ANALISI DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE

E CONFRONTO CON I DATI ACQUISITI DAL SATELLITE

DELLA NASA ASTER

M. Musacchio, M. Silvestri, V. Lombardo, M.F. Buongiorno,

Abstract

Nel quadro del Progetto di ammodernamento TELAER di AGEA, nel 2012 è stato acquisito il nuovo strumento digitale multispettrale DAEDALUS. Il sensore offre 16 bande spettrali, termico incluso (0,4 -12,5 micron) e risoluzioni spaziali fino a 70 cm al suolo, INS/GPS integrato e 16 bit di risoluzione radiometrica all’origine. Oltre alla presenza dell’infrarosso medio e soprattutto del termico le caratteristiche spettrali lo rendono congruente, e quindi correlabile ai prossimi strumenti spaziali Sentinel 2 e 3 di  ESA e ad ALI, precursore NASA della futura serie satellitare post-LANDASAT e soprattutto con l’attuale ASTER (VNIR e TIR)

Le caratteristiche e le prestazioni (acquisisce tramite velivoli agili ed economici) aprono nuovi scenari applicativi, non solo in campo agro-forestale ma anche per la salvaguardia ambientale, il monitoraggio urbano e industriale, la ricerca il monitoraggio delle discariche, l’analisi del reticolo idrografico naturale e artificiale e delle acque costiere, l’acquacoltura, le dispersioni termiche di origine naturale o antropica, ecc.

 Al termine delle attività di collaudo di DAEDALUS, vengono presentati alcuni dei primi risultati preliminari e le potenzialità, sia per l’intera comunità scientifica che per i vari utenti amministrativi nazionali e locali.

IndiceTrattamento delle immagini

Daedalus◦Cenni sui parametri necessari alla

correzione delle immagini acquisite da piattaforma aerea

Serie storica ASTER◦Variazione della temperatura

superficiale con dati spaziali a media risoluzione geometrica

Pozzuoli Estate 2012

Immagine 3D: Pseudo RGB Immagine Daedalus (Canali #15, 10, 5) sovrapposta al DEM (15 metri)

Le temperature più elevate sono concentrate nel settore orientale con T (espresse in °C) superiori a

70 °

Bocca Grande

Profili di temperatura orizzontale e verticale passanti per il punto di massima temperatura individuato precedentemente

Misure a Terra: Validazione

DIURNE

NOTTURNE

Circa 3 ore di misure (9:30-12:22) con una

media di ~ 32°C

Circa 10 minuti di misure (23:00-23:10) con una

media di ~ 19°C

La radianza misurata non e’ direttamente correlata alla T superficiale ma dipende da:

• L’emissivita’ superficiale

• Gli assorbimenti atmosferici

• La radiazione solare

I sensori misurano la radianza spettrale proveniente dalla superficie terrestre

Per calcolare la temperatura non basta Planck ma si deve..

Conoscere o stimare l’emissivita’ di ogni superficie presente nella nostra scena.

Calcolare il contributo di radianza emessa dalla superficie eliminando gli effetti dell’atmosfera sul mare e sulla terra.

Eliminare il contributo della radiazione solare per le immagini diurne.

Misura indiretta dell’emissivita’

Confronto tra emissivita’ spettrale misurata a terra con Micro-FTIR e valori calcolati da immagini TIR ASTER

Emissivita’ derivata da immagini ASTER TIR (19/07/2003) sull’Etna usando il metodo di Guillespie et al. (1989)

Courtesy of Dr. L.Merucci

Correzioni AtmosfericheEnergy interaction e.m. - Atmosphere - Surface

Source of e.m. energy

scattering

absortion

sensor

scattering

scattering

absortionemission

scattering

absortion

Eq. Trasf. radiativo: Ls = etLg + Lu + (1- )e tLd

Modelli Atmosferici: MODTRAN

Il MODTRAN e’ un codice di trasferimento radiativo in atmosfera sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA.

Correzione Atmosferica immagini

Teoricamente si dovrebbero calcolare I parametri atmosferici per ogni percorso dal sensore al pixel dell’immagine.

In pratica per limitare i “run” del MODTRAN e quindi il tempo totale di processamento si calcolano i parametri atmosferici per intervalli di altezza e angolo di vista e si interpolano i valori a seconda della posizione dei vari pixel nell’immagine. Si limita inoltra la correzione a porzioni di immagine caratterizzate da uguale emissivita’.

Intervalli di quota Intervalli angolari Maschera di ePer studi marini non serve il DEM!

SW di correzione Atmosferica AtmoCor

AtmoCor e’ un programma sviluppato in linguaggio ENVI-IDL per la correzione atmosferica dei dati aerei telerilevati.

Il programma utilizza il MODTRAN per stimare i parametri atmosferici necessari alla correzione delle immagini.

AtmoCor e’ un programma versatile che puo’ essere facilmente adattato a diversi o nuovi tipi di sensore

Parametri atmosferici MODTRAN

I parametri atmosferici, le lunghezze d’onda e la geometria sensore-target vengono definiti attraverso un file ASCII denominato tape5 di non facile comprensione e memorizzazione..

Tipo di sensore, data, parametri volo

Si utilizza un file ASCII (di piu’ facile comprensione) in cui si definiscono le caratteristiche proprie del sensore, la data di acquisizione, le informazioni sul volo (quota, lat-lon), gli intervalli di quota e di angolo su cui calcolare i parametri atmosferici e soprattutto l’emissivita’.

Pozzuoli Estate 2012

NASA ASTER TIR (2002-2012)

Vesuvio

Napoli Solfatara di Pozzuoli

01/08/2002 20/03/2003 24/06/2003 30/04/2004

04/11/2005 11/11/2005 07/01/2006 09/07/2006

2002-2006

18/05/2007 15/08/2007 16/10/2007 30/12/2008

01/05/2010 15/09/2010 02/11/2010 12/01/2011

2007-2011

10/03/2011 11/04/2011 18/04/2011 07/07/2011

08/08/2011 09/09/2011 23/12/2011 25/02/2012

2011-2012

28/03/2012 07/11/2012 09/12/2012

Fine 2012

Monitoraggio in tempo reale

MODIS Terra 5 Gen. 2013 MODIS Aqua 28 Feb. 2013 AVHRR 22 Mar. 2013

Riassumendo..Il DAEDALUS è uno strumento prezioso

per l’analisi ad alta risoluzione di anomalie termiche (emissioni vulcaniche, fumarole, ecc)

E’ stato implementato per il DAEDALUS un software per le correzioni atmosferiche (AtmoCor) che permette di stimare la temperatura a terra con una notevole accuratezza.

Una mappa di temperatura di dettaglio è stata ottenuta per l’area della solfatara di Pozzuoli.

Confrontata con quanto fatto con ASTER

Limiti /Pregi di un sensore RT come i geostazionari

GRAZIE