Le missioni e le applicazioni di Le missioni e le applicazioni di Osservazione della Terra in ASI Osservazione della Terra in ASI

e e il sistema integrato il sistema integrato QUITSATQUITSAT per la per la

valutazione valutazione della qualità dell’ariadella qualità dell’aria

Dr. Cristina AnanassoDr. Cristina Ananasso

Unità di Osservazione della TerraUnità di Osservazione della Terra

Agenzia Spaziale ItalianaAgenzia Spaziale Italiana

Outline della presentazioneOutline della presentazione

Contesto istituzionale e missione dell’ASIContesto istituzionale e missione dell’ASI Le missioni spaziali di Osservazione della Le missioni spaziali di Osservazione della

Terra Terra Le infrastrutture a terraLe infrastrutture a terra I progetti applicativi per il monitoraggio I progetti applicativi per il monitoraggio

del territoriodel territorio Il progetto QUITSAT per la valutazione Il progetto QUITSAT per la valutazione

della qualità dell’ariadella qualità dell’aria

Nata nel 1988, è un ente pubblico nazionale, che Nata nel 1988, è un ente pubblico nazionale, che dipende dal Ministero dell’Università e della dipende dal Ministero dell’Università e della Ricerca e opera in collaborazione con diversi altri Ricerca e opera in collaborazione con diversi altri dicasteri, in particolare il Ministero della Difesa, il dicasteri, in particolare il Ministero della Difesa, il Ministero dell’Ambiente, il Ministero delle Ministero dell’Ambiente, il Ministero delle Comunicazioni. Comunicazioni.

ASI definisce la strategie nazionali nella Piano ASI definisce la strategie nazionali nella Piano AeroSpaziale Nazionale che deve essere AeroSpaziale Nazionale che deve essere approvato dal Governo.approvato dal Governo.

La politica spaziale internazionale è coordinata La politica spaziale internazionale è coordinata dal Ministero degli Affari Esteridal Ministero degli Affari Esteri

Agenzia Spaziale ItalianaAgenzia Spaziale ItalianaContesto istituzionaleContesto istituzionale

Agenzia Spaziale ItalianaAgenzia Spaziale ItalianaMissioneMissione

Promuovere, sviluppare e diffondere la ricerca Promuovere, sviluppare e diffondere la ricerca scientifica e tecnologica nel campo dello spazio e scientifica e tecnologica nel campo dello spazio e dell’aerospaziodell’aerospazio

Coordinare e gestire i progetti nazionali e la Coordinare e gestire i progetti nazionali e la partecipazione italiana a progetti europei e partecipazione italiana a progetti europei e internazionaliinternazionali

Preparare ed attuare il Piano AeroSpaziale Preparare ed attuare il Piano AeroSpaziale NazionaleNazionale• Dipendenti: Dipendenti: ≈≈250250• Budget: >600M€/anno (Budget: >600M€/anno (≈≈50% all’ESA)50% all’ESA)

Sedi dell’ASI• Roma: Headquarters• Matera: RS, Lab. di Robotica, Geodesia• Trapani-Milo: stazione di lancio palloni

stratosferici• Malindi: base di lancio e stazione di TC&T

Missione dell’Unità OT - Migliorare con uno sforzo continuativo di ricerca e innovazione la comprensione del sistema ‘Terra’ mettendo a punto modelli sempre più affidabili di previsione, controllo e gestione dei fenomeni naturali ed indotti dall’uomo, con particolare attenzione ai disastri naturali.

Osservazione della Terra

Segmento spaziale

Progetti applicativi Monitoraggio del territorio e gestione del

rischio e protezione civile

Progetti di ricerca

Data exploitation

Segmento di terra:

CNM - Centro Nazionale Multimissione

CC-EO - Centro di Competenza per l’OT

• COSMO SkyMed• PRISMA• MIOSAT• SABRINA (tbc)

• SIASGE ASI-CONAE (COSMO-SkyMed e SAOCOM)

• ORFEO ASI-CNES (COSMO-SkyMed e Pleiades)• OCEANSAT 2 ASI-ISRO (Radio occultazione

ROSA) • SAC-D Aquarius ASI-CONAE_NASA (Radio

occultazione ROSA)

• ERS/ENVISAT• EARTH EXPLORERS Program• GMES “Sentinels”

Il segmento spaziale: missioni nazionali ed in cooperazione

NAZIONALI

CooperazioneInternazionale

Coinvolgimentonelle missioni ESA

PRISMAPRISMA PRecursore IperSpettrale della PRecursore IperSpettrale della

Missione ApplicativaMissione Applicativa KO: Gennaio 2008KO: Gennaio 2008 Programma Nazionale Programma Nazionale Finaziato fino alla fase E1, cioè pre-operativitàFinaziato fino alla fase E1, cioè pre-operatività Data di lancio: 2011Data di lancio: 2011 Caratteristiche generali:Caratteristiche generali:

• Missione di natura pre-operativa e dimostratore tecnologicoMissione di natura pre-operativa e dimostratore tecnologico• Focalizzato su:Focalizzato su:

Qualificazione in orbita di un payload iperspettraleQualificazione in orbita di un payload iperspettrale Sviluppo e produzione di prodotti iperspettraliSviluppo e produzione di prodotti iperspettrali

• Output del sistema: prodotti standard fino ad immagini geo-Output del sistema: prodotti standard fino ad immagini geo-codificatecodificate

• Ri-utilizzo estensivo di elementi già sviluppati (piattaforma, Ri-utilizzo estensivo di elementi già sviluppati (piattaforma, infrastrutture di terra, etc.) ed altre parti disponibili, se possibile.infrastrutture di terra, etc.) ed altre parti disponibili, se possibile.

Coinvolgimento degli utenti:Coinvolgimento degli utenti: Obiettivi della missioneObiettivi della missione Requisiti delle applicazioniRequisiti delle applicazioni

Copertura: globale Specifiche aree di interesse italiane

Capacità del sistema Data Volume giornaliero: circa ≈100.000 km2

Generazione di prodotti: 30 HYP/PAN al giorno Tempo di rivisita: meno di 7 giorni

• Durata della missione: 3+2 anni• LEO SSO, 700km, 10.30 LTDN• Ciclo dell’orbita: 26 giorni

Elementi del sistema:• Satellite piccolo: ca 400kg• Piattaforma• Payload iperspettrale e pancromatico• Elementi di Ground Segment

Image Data Handling System (IDHS) - Matera TT&C Station – Fucino P/L data receiving Station – Matera

• Operations segment• Launch segment: VEGA

Caratteristiche della missione

• Range dei canali spettrali: Camera pancromatica (PAN): 400-700 nm Camera iperspettrale (HYP) è composta da:

VNIR: 400-1010 nm SWIR: 920-2500 nm

• Intervallo spettrale:• Meno di 10 nm HYP

• Swath:• 30 km per HYP/PAN

• Spatial GSD:• 5 m per PAN• 30 m per HYP

• Image Quality SNR

• 240:1 for PAN• 600:1 for VNIR• 400:1 for SWIR

• Geolocation accuracy of ½ GSD (Hyp)

PRISMA: caratteristiche dei payload

MIOSAT MISSION HAS 2 MAIN OBJECTIVES:• Technological objective• Application objective

TECHNOLOGICAL OBJECTIVE:Development and qualification of a micro-satellite platform with

a mass budget less than 120 kg focused for LEO orbits.

APPLICATION OBJECTIVE:Detection of data for Land surface and atmosphere sounding in

the visible and IR spectral range using the Imaging Spectroscopy technique by means of the following payloads:

1. HR panchromatic camera2. Sagnac Spectrometer3. Mach-Zehnder interferometer

a Telescope will be used to collect the signal.

MIOSAT – Mission ObjectivesMIOSAT – Mission Objectives

MAIN APPLICATION

DOMAINS:

Air quality and CO2

Geology

Mineralogy

Agriculture

Vegetation

Volcanology

Hydrology

Coastal Resources

Desert blooms and Wetland

Land use and mapping

Support to Emergency

management

MIOSAT – Applications & Syst. Charact.MIOSAT – Applications & Syst. Charact.

SYSTEM CHARACTERISTICS

Max. of coverage of Europe and ItalyMin. of revisit gap for Europe and ItalyMass budget < 120 kg.Mission Lifetime = 2 years

MIOSAT - PayloadsMIOSAT - Payloads

HR Pancromatic CameraGSD resolution < 2m

swath = 10x10 kmoperating between 0,4 – 0,9 micron

Sagnac Spectrometer called ALISEOGSD resolution < 10m

swath = 10x10 kmoperating between 0,4 – 1,0 micron

spectral resolution < 5nm @0,65 micron

Mach-Zehnder interferometerobservation range = 3 km

operating between 0,4 – 4,5 micronspectral resolution < 1nm @0,65 micron

Kick-Offsecond half

2006

Phase A

end2007

Phase B

beginning2009

Phase C/D/E

2011LAUNCH

we are here

ROSAROSARadio Occultation Sounder for Atmosphere Radio Occultation Sounder for Atmosphere

Missione di “opportunità”Missione di “opportunità” Prodotti: Prodotti:

• profili verticali di temperaturaprofili verticali di temperatura• profili verticali di pressioneprofili verticali di pressione• profili verticali di umiditàprofili verticali di umidità• contenuto di elettroni nella ionosferacontenuto di elettroni nella ionosfera

I principali vantaggi della tecnica di Radio I principali vantaggi della tecnica di Radio Occultazione sono:Occultazione sono:• Copertura globaleCopertura globale• Profili atmosferici (T, H, p) con elevata risoluzione verticaleProfili atmosferici (T, H, p) con elevata risoluzione verticale• Elevata accuratezza nelle misure di temperaturaElevata accuratezza nelle misure di temperatura• Tecnica auto-calibranteTecnica auto-calibrante• Dati a basso costoDati a basso costo

• Operatività continua anche in presenza di nuvoleOperatività continua anche in presenza di nuvole

ROSA: la tecnica utilizzataROSA: la tecnica utilizzata• La Radio Occultazione sfrutta gli effetti dell’interazione tra i segnali elettromagnetici emessi dai satelliti per la navigazione (GPS) e gli strati dell’atmosfera da essi attraversati. • Una “occultazione” avviene quando un satellite GPS che sorge o che tramonta dietro l’orizzonte della Terra è visto da un satellite LEO (satellite in orbita bassa).

•Il segnale che attraversa l’atmosfera terrestre viene rifratto e pertanto deviato; tale effetto è funzione dei parametri fisici atmosferici nel punto di attraversamento.

•Il moto relativo tra i satelliti LEO e GPS, permette la scansione verticale dell’atmosfera. Considerando la simmetria sferica, un raggio che passa attraverso l’atmosfera viene rifratto e deviato, a causa del gradiente verticale di densità.

• Con il cambiamento della geometria dei satelliti, le onde elettromagnetiche campionano successivamente diversi strati di atmosfera. Dalla variazione di fase del segnale GPS, si possono ricavare i profili verticali dell’angolo di rifrazione.

• Climatologia:Climatologia: monitoraggio continuo dell’atmosfera per un lungo monitoraggio continuo dell’atmosfera per un lungo periodo di tempo, dando rilievo climatologico alle osservazioni periodo di tempo, dando rilievo climatologico alle osservazioni stessestesse

• Meteorologia:Meteorologia: previsioni del tempo su scala globale, con attesi previsioni del tempo su scala globale, con attesi miglioramenti grazie all’acquisizione di dati meteorologici in aree miglioramenti grazie all’acquisizione di dati meteorologici in aree per le quali non sono disponibili dati a terra (oceani, regioni polari, per le quali non sono disponibili dati a terra (oceani, regioni polari, deserti). I dati di occultazione possono contribuire alla conoscenza deserti). I dati di occultazione possono contribuire alla conoscenza della distribuzione globale dell’umidità, al monitoraggio della della distribuzione globale dell’umidità, al monitoraggio della tropopausa e alla ricostruzione dei profili di temperatura della bassa tropopausa e alla ricostruzione dei profili di temperatura della bassa Stratosfera. Assimilazione dei dati nei NWP (Numerical Weather Stratosfera. Assimilazione dei dati nei NWP (Numerical Weather Prediction).Prediction).

• Space Weather:Space Weather: fisica della ionosfera, con attesi miglioramenti nella fisica della ionosfera, con attesi miglioramenti nella ricerca e nella previsione del Tempo ionosferico. Aspetti dinamici del ricerca e nella previsione del Tempo ionosferico. Aspetti dinamici del plasma ionosferico possono essere monitorati attraverso misure di plasma ionosferico possono essere monitorati attraverso misure di scintillazione, mentre il monitoraggio continuo della densità globale scintillazione, mentre il monitoraggio continuo della densità globale di elettroni può assicurare il database necessario per testare i di elettroni può assicurare il database necessario per testare i modelli previsionali (possibili studi di interesse per la previsione dei modelli previsionali (possibili studi di interesse per la previsione dei terremoti)terremoti)

• Geodesia Spaziale e GeofisicaGeodesia Spaziale e Geofisica: studi del campo gravitazionale : studi del campo gravitazionale terrestre. Applicazioni emergenti insieme a misure scatterometriche terrestre. Applicazioni emergenti insieme a misure scatterometriche e altimetriche per lo studio dello stato del mare e delle proprietà del e altimetriche per lo studio dello stato del mare e delle proprietà del terreno.terreno.

ROSA: applicazioni e ricercaROSA: applicazioni e ricerca

Ground segmentGround segment

Centro Nazionale Multimissione (CNM)Centro Nazionale Multimissione (CNM)

Funzionalità principaliFunzionalità principali

• Ingestion, archiviazione e processamento di Ingestion, archiviazione e processamento di dati EOdati EO

• Fornitura dati al Centro di Competenza della Fornitura dati al Centro di Competenza della Protezione CivileProtezione Civile

• Servizi per la comunità scientificaServizi per la comunità scientifica• Servizi per gli utenti commerciali e la vendita Servizi per gli utenti commerciali e la vendita

di prodotti EOdi prodotti EO

Interfacce esterneInterfacce esterne

Il Centro di Competenza Nazionale di Osservazione della Terra

CC-EO Il CC-EO avrà le seguenti funzioni:

far confluire, integrare, processare, analizzare, qualificare, distribuire i dati di Osservazione della Terra necessari al Sistema di Protezione Civile

armonizzare e razionalizzare i risultati dei progetti applicativi

Sarà un soggetto fornitore di prodotti, dati, elaborazioni e contributi tecnico-scientifici verso Il Centro Funzionale Nazionale del DPC I Centri Funzionali Decentrati Gli altri Centri di Competenza Nazionali (CC

dell’aeronautica militare, APAT, etc)

Centro Nazionale Multimissione

EO data providerscommerciali

C-UGS

COSMO-SkyMed

Centro di Competenza di Osservazione della Terra

(CC-EO)

Rete geodetica

Rete fiduciale

GPS

GMES

GEOSS

Interfaccia vs. i componenti del network di Protezione

Civile (DPC, CF’s, CC nazionali e CC tematici

Entri di RicercaUniversità

R&D

Contraenti industriali

upgrade

Interfacce verso altri Utenti istituzionali

( Difesa)

CC - EO

I progetti applicativi I progetti applicativi e di ricercae di ricerca

Progetti applicativiProgetti applicativi Protezione Civile dalle FraneProtezione Civile dalle Frane Protezione Civile dalle AlluvioniProtezione Civile dalle Alluvioni Nowcasting per il rischio idrogeologicoNowcasting per il rischio idrogeologico Protezione Civile dagli Incendi (*)Protezione Civile dagli Incendi (*) Inquinamento marino da idrocarburiInquinamento marino da idrocarburi Rischio SismicoRischio Sismico Rischio VulcanicoRischio Vulcanico Qualità dell’ariaQualità dell’aria Coste: monitoraggio e gestione del rischio (**)Coste: monitoraggio e gestione del rischio (**)

Obiettivo primario dei progetti applicativi

Dimostrare all’utente di riferimento le potenzialità di utilizzo del dato di Osservazione della Terra per la gestione dei

rischi ambientali e/o indotti dalle attività umane

attraverso la realizzazione di un sistema prototipale

end-to-end di supporto alle decisioni per una o più fasi di gestione delle emergenze

• la definizione di modelli logico-funzionali basati sull’utilizzo di dati EO per svolgere attività di monitoraggio e, quando possibile, di previsione

• lo sviluppo e il miglioramento di algoritmi e metodologie di processamento e di elaborazione di dati EO

• lo sviluppo di modelli basati sui dati EO e delle tecniche di assimilazione di dati EO nei modelli.

Utenti come attori principali di tutte le attività Metodo di scelta:

• Rappresentatività

• Influenza politica

• Possibilità promozionali

Istituzioni nazionali (come guida) Organizzazioni sub-nazionali (come utenti operativi) Contributi fondamentali:

• Consolidamento dei requisiti utente• Disponibilità di dati ausiliari per la validazione dati EO• Assessment sulla qualità del servizio• Contributo alla divulgazione dei risultati

Ad oggi i nostri utenti di riferimento sono il Dipartimento di Protezione Civile, il Ministero dell’Ambiente e le ARPA di alcune regioni italiane

Il ruolo degli utenti

Il ruolo della comunità scientifica

Partendo dalle necessità informative dell’utente e dalla modellistica viene identificata l’informazione ottenibile con l’Osservazione della Terra

TECNOLOGIA: Sensore / missione / tecnica di processamento / dati ausiliari / modelli / archiviazione e gestione data base…

La tecnologia disponibile può essere più o meno matura ed operativa.

I gap tra le necessità dell’utente e la tecnologia attivano all’interno dei progetti pilota le attività di ricerca.

Trasferimento tecnologico verso le parti industriali utilizzate per l’implementazione del sistema

Il ruolo dell’industriaIl ruolo dell’industria

Essere pronti a ricevere le conoscenze Essere pronti a ricevere le conoscenze sviluppate dalla ricercasviluppate dalla ricerca

Ingegnerizzare il sistema (ad es. rendere Ingegnerizzare il sistema (ad es. rendere gli algoritmi sviluppati in ambienti di gli algoritmi sviluppati in ambienti di ricerca realmente operativi)ricerca realmente operativi)

Sviluppare l’interfaccia adatta all’utilizzo Sviluppare l’interfaccia adatta all’utilizzo del sistema da parte di operatori non del sistema da parte di operatori non espertiesperti

…………

QUalità dell’aria mediante l’Integrazione di QUalità dell’aria mediante l’Integrazione di misure a Terra, da terra, da SAtellite e di misure a Terra, da terra, da SAtellite e di

modellistica chimica multifase e di Trasportomodellistica chimica multifase e di Trasporto

Resp. di Programma ASI: Cristina AnanassoResp. di Programma ASI: Cristina AnanassoResp. di Programma CGS: Walter Di NicolantonioResp. di Programma CGS: Walter Di Nicolantonio

Responsabile Scientifico: Claudio Tomasi (ISAC-CNR)Responsabile Scientifico: Claudio Tomasi (ISAC-CNR)

definire, sviluppare e dimostrare un sistema prototipale a sistema prototipale a supporto delle politiche decisionali in materia di QAsupporto delle politiche decisionali in materia di QA, che che

integri in maniera sinergica i dati EO con le tecnologie più integri in maniera sinergica i dati EO con le tecnologie più tradizionali. tradizionali.

L’integrazione dei dati EO, non-EO e da simulazioni CTM comporta necessariamente uno sviluppo scientifico che è parte integrante del programma.

L’operatività del sistema a livello prototipale dovrà essere dimostrata e validata all’utente istituzionale, ARPA SIM Emilia Romagna, con il fine ultimo di monitorare, prevedere e valutare l’impatto di scenari emissivi sostenibili della QA.

Tematiche e finalità del Tematiche e finalità del Progetto QUITSAT (2006-2009)Progetto QUITSAT (2006-2009)

QUITSATQUITSAT

Requisiti di partenza: QUITSATRequisiti di partenza: QUITSAT

“…uso del dato satellitare ad integrazione delle tecnologie tradizionali…”

” …esplorare le potenzialità d’uso del dato EO…”

“…i prodotti applicativi comprendono componenti modellistiche che supportano il sistema decisionale... “

“…il ruolo degli Utenti è fondamentale: dall’identificazione delle priorità alla definizione dei requisiti di prodotto e di servizio…”

QUITSATQUITSAT

Previsione di concentrazione e di distribuzione di gas e PM su breve periodo

Previsione

Supporto alla pianificazione

mediante valutazioni di impatto di scenari

emissivi sostenibili

Pianificazione

Monitoraggio dei PM e degli inquinanti gassosi (O3, NO2, SO2, HCHO)

Monitoraggio

Dominio di QUITSATDominio di QUITSAT QUITSATQUITSAT

Misure a terra e da terra 

 

Campionamenti in­situ 

Tecniche DOAS a terra

Fotometria solare

Tecniche Lidar

Modelli chimico – fisici e di trasporto 

Sistema modellistico 3D multifase

Modelli per la previsionedi PM e gas al suolo

Progetto di sistema di supporto alle decisioni

Utente di riferimentoServizio IdroMeteorologico ARPA SIM E.R.ARPA Piemonte

Definizione dei requisiti utente   Validazione e Dimostrazione 

del Sistema

Misure da Satelliti EO 

MODIS/Terra, Aqua

SCIAMACHY/ENVISAT

SEVIRI / MSG OMI / EOS­AuraMOPITT / EOS­Aura

QUITSATQUITSAT

QUITSATQUITSAT

QUITSAT prodotti finaliQUITSAT prodotti finaliIdentificativo

ProdottoUtente

Nome Prodotto UtenteU.O. di

riferimento

QM1 Stime di PM alla superficie mediantel’uso di dati satellitari

CGS

QM2Mappe di Trasporto di aerosol deserticoe da incendi di biomassa da analisi datiSEVIRI

CGS

QM3 Stime di NO2, SO2 O3 e HCHO a terramediante l’uso di dati satellitari

ISAC BO2

QM4

Contenuto colonnare di CO da misuresatellitari

Stima emissioni COV da misuresatellitari

CETEMPS

QM5 Campi 3D simulati di inquinanti gassosi ePM

UNIBS

QM5 testDA1

Verifica modellistica di schemi diassimilazione

CETEMPS

QM5 testDA2

Verifica modellistica di schemi diassimilazione

ISAC BO3

QF(a) Previsione Gas e PM con metodistocastici

UNIBS

QF(b) Previsione Gas e PM con metodideterministici

CETEMPS

QP Prodotti SSD per l’Utente UNIBS

QUITSATQUITSAT

MonitoraggioMonitoraggio• Da satellite:Da satellite:

• Monitoraggio dei PM (MODIS su Aqua/Terra)Monitoraggio dei PM (MODIS su Aqua/Terra)

• Mappe di trasporto di (SEVIRI/MSG):Mappe di trasporto di (SEVIRI/MSG):• Aerosol deserticoAerosol desertico• Aerosol da incendi di biomassaAerosol da incendi di biomassa

• Monitoraggio degli inquinanti gassosi (O3, NO2, Monitoraggio degli inquinanti gassosi (O3, NO2, SO2, HCHO)SO2, HCHO)

• Non EO: misure a terra e da terra Non EO: misure a terra e da terra mediante campionamento di materiale mediante campionamento di materiale particolato, misure di particolato, misure di remote sensingremote sensing passivo e attivo sul carico atmosfericopassivo e attivo sul carico atmosferico

QUITSATQUITSAT

Monitoraggio dei PM: Monitoraggio dei PM: MODIS su Aqua/TerraMODIS su Aqua/Terra

MODIS/Terra

Dati MODIS con una risoluzione spaziale di 10x10 km2 di livello 2:

• AOD a 550 nm (Optical_Depth_Land_And_Ocean) • frazione η (stesso AOD) dovuto alle particelle ‘fine’ (Optical Depth Ratio Small)

una stima di PM alla superficie.

MODIS/Aqua

Orbit: Orbit: 705 km, 705 km, • 10:30 a.m. 10:30 a.m.

descending node descending node (Terra) or (Terra) or

• 1:30 p.m. ascending 1:30 p.m. ascending node (Aqua), node (Aqua),

• sun-synchronous, sun-synchronous, • near-polar, near-polar, • circularcircularQuantization: Quantization: 12 bits12 bitsSpatial Resolution: Spatial Resolution: • 250 m (bands 1-2)250 m (bands 1-2)• 500 m (bands 3-7) 500 m (bands 3-7) • 1000 m (bands 8-36)1000 m (bands 8-36)

QUITSATQUITSAT

Sviluppo algoritmi per PM da satellite Sviluppo algoritmi per PM da satellite

usando parametri meteo usando parametri meteo

DATA-SET

MODIS2 proprietà ottiche degli aerosol (AOD e η a 550nm) da MODIS/Aqua e Terra ARPAPM25 stime delle concentrazioni di PM2.5 derivate da campionamenti di PM10 su siti ARPA delle regioni Lombardia e Emilia Romagna METEO Hmix e rh al suolo derivate dalle simulazioni di MM5

mix

5.2

dry,5.2,extdry,5.25.2 H)rh(F

)(

)0,(

1)0(PM

λτλσ

≅ρ≡

Relazione tra parametro colonnare e concentrazione al suolo

METODO

- Determinazione coefficienti stagionali di proiezione AOD -> PM2.5 su siti selezionati

- Spazializzazione dei coefficienti sul dominio QUITSAT

- Calcolo delle mappe di PM2.5sat secondo la relazione mostrata sopra

- Validazione PMsat con stime PM2.5 a terra

QUITSATQUITSAT

PM2.5 (PM2.5 (microg/mmicrog/m33) derivato da MODIS) derivato da MODISQUITSATQUITSAT

QUITSATQUITSAT

Estrazione del valori di concentrazione di PM2.5 in corrispondenza delle centraline ARPA (Confronto annuale e stagionale). Confronto tramite correlazione lineare • y = A + Bx• x PM2.5 • y PMsat • valore medio A calcolato sul dominio QUITSAT

Distribuzione di frequenza dei coeff. Di correlazione ( r ) relativi al confronto su base annuale tra stime della concentrazione di PM2.5 ricavate da satellite e concentrazioni di PM2.5 misurate in situ su tutte le centraline disponibili sul dominio QUITSAT.

MISURE SATELLITARI PER MISURE SATELLITARI PER MONITORAGGIO PM da SEVIRIMONITORAGGIO PM da SEVIRISviluppo algoritmi per la detection & tracking di sabbie

sahariane Il prodotto consiste in una serie di immagini derivate da osservazioni del sensore SEVIRI su MSG. Immagini ogni 15 min. Risoluzione 4x4km. È un prodotto di tipo “qualitativo”: DUST o NO DUST elevate concentrazioni a terra di PM10 (misure in situ)Metodo trispettrale : combinazione di Temperature di Brillanza (BT) relative ai canali 8.7, 10.8 e 12 µm. In questi canali, le BT sono più piccole nel caso in cui sia presente aerosol di origine desertica rispetto a condizioni di cielo sereno. La polvere desertica emette radiazione a temperatura più bassa diminuendo la temperatura di brillanza emessa dalla superficie sottostante e che viene registrata dal radiometro. Inoltre, analizzando le differenze tra le BT a 8.7 e 10.8 µm in funzione di quelle tra 10.8 e 12 µm è possibile distinguere l’aerosol desertico dai diversi tipi di nubi sia su superfici oceaniche che terrestri.

R = (BT12-BT10.8), G = ( BT10.8 -BT8.7) e B= BT10.8.

QUITSATQUITSAT

QUITSATQUITSATMappe di trasporto di aerosol desertico (SEVIRI/MSG)

Eventi analizzati in termini di variazione nelle concentrazione di particolato PM10, PM25 in corrispondenza di eventi sahariani in Lombardia : sforamenti di soglia per il PM10 di centraline ARPA

Date: 22/07 – 4/08; 8-12/08 e 4-9/09 2005Siti:•Milano: sito urbano •Alpe S. Colombano: sito montano •Bosco Fontana: sito rurale (background)

0

10

20

30

40

50

60

70

1/7 8/7 15/7 22/7 29/7 5/8 12/8 19/8 26/8 2/9 9/9

Co

ncen

trati

on

(µg

/m3)

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Rainfall(mm)PM10

PM2,5

Wind(m/s)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

15/7 22/7 29/7 5/8 12/8C

on

cen

trati

on

(

µg/m

3)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

m/s

PM10

PM2,5

Wind

0

10

20

30

40

50

60

70

1/7 8/7 15/7 22/7 29/7 5/8 12/8 19/8 26/8 2/9 9/9

Co

ncen

trati

on

(

µg/m

3)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

m/s

PM10

PM2,5

Wind

QUITSATQUITSATEventi di trasporto di aerosol desertico e

confronto con misure a terra

Prossimi step: sviluppo di algoritmi per la detection & tracking di fumi da incendi di biomassaSinergie dati MODIS e SEVIRI

Altre attività: misure in situ per il Altre attività: misure in situ per il monitoraggio PMmonitoraggio PM

Effettuazione ed analisi di misure Effettuazione ed analisi di misure Dati di ARPADati di ARPA Dati AERONET Dati AERONET Campagne di misura QUITSAT Campagne di misura QUITSAT • Caratterizzazione chimico fisica del PMCaratterizzazione chimico fisica del PM• Profili verticali di particolatoProfili verticali di particolato• remote sensing attivo e passivo da terra dei parametri di AOD (Aerosol remote sensing attivo e passivo da terra dei parametri di AOD (Aerosol

Optical Depth) e AOP (Aerosol Optical Properties)Optical Depth) e AOP (Aerosol Optical Properties) fotometri solarifotometri solari Misure lidarMisure lidar Radiometri PREDE Radiometri PREDE NefelometriNefelometri

Migliore conoscenza delle caratteristiche dello spessore ottico (proprietà radiative dei PM -coeff.di assorbimento, di scattering, di estinzione- , altezza di scala e altezza di rimescolamento

Confronto e validazione con immagini satellitari

Retrieval del dato satellitare

Confronto e validazione con modellistica atmosferica

QUITSATQUITSAT

Monitoraggio degli inquinanti gassosi NO2 e Monitoraggio degli inquinanti gassosi NO2 e SO2: colonna troposfericaSO2: colonna troposferica

Dati di livello 1 di SCHIAMACHY su ENVISATDati di livello 1 di SCHIAMACHY su ENVISAT Processati circa 60 giorni Processati circa 60 giorni Generati circa 60 Generati circa 60

prodotti tra NO2 ed SO2 tutti con overpass prodotti tra NO2 ed SO2 tutti con overpass superiore al 50% del dominiosuperiore al 50% del dominio

Processamento di livello 1 con metodologia DOAS:Processamento di livello 1 con metodologia DOAS:

• Calcolo della colonna troposferico di NO2 e SO2: Colonna Calcolo della colonna troposferico di NO2 e SO2: Colonna obliqua troposferica di NO2 si ottiene eliminando il back obliqua troposferica di NO2 si ottiene eliminando il back ground stratosferico tramite misura colonnare totale ground stratosferico tramite misura colonnare totale sopra l’Oceano Atlantico (non serve per SO2) sopra l’Oceano Atlantico (non serve per SO2)

• Da colonna obliqua a colonna verticale tramite modello Da colonna obliqua a colonna verticale tramite modello utilizzando una look up table di air mass factor (AMF) in utilizzando una look up table di air mass factor (AMF) in funzione dell’angolo zenitale del sole:funzione dell’angolo zenitale del sole:

CVTgas= CVTgas= COTgas COTgas / AMF(gas, SZA) / AMF(gas, SZA)

dove CVTgas: colonna verticale troposfericadove CVTgas: colonna verticale troposferica COTgas: COTgas: Colonna obliqua troposferica Colonna obliqua troposferica

QUITSATQUITSAT

Monitoraggio degli inquinanti Monitoraggio degli inquinanti gassosi: NO2gassosi: NO2

Mappa di contenuto colonnare verticale troposferico di NO2 Mappa di contenuto colonnare verticale troposferico di NO2 relativo al 04/03/2004relativo al 04/03/2004

QUITSATQUITSAT

Monitoraggio degli inquinanti gassosi: SO2

QUITSATQUITSAT

Mappa di contenuto colonnare verticale troposferico di SO2 relativo al 04/03/2004

Per la validazione sono stati Per la validazione sono stati utilizzati i dati delle utilizzati i dati delle centraline ARPA di ER e centraline ARPA di ER e LombardiaLombardia

Sono stati “validati” solo i Sono stati “validati” solo i pixel cui corrispondono pixel cui corrispondono almeno tre misure ARPA al almeno tre misure ARPA al suolosuolo

Il confronto tra il prodotto Il confronto tra il prodotto QUITSAT e dati ARPA ha dato QUITSAT e dati ARPA ha dato esito soddisfacente per l'NO2esito soddisfacente per l'NO2

Il confronto tra prodotto QUITSAT e dati ARPA ha dato esito non proprio soddisfacente per l'SO2. Sono previste dellemodifiche al modello utilizzato per migliorarne i risultati.

Step successivi:• processamento dei dati di livello 1 di SCIAMACHY per la

determinazione dei contenuti colonnari troposferici di O3 e HCHO• Utilizzo dei dati di OMI su AURA con una risoluzione migliore

Telerilevamento di CO da satellite

MOPITT (Measurement Of Pollution In The Troposphere) su TERRA è un radiometro con 8 canali nell’infrarosso (4.7-2.3 µm); pixel a terra 22x22km2

Dati di Livello 2:

• rapporto di mescolamento di CO su 7 livelli (superficie, 850, 700, 500, 350, 250 e 150 hPa)

• colonna totale di CO è definita come l’integrale del contenuto di CO dalla superficie al top dell’atmosfera

Il prodotto QUITSAT consiste in mappe mensili di colonne di CO su griglia 1°x1°: emisfero nord per utilizzare le mappe prodotte per il monitoraggio di eventi di trasporto transfrontaliero dal Nord America verso l’Europa

Gennaio 2004 Luglio 2004

QU

ITS

AT

NA

SA

QM

4v1

Validazione mappe CO da MOPITT (1/2)Validazione mappe CO da MOPITT (1/2)

I dati di livello 2 MOPITT sono distribuiti già validati dalla NASA, ma vengono ulteriormente validati in QUITSAT (Europa)

I dati utilizzati per il confronto con MOPITT sono misure aeree di CO dal programma MOZAIC

Fra

ncofo

rte, 2

2/0

7/2

00

4 (D

iscesa, 7

2

pro

fs)

• Preparazione dati MOZAIC per confronto con dati MOPITT (Ricampionamento sui 7 livelli verticali di MOPITT, Calcolo matrice funzioni peso, Trasformazione, Calcolo colonna)

• Questa procedura è simile per qualsiasi tipo di dato si voglia confrontare con MOPITT (es. output CTM)

• I dati vengono trasformati così come sarebbero “visti” da MOPITT

Validazione mappe CO da MOPITT (2/2)Validazione mappe CO da MOPITT (2/2)

Risultati validazione:

• Conferma precedente validazione (Emmons et al.) del bias <+10% di MOPITT vs MOZAIC

• Il software sviluppato permette di processare correttamente sia i dati MOPITT che i dati da confrontare

Confronto colonna di CO da dati MOPITT, MOZAIC e GEOS-Chem. La mappa è relativa a Luglio 2004. Lo sfondo è costituito da dati MOPITT mediati sul mese e rimappati a 0.5°x0.5°. In corrispondenza degli aeroporti di Parigi, Monaco e Vienna è riportato il confronto fra MOPITT (triangolo), MOZAIC (quadrato) e GEOS-Chem (cerchio). I colori dei simboli si riferiscono alla barra di colore in basso.

• Esempio di evento di trasporto transfrontaliero dal Nord America Esempio di evento di trasporto transfrontaliero dal Nord America all’Europa visto da MOPITT e modellato da GEOS-Chem. Periodo 20-22 all’Europa visto da MOPITT e modellato da GEOS-Chem. Periodo 20-22 luglio 2004luglio 2004

• Risultati preliminari indicano che anche il modello CTM globale GEOS-Risultati preliminari indicano che anche il modello CTM globale GEOS-Chem ha un bias <10% rispetto a MOPITT e MOZAIC Chem ha un bias <10% rispetto a MOPITT e MOZAIC

Confronto qualitativo mappe CO da MOPITT Confronto qualitativo mappe CO da MOPITT con modello GEOS-Chemcon modello GEOS-Chem

Campagne di misura (1/2)Campagne di misura (1/2)

MISURE, STAZIONI E STRUMENTI PER LA CAMPAGNA ESTIVA NEL PROGRAMMA QUITSAT

Stazione di misuraTipo di misura/UO responabile

SAN PIETROCAPOFIUME

BOLOGNACITTA’

MONTE CIMONE MILANO CITTA’ BOSCOFONTANA-BINE

BORMIO – SANCOLOMBANO

Campionamenti PM /CMR-UNIMIB

Campionatorigravimetrici PM2.5ARPA ER

CampionatorigravimetriciPM2.5 ARPA ER

Campionatorigravimetrici PM2.5ARPA ER

- FAI Hydra- PALLONEAEROSTATICOFRENATO

- OPC GRIMM 1.108“Dustcheck”;0.3-20 µm- OPC GRIMMEnvironcheck

TCR-Tecora FAI Hydra

Campionamenti GASCMR-UNIMIB

pompa a membranad’acciaio esacchi in Tedlar®

Misure fotometri ASP ePREDE/ISAC-BO1

- IR-RAD

- POM-02

ASP-15WL ASP-15WL UVISIR-1 UVISIR-2 FOTOMETRODI VOLZ (No.596)

Misure ottiche in situ /ISAC-BO1

- PSAP- Nefelometro M903- OPC(ISAC-RM)

OPC, 0.3-20 µm OPC, 0.3-20 µm

Misure Lidar /(ISAC-Roma)

Lidar ENEA Lidar IFAC LD-40

Misure DOAS supercorsi verticali /ISAC-BO2

GASCOD-NG1 GASCOD-A GASCOD-MC1

Misure DOAS supercorsi orizzontali /ISAC-BO2

GASCOD-NG1 GASCOD-NG1

Misure, stazioni e strumenti per la campagna estiva nel

programma QUITSAT metà maggio - metà luglio 2007

Misure, stazioni e strumenti per la campagna invernale nel programma QUITSAT metà gennaio - metà marzo 2008

Stazione di misuraTipo di misura / UO responabile

SAN PIETROCAPOFIUME

BOLOGNACITTA’

MONTE CIMONE MILANO CITTA’ BOSCOFONTANA-BINE

BORMIO – SANCOLOMBANO

Campionamenti PM /CMR-UNIMIB

Campionatorigravimetrici PM2.5ARPAER

CampionatorigravimetriciPM2.5 ARPAER

Campionatorigravimetrici PM2.5ARPAER

- FAI Hydra

- PALLONEAEROSTATICOFRENATO

- OPC GRIMM 1.108“Dustcheck”;0.3-20 µm- OPC GRIMMEnvironcheck

TCR-Tecora - FAI Hydra- OPC GRIMM1.108“Dustcheck”;0.3-20 µm

Campionamenti GASCMR-UNIMIB

pompa a membranad’acciaio esacchi in Tedlar®

Misure fotometri ASP ePREDE /ISAC-BO1

- IR-RAD- POM-02

ASP-15WL ASP-15WL UVISIR-1 UVISIR-2 FOTOMETRODI VOLZ (No.596)

Misure ottiche in situ /ISAC-BO1

- PSAP- Nefelometro M903

OPC, 0.3-20 µm OPC, 0.3-20 µm

Misure Lidar /ISAC-Roma

Lidar ENEA Lidar IFAC LD-40

Misure DOAS supercorsi verticali /ISAC-BO2

GASCOD-MC1 GASCOD-NG1 GASCOD-A(TBC v. testo)

Misure DOAS supercorsi orizzontali /ISAC-BO2

GASCOD-NG1GASCOD-NG1 (PERMETÀCAMAPGNA, TBC V.TESTO)

Campagne di misura (2/2)Campagne di misura (2/2)

Misure da Satelliti  EOCGS ­  Retrieval di proprietà ottiche degli  aerosol  da sensori satellitari UV­Vis­NIR

ISAC­ BO2 ­ Retrieval di contenuto colonnare di gas (NO2,O3, HCHO, …) da spettrometri satellitari

Misure a terra e da terra 

ISAC­ BO1 ­   Proprieta’ ottiche degli aerosol da fotometria solare 

ISAC­ Roma ­ Retrieval di profili di  aerosol mediante misure Lidar

ISAC­ BO2 ­ Retrieval di gas in traccia da misure DOAS a terra 

UniMIB ­ Dip.Sci.Amb. ­Misure in situ e analisi chimica di gas e PM 

Team di progetto: fusione Team di progetto: fusione delle competenze (1/2)delle competenze (1/2)

www.quitsat.itwww.quitsat.it

CETEMPS ­ 

Retrieval di contenuto colonnare di gas (CO, HCHO) e stima di sorgenti biogeniche di COV

Modelli chimico­fisici e di trasporto

UniBS ­ DEA ­  Modellistica multifase e di trasporto di gas e  aerosol 

Team di progetto: fusione delle competenze (2/2)Team di progetto: fusione delle competenze (2/2)www.quitsat.itwww.quitsat.it

CETEMPS Modellistica meteoAssimilazione meteo e chimica  

ISAC­BO3Assimilazione chimica  

Promozione  

Merlino Technology Sito WEB, brochure dimostrative, demo multimediali

Grazie per la vostra attenzione!

Cristina.ananasso@asi.it