corrisponde approssimativamente a 111 km.

Un primo di latitudine corrisponde approssimativamente a:

\[ 111/60=1,85\ \text{km} \]

Questa approssimazione è utile per stime geografiche.

La distanza associata a un grado di longitudine, invece, varia con la latitudine.

All'Equatore un grado di longitudine misura circa 111 km.

Avvicinandosi ai poli, questa distanza diminuisce.

Una stima approssimata è:

\[ d_{\lambda}\approx111\cos(\varphi)\ \text{km} \]

Dove φ è la latitudine.

15.1 Esempio a Milano¶

Consideriamo la latitudine di Milano, circa 45,46° N.

\[ d_{\lambda}\approx111\cos(45,46^\circ) \]

\[ d_{\lambda}\approx77,9\ \text{km} \]

Un grado di longitudine a questa latitudine corrisponde quindi a circa 78 km.

Il valore è approssimativo e non sostituisce i calcoli geodetici di precisione.

16. Coordinate geografiche e meteorologia¶

Le coordinate geografiche sono utilizzate per:

localizzare le stazioni meteorologiche;
associare misure atmosferiche a una posizione;
interpretare le mappe di temperatura;
individuare le aree interessate da precipitazioni;
seguire gli spostamenti dei fronti;
confrontare osservazioni provenienti da località differenti.

16.1 Posizione di una stazione meteorologica¶

Una stazione può essere identificata mediante:

latitudine;
longitudine;
altitudine;
codice identificativo.

L'altitudine è importante perché temperatura, pressione e altre variabili atmosferiche dipendono anche dalla quota.

Due stazioni poste alla stessa latitudine e longitudine, ma a quote differenti, non sono necessariamente confrontabili senza considerare la differenza altimetrica.

16.2 Coordinate e carte meteorologiche¶

Le carte meteorologiche utilizzano proiezioni cartografiche per rappresentare una porzione della superficie terrestre su un piano.

La rappresentazione comporta inevitabilmente deformazioni di distanze, aree, angoli o forme.

La scelta della proiezione dipende dall'area geografica e dallo scopo della carta.

17. Le principali proiezioni cartografiche¶

17.1 Proiezione cilindrica di Mercatore¶

È una proiezione conforme: conserva localmente gli angoli e le forme di piccole aree, ma altera progressivamente le dimensioni delle superfici avvicinandosi ai poli.

È utilizzata in diversi contesti cartografici e nella navigazione.

17.2 Proiezione stereografica polare¶

È utile per rappresentare le regioni vicine ai poli.

Viene utilizzata anche in alcune rappresentazioni meteorologiche dell'emisfero settentrionale o meridionale.

17.3 Proiezione conica¶

È adatta alla rappresentazione di aree geografiche estese in senso Est-Ovest alle medie latitudini.

Può essere utilizzata per rappresentare aree continentali e carte meteorologiche regionali.

18. Errori comuni da evitare¶

Confondere latitudine e longitudine.
Scambiare i primi geografici con i minuti di tempo.
Dimenticare il segno negativo per Sud e Ovest nei formati decimali con segno.
Confondere Nord geografico e Nord magnetico.
Considerare identici tutti i sistemi di riferimento geografici.
Dimenticare che la distanza di un grado di longitudine varia con la latitudine.
Confondere altitudine e latitudine.
Interpretare una carta come se non presentasse deformazioni cartografiche.

19. Esercizi¶

Esercizio 1 – Conversione in gradi decimali¶

Convertire:

44° 42' 30" N

Esercizio 2 – Conversione in gradi, primi e secondi¶

Convertire:

45,50° N

Esercizio 3 – Coordinate con segno¶

Indicare con segno positivo o negativo:

35° S;
120° W;
20° N;
15° E.

Esercizio 4 – Distanza lungo un meridiano¶

Due località si trovano rispettivamente a 40° N e 42° N, sulla stessa longitudine.

Stimare la distanza tra le due località.

Esercizio 5 – Distanza lungo un parallelo¶

Due località si trovano sulla latitudine 45° N e differiscono di 1° di longitudine.

Stimare la distanza tra le due località.

Esercizio 6 – Interpretazione meteorologica¶

Una stazione meteorologica si trova a 46° N, 11° E, a 1200 m di altitudine.

Indicare:

emisfero;
posizione rispetto a Greenwich;
significato dell'altitudine;
perché la quota deve essere considerata nell'interpretazione della temperatura.

20. Soluzioni degli esercizi¶

Soluzione 1¶

\[ DD=44+\frac{42}{60}+\frac{30}{3600} \]

\[ DD=44+0,7+0,008333 \]

\[ DD\approx44,708333^\circ \]

Soluzione 2¶

Gradi:

45°

Parte decimale:

\[ 0,50\times60=30' \]

Risultato:

45° 30' 00" N.

Soluzione 3¶

35° S = -35°;
120° W = -120°;
20° N = +20°;
15° E = +15°.

Soluzione 4¶

Differenza di latitudine:

\[ 42^\circ-40^\circ=2^\circ \]

Distanza approssimata:

\[ 2\times111=222\ \text{km} \]

Soluzione 5¶

Utilizziamo:

\[ d_{\lambda}\approx111\cos(45^\circ) \]

\[ d_{\lambda}\approx111\times0,7071 \]

\[ d_{\lambda}\approx78,5\ \text{km} \]

Soluzione 6¶

La stazione si trova nell'emisfero settentrionale.
Si trova a Est del meridiano di Greenwich.
L'altitudine indica che la stazione è posta a 1200 metri sopra il livello medio del mare, secondo il riferimento altimetrico adottato.
La quota influenza la temperatura e la pressione atmosferica; per confrontare correttamente le osservazioni occorre considerare anche la differenza di altitudine.

21. Glossario¶

Termine	Significato
Latitudine	Distanza angolare dall'Equatore
Longitudine	Distanza angolare dal meridiano di Greenwich
Parallelo	Circonferenza parallela all'Equatore
Meridiano	Semicirconferenza che collega i poli
Equatore	Parallelo di latitudine 0°
Greenwich	Meridiano fondamentale di longitudine 0°
Datum	Riferimento geodetico per le coordinate
WGS84	Sistema geodetico di riferimento globale
GPS	Sistema satellitare di posizionamento
Declinazione magnetica	Angolo tra Nord geografico e Nord magnetico
Proiezione cartografica	Metodo per rappresentare la superficie terrestre su un piano
Altitudine	Quota rispetto a un riferimento verticale

22. Riepilogo della lezione¶

La latitudine misura la posizione rispetto all'Equatore.
La longitudine misura la posizione rispetto a Greenwich.
Le coordinate possono essere espresse in gradi decimali o in gradi, primi e secondi.
I sistemi GPS utilizzano sistemi di riferimento geodetici.
WGS84 è uno dei riferimenti globali più diffusi.
Il Nord geografico è diverso dal Nord magnetico.
La distanza di un grado di latitudine è circa 111 km.
La distanza di un grado di longitudine dipende dalla latitudine.
In meteorologia le coordinate consentono di localizzare correttamente le osservazioni.
L'altitudine deve essere considerata nell'interpretazione dei dati atmosferici.

Concetto fondamentale da ricordare: una misura meteorologica acquista significato completo quando è associata a una posizione geografica, a un riferimento temporale e, quando necessario, all'altitudine della stazione.

Fine della lezione M00.6 – Coordinate geografiche e sistemi di riferimento.