Le Attività di Ricerca in PRIMI
Workshop PRIMI
Rosalia Santoleri ([email protected])
Il monitoraggio dallo spazio
dell’inquinamento marino da
idrocarburi tra presente e futuro
12 APRILE 2011 – CNR
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Il Problema Ambientale
L’inquinamento da idrocarburi, causato da incidenti o
rilasci di varia natura in ambiente marino, è una delle
principali cause dell’inquinamento marino
Libano 2006
Golfo del
Messico 2010
NB: Gli incidenti contribuiscono solo per 10-15 %
ai rilasci di petrolio in mare
Il 45% è dovuto a rilasci illeciti
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Il Problema ambientale
L’inquinamento da idrocarburi ha un grave impatto su:
•
ATTIVITA’ ECONOMICHE: produzione di energia, produzione industriale,
pesca, turismo, trasporto marittimo, etc
•
AMBIENTE: danni sull’ecosistema, e in particolare sulla fascia costiera,
eventualmente danni ad aree di elevato interesse paesaggistico o naturalistico
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Il Mediterraneo
Il Mar Mediterraneo rappresenta la
principale rotta di trasporto di petrolio
che collega l’oriente all’occidente
Il 20-25% della produzione modiale di
petrolio transita nel Mediterraneo
Il 30% del commercio marittimo passa per
il Mediterraneo
Oltre 40 siti legati alla produzione di petrolio
(terminali di oleodotti, piattaforme petrolifere, terminali off-shore,
raffinerie, etc)
Presenza di un ecosistema unico particolarmente
fragile e vulnerabile
Turismo come una delle maggiori fonti economiche
della regione
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Il Contesto Internazionale
In seguito alla Direttiva (1406/2002) a livello Europeo è stata costituita la
European Maritime Safety Agency (EMSA) per fornire assistenza
tecnica e scientifica alla commissione Europea e ai paesi membri per lo
sviluppo e l’implementazione delle normative Europee nel settore della
– sicurezza marittima
– prevenzione dell'inquinamento
– salvaguardia delle vite umane in mare.
EMSA in base alla Direttiva Europea 2005 che gli affida il compito
operativo di prevenire e combattere l’inquinamento marino ha
messo a punto il servizio CLEANSEANET (operativo dall’Aprile 2007):
– Un servizio NRT di individuazione dei rilasci da idrocarburo e di
monitoraggio delle navi
– Il servizio si basa su dati SAR (Envisat e RADARSAT 1 & 2)
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CLEANSEANET
Service based on 2 satellite networks
SVALBARD
ENVISAT
KSAT
RADARSAT
1/2
ESA
TROMSØ)
MDA
GRIMSTAD
6
BREST
CLS
KSAT, e-Geos, Edisoft, CLS
MATERA
E-Geos
Azore
s
EMSA/users
EDISOFT
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I rilasci di petrolio visti dallo spazio
OS by SAR: 1999- 2004
Gli scarichi illeciti sono di frequente
osservati e monitorati con il SAR
Il SAR è senz’altro uno strumento
efficace e consolidato
Ferrero et al 2006
E’ necessario aumentare la frequenza
di campionamento attraverso sensori
con tempo di rivisita giornalieri
(COSMO-SkyMed, MODIS, MERIS)
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Obbiettivi di PRIMI
• Sviluppare un sistema di sorveglianza e previsione
dell’inquinamento marino da idrocarburi capace di:
– monitorare giornalmente tutti i Mari italiani -> multi-missione
– aumentare la frequenza di monitoraggio -> uso congiunto di dati
SAR & VIS/IR
– avvistare precocemente il rilascio di petrolio -> automatizzazione
– fornire parametri aggiuntivi come volume OS e dati meteooceanografici (vento, onde, etc)
– prevedere il trasporto, la dispersione e la trasformazione della
macchia di petrolio -> accoppiamento osservazione-previsione
• Consentire l’organizzazione delle misure di contenimento del
danno e di recupero da parte delle autorità competenti
• Avvalersi delle tecnologie spaziali sia per il monitoraggio
dell’ambiente marino che per l’assimilazione di dati satellitari in
modelli di previsione.
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Obiettivi delle attività di ricerca
•
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•
Sviluppo di algoritmi avanzati di identificazione e classificazione di macchie da
idrocarburi da dati SAR
Sviluppo di algoritmi di identificazione e classificazione di macchie da
idrocarburi da dati VIS/IR
Sviluppo di algoritmi avanzati per la stima dei parametri meteo-marini da dati
satellitari finalizzati al miglioramento dell’individuazione delle macchie di petrolio
in immagini satellitari
Sviluppo di algoritmi avanzati per la stima dei parametri oceanografici da dati
EO finalizzati all’assimilazione nei modelli di previsione del sistema PRIMI
Studio e sviluppo di algoritmi per l’informazione sulle caratteristiche degli oli
sversati
Messa a punto di un sistema di previsione della dispersione di inquinanti per i
Mari Italiani e per le zone costiere
Sviluppo del modello di dispersione e trasformazione (DOS e DTOS) dell’OS e
sua implementazione alla scala dei Mari Italiani
Sviluppo di metodi di assimilazione per combinare in modo ottimale i risultati da
modello DTOS con risultati ottenuti dalle osservazioni spaziali
Validazione degli algoritmi e prodotti del sistema e dei suoi sotto-sistemi
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Attività di Ricerca e Responsabilità
Modulo SAR :
•
Sviluppo di algoritmi avanzati di individuazione OS e dati meteo-marini in dati SAR:
•
Uni. PO (resp. attività), CNR-ISSIA (vento, onde) and E-GEOS (ship detection)
Modulo Ottico:
•
Sviluppo di algoritmi avanzati di individuazione OS in dati VIS/IR
•
CNR-ISAC (resp. attività), FlyBy (neural network)
Modulo Previsione:
•
Sviluppo di un sistema di previsione che permetta di prevedere tempestivamente la dispersione delle
macchie individuate da satellite.
•
INGV (resp. attività), CNR-IAMC (modello Canale Sicilia), ENEA (modello Tirreno, sistema di
archivio/catalogo previsioni, mappe dispersione), Un. Bo (modello Adriatico)
Modulo EO per Assimilazione:
•
Messa a punto di prodotti satellitari e metodi di Assimilazione dati in modelli
•
CNR-ISAC (resp. attività, Sviluppo prodotti UHR SST multi-sensore per assimilazione ), CNRISMAR (sviluppo metodi di assimilazione dati posizione OS e dati lagragiani in modelli), INGV
(sviluppo tecniche di assimilazione SST in modelli di circolazione)
CAL/VAL
•
Validazione algoritmi, metodi, prodotti PRIMI, acquisizione dati tramite campagne validazione +
validazione scientifica prodotti servizio
•
CNR_ISAC (resp. attività), CNR-ISMAR, CNR-IAMC, INGV, Uni-PO, ENEA, E-Goes, Un. Bo, Un.
Parth + altri Enti/Istituti di Ricerca coinvolti nell’esperimento PRIMI
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Punto di partenza di PRIMI: SAR
Navigable Quicklook Image
Full-Resolution
Window
OSAD - Oil Slick Automatic
Detection
ERS SAR data
Messo a disposizione
di PRIMI da ASI
Image Look-up
Table
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Punto di partenza di PRIMI: OTTICO
VIS
+
NIR
MODIS
(Hu et al., EOS, 2003)
VIS
Esperienza ISAC
sull’incidente del Libano
(Agosto 2006 pochi mesi
prima del KO PRIMI)
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Punto di partenza di PRIMI: PREVISIONE
Il Sistema di Previsione di
GNOO:
•Modello Mediterraneo;
•Modello Adriatico;
•Modello Canale di Sicilia
Previsione a 24 ore
Test di
previsioni di:
MOTHY
MOTHY+MFS (daily)
(wind induced currents only)
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Il sistema PRIMI
Multi-mission:
ERS, AQUA; ENVISAT, RADARSAT,
COSMO/Sky-Med, TERRA …
(all satellites providing SST)
Dati
Meteo-marini
Portale
Utenti
SAR
(+ QuickLook)
PREVISIONE
Dati EO
ARCHIVIO
+ I/F
OTTICO
Multi-source:
Earth observation data and
in-situ information
Observation & Forecast
Monitoring component completely
connected with forecasting
Satellite data Assimilation in models
Mail server
Integration:
Information content into a GIS
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Report
Utenti
Sistemi e algoritmi pre-esistenti/Soluzioni e
innovazioni di PRIMI
PRE-ESISTENTE
Prototipo di SS SAR per identificazione OS basato
solo su dati ERS (ASI: OSAD)
Prime osservazioni OS in immagini MODIS (EOS
paper)
Sistemi operativi satellitari per zone limitate di mare
a servizio del monitoraggio aereo
Prontezza della risposta (sistema semi-automatico)
Uso esclusivo del SAR e difficoltà di avere tempi di
rivisita dati sulle aree interessate gionaliere o
superiori
Modelli di previsione della dispersione di OS usati
occasionalmente in caso di emergenze
Nessuna informazione su condizioni meteo-marine
nell’area interessata dall’inquinamento
Mancanza di integrazione dell’Osservazione con la
Previsione
Nessuna informazione sulle caratteristiche degli olii
Nessuna interfaccia utente.
PRIMI (in verde solo PRIMI)
SS SAR multi-sensore: ERS, ENVISAT, RADARSAT, ALOS,
COSMO/SkyMED
Integrazione SS SAR con SS Ottico basato su sensori VIS/IR in
wide Swath (MODIS, MERIS)
Monitoraggio intero Mediterraneo e/o Mari Italiani attraverso
uso integrato di SAR e Ottico
Aumento dell’automazione del SS SAR e SS Ottico (informazione
in 2 ore dalla disponibilità dei dati)
Diminuzione dei tempi di rivisita tramite utilizzo COSMO/sky
Med e sensori VIS/IR
SS Previsione integrato in PRIMI. Previsioni della dispersione di
OS prodotte automaticamente a partire dall’OS individuato da
satellite, fornitura previsioni dispersione OS per le 72 ore
successive ad utente
Dati meteo-marini (vento e onda) ed oceanografiche (campo 3-D
di corrente, temperatura, ect) sull’area interessata (Osservazioni
e modelli)
Gestione di un flusso continuo di informazione tra SS / Fornitura
dati geofisici satellitari per assimilazione in modelli ocenografici
/ previsioni oceanografiche e OS automatiche
Oil type, Oil volume, Spill age da dati SAR
Portale utente, e sistema capace di fornire automaticamente i
report agli utenti. Catalogo degli eventi osservati. Possibilità di
inserire nelmarino
catalogo
informazioni
sulle
verifiche in situ
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da idrocarburi
tra presente
e futuro
Ulteriori risultati ottenuti:
• Nuovi prodotti L4 SST multi-sensore HRS (1km res)
• Nuove tecniche innovative di assimilazione dati OS per
correzione delle predizione dell’evoluzione della macchia.
• Prototipo di nuovo oil spill drifter
• Mappe di probabilità di dispersione per i Mari italiani
• Creazione database di Validazione di riferimento:
– Acquisizione dati in situ da banche dati nazionali e
internazionali
– Acquisizione dati OS dal MATT
– I dati acquisiti dalle campagne di validazione del Progetto:
• esperimento di validazione dei modelli di dispersione
(11 Maggio 2009)
• Campagna Urania PRIMI (6 Agosto -7 Settembre 2009)
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Interpolazione Ottimale:
i prodotti attualmente operativi
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Mappe di Probabilità di Dispersione
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