Tulone - Monitoraggio della qualità delle acque marine a partire da dati telerilevati
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Monitoraggio della Monitoraggio della qualità delle acque qualità delle acque marine a partire da marine a partire da dati telerilevati dati telerilevati Ing. Mario Tulone (1)(2) , Ing. Antonino Maltese (2) Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Università di Palermo (1) (2)
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Monitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevatiIng. Mario Tulone (1)(2) , Ing. Antonino Maltese (2) (1)(2) Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Applicazioni Ambientali Universit di Palermo
IntroduzioneMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Il degrado dell'ambiente rende necessario ed urgente l'avvio di concrete e coerenti attivit mirate al monitoraggio ed alla salvaguardia degli ecosistemi marini e terrestri
Remote sensingRealizzare una catena di processi automatizzati e controllati per la pre-elaborazione di serie temporali di immagini grezze e per successive elaborazioni
GISdeterminazione di distribuzioni spazio-temporali di variabili di qualit delle acque marino-costiere quali SST, concentrazione di clorofilla-a, concentrazione di solidi sospesi, torbidit, ecc., nonch i fronti di temperatura
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Acque marino-costiere (fino a 50 km dalla costa siciliana)
Area di Studio
Monitoraggio classicoMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Disco di Secchi
Sonda multiparametrica
Campionatori acqua (Bottiglia di Niskin)
Analisi di laboratorio
Remote SensingMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Il telerilevamento la scienza che permette di ottenere informazioni circa un oggetto, unarea, o un fenomeno attraverso lanalisi di dati acquisiti per mezzo di un dispositivo che non in contatto con loggetto, larea o il fenomeno sotto esame Satellite Aereo
In Situ
(S)VantaggiMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Monitoraggio classicodati in continuo ma dati puntuali Costi elevati
Remote Sensingdati spazialmente distribuiti elevata risoluzione spaziale e bassa risoluzione temporale elevata risoluzione temporale e bassa risoluzione spaziale
Il sensore MODISMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Il MODIS (MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) uno spettroradiometro a 36 bande, 21 delle quali tra 0,4 e 3,0 nm, e le restanti 15 tra 3,0 e 14,5 mm. Esso ha una campo di vista di 2300 km con una risoluzione spaziale di 250 m in 2 bande, 500 m in 5 bande e 1 km nelle altre 29 bande, con una risoluzione temporale di circa 12 ore. Particolarmente adatto al monitoraggio delle variazioni a scala globale, permette di ricavare, tramite le bande nellinfrarosso termico, la temperatura superficiale dei mari e della crosta terrestre
Il sensore MODISMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Il MODIS (MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) uno spettroradiometro a 36 bande, 21 delle quali tra 0,4 e 3,0 mm, e le restanti 15 tra 3,0 e 14,5 mm. Esso ha una campo di vista di 2300 km con una risoluzione spaziale di 250 m in 2 bande, 500 m in 5 bande e 1 km nelle altre 29 bande, con una risoluzione temporale di circa 12 ore. Particolarmente adatto al monitoraggio delle variazioni a scala globale, permette di ricavare, tramite le bande nellinfrarosso termico, la temperatura superficiale dei mari e della crosta terrestre
I satelliti Terra e AquaMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
I satelliti NASA Terra (AM1), e Aqua, (PM1) sono progetti per losservazione della terra concepiti dallEOS (Earth Observing System). Il Terra sorvola la Terra da nord a sud, sorvolando lItalia allincirca alle 10:30 a.m. e p.m lAqua da sud a nord, sorvolando lItalia allincirca alle 01:30 a.m. e p.m. Orbita eliosincrona quasi-polare di quota 705 km
TerraData e luogo di lancio Veicolo per il lancio Peso Numero di strumenti Orbita Inclinazione Durata di unorbita Vita della missione 8 Novembre California 1999 da Vanderberg, Delta II 5190 kg 5 sensori: MODIS, CERES, ASTER, MIRS, MOPITT Elio-sincrona, quota di 720 km 98.1 101 minuti 6 anni
AquaData e luogo di lancio Veicolo per il lancio Peso Numero di strumenti Orbita Inclinazione Durata di unorbita Vita della missione 4 Maggio 2002 da Vanderberg, California Delta II 2934 kg 6 sensori: MODIS, CERES, AIRS, AMSR-E, AMSU-A, HSB Elio-sincrona, quota di 705 km 98.2 99 minuti 6 anni
ProcessingMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Terra/Aqua SeaDA S PDS
MOD01
MOD02
MOD03
Level 1A IMAPP
Level 1B
X-Band Antenna
Geolocation I dati acquisiti sono in formato grezzo (raw) Production Data Set (PDS), e non sono direttamente utilizzabili dai software di image processing ma vanno processati per ottenere i prodotti L1B (calibrated radiance)antenna ricevente del DLR Center
Pre-elaborazioniMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Il prodotto MODIS non esente da problemi ed errori: le immagini risultano in teoria georiferite ad una proiezione Integerized Sinusoidal, poco nota alla maggior parte dei pacchetti software di analisi dellimmagine Riorganizzazione del dataset
Georeferenziazione
Subset spaziale
Subset spettrale
Correzione atmosferica con il modello dello scattering relativo
I ModelliMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
Modello dello split windows per il calcolo della SST [K](Mao, Qin, Shi e Gong, 2004) C ( B + D31 ) C31 ( D32 + B32 ) Ts = 32 31 C32 A31 C31 A32
Modello per la stima della Turbidity [NTU] (Chen, 2007) turbidity = 1203.9 R (645)1.087
Modello per la stima della concentrazione di TSS [mg/l] (Delu et al. 1999) 3.9322TSS = 3.2602 ( R440 / R550 )
Modello per la stima della concentrazione di CHL (CCH ) [mg/m3] L (OReilly et al. 2001) 2 3 4 443 488 R = log10 ( max{ R550 , R550 } ) Chl = 10 ( 0.2830 2.753 R +1.457 R + 0.659 R 1.403 R )
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Calibrazione dei modelli
GEOprocessing
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Clorophyll-a
Sea Surface Temperature Turbidity Total Solid Suspended
Applicazione
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Clorophyll-a
Sea Surface Temperature Turbidity Total Solid Suspended
Applicazione
ApplicazioneClorophyll-aMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.Value of CHL-a whitin Region Of Interest 1.9 1.7 CHL-a [mg/m3] 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190 Palermo Zingaro
Total Solid Suspended10 Gela 8 Pozzallo Value of TSS whitin Region Of Interest
TSS [mg/l]
6
4
2
0 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190
Sea Surface TemperatureValue of SST whitin Region Of Interest 300 296 SST[k] 292 288 284 280 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190
Turbidity
Pozzallo Gela
ApplicazioneClorophyll-aMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.Value of CHL-a whitin Region Of Interest 1.9 1.7 CHL-a [mg/m3] 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7 0.5 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190 Palermo Zingaro
Total Interest Value of SST whitin Region Of Solid Suspended10 Gela 8 Pozzallo Value of TSS whitin Region Of Interest
300TSS [mg/l]
6
4
296 292Sea Surface Temperature
2
0 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190
SST[k]
Turbidity
288 284 280 0 365 730 1095 DOY 1460 1825 2190
Pozzallo Gela
ConclusioniMonitoraggio della qualit delle acque marine a partire da dati telerilevati Ing. Mario TULONE E.lab s.r.l.
I GIS ed il telerilevamento forniscono un potente mezzo operativo per lanalisi dellambiente costiero, consentendo di coprire spazialmente e temporalmente maggiori estensioni di mare, in modo complementare ed integrato con i sistemi tradizionali Lanalisi multitemporale di immagini satellitari, permette di monitorare l'evoluzione delle dinamiche spazio-temporali di diversi fenomeni chimico-fisici e di ottenere mappe sinottiche su vasta scala I risultati delle elaborazioni hanno mostrato un buon accordo tra i dati misurati e quelli ricavati dalle immagini satellitari La calibrazione dei modelli in ambito mediterraneo consente il raggiungimento di risultati pi accurati rispetto a quanto ottenibile utilizzando i parametri di calibrazione internazionale
