La campagna oceanografica del progetto PRIMI:
verifica in situ del funzionamento del sistema di
monitoraggio dei rilasci di idrocarburi in mare e
di previsione del loro spostamento
Francesco Bignami ([email protected])
Rosalia Santoleri ([email protected])
PRIMI Cruise Group
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Obbiettivi della Campagna PRIMI
Verifica in situ del funzionamento del sistema PRIMI per il monitoraggio di rilasci di idrocarburi in
mare e la previsione del loro spostamento. In particolare:
1. Verifica della capacità dei Moduli SAR e Ottico di individuare macchie di idrocarburo in mare
2. Verifica della capacità del Modulo Previsione di prevedere lo spostamento e la trasformazione
delle macchie di idrocarburo
3. Analisi delle modalità di spostamento, indotto da vento e corrente, delle macchie di
idrocarburo mediante rilascio di boe alla deriva nelle macchie stesse
4. Analisi delle caratteristiche delle macchie di idrocarburo con RADAR e LIDAR in situ
(rispettivamente: onde capillari e fluorescenza)
5. Analisi della composizione, concentrazione e densità degli idrocarburi presenti nelle macchie,
mediante campionamenti d’acqua inquinata e analisi chimiche di laboratorio
6. Acquisizione di dati bio-ottici (modulazione della luce in acqua da parte della biomasssa
fitoplanktonica e degli idrocarburi) per convalida prodotti satellitari marini
7. Acquisizione di dati meteo-marini, rotta nave Urania e posizione navi circostanti per verifica
calcolo campi di vento e identificazione navi da immagini SAR
8. Acquisizione dati fisici, chimici e biologici della zona di mare, per convalida modelli di
circolazione marina e prodotti satellitari marini
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Organizzazione e partecipanti
La campagna PRIMI è stata
finanziata dal CNR ed
organizzata dal CNR-ISAC.
Hanno partecipato alla
campagna:
partners PRIMI
istituti/enti esterni al progetto
ASI Centro di Geodesia Spaziale, Matera
CNR-ISAC, UOS Roma
E-GEOS, Matera
ENEA, Frascati (RM), Casaccia (RM), Santa
Teresa (SP)
INGV, Bologna
Università Piemonte Orientale, Alessandria
E’ stata impiegata la Nave
Oceanografica Urania del CNR
Università “Parthenope”, Napoli
Università di Bologna
CNR-ISSIA, Bari
CNR-ISMAR, La Spezia
CNR-IAMC, UOS Oristano & UOS Napoli
CNR-IBF, Pisa
Stazione Zoologica “Anton Dohrn”, Napoli
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Area geografica e periodo
E’ stata scelta un’area
geografica con alto
numero e frequenza di
scarichi illegali di
idrocarburi, consultando il
database storico PRIMI:
•
•
•
•
Mar Tirreno meridionale
Canale di Sardegna
Canale di Sicilia
Mar Ionio
Periodo: 6 Agosto - 7 Settembre 2009
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Strategia di campionamento
Il cruise plan (rotta e
campionamenti) è stato
scelto in base alle
acquisizioni satellitari SAR
pianificate, in modo che la
nave si trovasse nella scena
satellitare al momento
dell’acquisizione, per
massimizzare la probabilità di
raggiungere le macchie di
idrocarburo individuate nelle
immagini stesse.
Satelliti SAR:
• ERS-2,
• ENVISAT
• COSMO-SkyMed
Satelliti con sensori ottici:
• MODIS Aqua
• MODIS Terra
• MERIS ENVISAT
COSMO-SkyMed
ASAR ENVISAT
MODIS
ERS-2
MERIS
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Individuazione rilasci, previsione e ricerca in situ
MODULI SAR/OTTICO: INDIVIDUAZIONE MACCHIE
DA SATELLITE
MODULO PREVISIONE:
PREVISIONI CIRCOLAZIONE MARINA (MODELLI MEDITERRANEO E SOTTOBACINI)
PREVISIONI SPOSTAMENTO MACCHIE DI IDROCARBURO (MODELLO OIL SPILL)
NAVE URANIA:
RICERCA MACCHIE IN POSIZIONI PREVISTE
CAMPIONAMENTO MACCHIE INDIVIDUATE
RILASCIO BOE
CAMPIONI
NELLA MACCHIA
ACQUA E IDROCARBURO
MONITORAGGIO
TRIETTORIE
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Stazioni di misura
+ stazione idrologica
• macchia campionata
Individuati 30 rilasci idrocarburo da SAR (14 immagini)
8 raggiunti e campionati da nave Urania
Effettuate 165 stazioni idrologiche nella zona
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Strumentazione
LIDAR
(laser
fluorescenza)
Stazione meteo
Correntometro ADCP
Termosalinografo
Boe alla deriva
Iridium I-SPHERE
Campionatore acqua
Rosette (24 bottliglie)
& CTD (sonda
multiparametrica)
Boe alla deriva
ARGO
XBT
(sonda temperatura)
RADAR
in situ
Boa alla deriva UNIBO
Profilatore luce SATLANTIC
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Dati
Dati idrologici in stazioni di misura:
• CTD: profili verticali di pressione, temperatura, salinità,densità, O2 disciolto, torbidità, fluorescenza
• Rosette: campioni d’acqua (diverse profondità) di nutrienti, clorofilla, fitoplancton, CDOM, DOC, O2
• Campionamento manuale: campioni di acqua inquinata (superficie)
Dati bio-ottici in stazioni di misura e rilasci:
profili multispettrali SATLANTIC di luce in acqua e superficie (350-700 nm, visibile)
Dati boe alla deriva:
posizioni macchie di idrocarburo, correnti, trasmessi tramite comunicazioni satellitari ARGOS e IRIDIUM
Dati da strumenti acquisizione continua:
• Dati navigazione
• Parametri meteo standard (p, T, umidità, direzione e intensità vento; stazione meteo);
• Temperatura e salinità alla superficie (termosalinografo a scafo)
• Profili verticali di corrente marina fino a circa 400 m (2 correntometri Doppler ADCP a scafo)
RADAR in situ:
scatter e.m. altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo)
Ondametro in situ:
altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo)
LIDAR in situ:
fluorescenza superficiale (acqua pulita e macchie di idrocarburo)
A.I.S nave Urania:
Workshop
PRIMI (12 aprile
- Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
identificazione
navi2011)
circostanti
Individuazione rilasci e loro selezione (18/08/09)
Immagini SAR processate
secondo pre-operatività PRIMI
(ASI e-Geos Matera).
Report SAR ricevuto a bordo
due ore dopo l’acquisizione
(img diurne) o la mattina
seguente (img notturne)
ENVISAT WS 18-08-09 UTC 9:03
MODIS TERRA
18-08-09 UTC
10:05
Scelta macchia da campionare
Riscontro su immagini ottiche
ENVISAT IMP
27 ago. 2009 UTC 09:20
L’Urania si dirige verso la macchia scelta, mentre a bordo si effettua la
previsione
del
suo spostamento
per marino
le ore
di navigazione
Workshop PRIMI
(12 aprile 2011)
- Il monitoraggio
dallo spazio dell’inquinamento
da idrocarburi
tra presente e futuro previste
Previsione spostamento macchie idrocarburo
(18/08/09)
Il personale scientifico a bordo produce la
previsione dello spostamento della macchia
di idrocarburo selezionata, per l’ora prevista
di arrivo della nave sulla macchia.
PREVISIONE A 8 ORE
POSIZIONE INIZIALE
DA SATELLITE
Input data
Spill Date
2009-08-18
Observation Time
09:03 UTC
Slick Center
Coordinate
Lat: 35.282017 Lon:
16.414566
Area
4972500 m2
Thickness
(hypothesis)
0.1 mm
Density
(hypothesis)
API=26 (Medium)
0.898 tons/m3
Volume
45 tons
Current velocities
MFS 1 hourly
CURRENTS
Forecast (surface
currents)
Wind forcing
ECMWF 6 hourly
Forecast
Wind factor
0%
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Ricerca con LIDAR, RADAR e ondametro in situ
(18/08/09)
Rotta Urania e segnale LIDAR
Il LIDAR su Urania
Segnale LIDAR
su macchia
Il RADAR su Urania
segnale RADAR nella macchia
tempo (min)
Riflettanza (backscatter) RADAR
Ondametro: altezza onde macchia e acqua pulita
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Ricerca e campionamento dei versamenti di
idrocarburo (18/08/09)
• La nave raggiunge il punto previsto
• Acquisizione RADAR, LIDAR e
Ondametro su rotta che copre la
macchia
• Individuazione
• Campionamento idrologico e bio-ottico
Campionamento manuale acqua inquinata
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Analisi di
concentrazione
di idrocarburo
Rilascio boe su macchie di idrocarburo (18/08/09)
Versamento di forma allungata (4 km x 100 m): rilascio di 5 boe ARGO e 4 boe
I-SPHERE nella macchia, a intervalli di 250 m nel senso della sua lunghezza.
PREDICTED SLICK POSITION :
8 HRS AFTER THE OBSERVATION
POSIZIONE REALE E
LINEA BOE
PREVISIONE A 8 ORE
POSIZIONE INIZIALE
DA SATELLITE
Traiettorie boe
Modello
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Rilascio di idrocarburo (26 – 28 agosto 2009)
ENVISAT WS 26 ago. 2009 UTC
21:05
ENVISAT IMP 27 ago. 2009 UTC
09:20
tempo (min)
segnale RADAR
nella macchia
Riflettanza (backscatter) RADAR
Workshop
in situPRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Individuazione satellitare, in situ, previsione e
traiettorie boe (26 – 28 agosto 2009)
Individuazioni in situ successive (28/08/09)
Previsione (27/08/09 12:00)
Boa (28/08/09 12:40)
Lancio Boa (27/08/09 12:00)
Previsione (27/08/09 09:00)
Individuazione in situ (27/08/09 13:10)
a 900 m dalla posizione prevista
2 km
Seconda individuazione
da SAR (27/08/09 09:20)
Prima individuazione
da SAR (26/08/09 21:06)
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
Natanti identificati con a.i.s. durante
l’acquisizione satellitare
Dati A.I.S.
ship
dd mm yy hh mm ss
latd latm
lond
prua
dir ship rng
Urania w/resp N (nm)
lonm
ship len
(m)
destination image name
Urania
7
8
9
5
6
47
39
0,022
14
40,97
330
-99
-99
60unknown
CSK
07082009_WR_546
Parsifal
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
236
15,92
54unknown
CSK
07082009_WR_546
Monaco
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
297
20,4
40unknown
CSK
07082009_WR_546
Beaumaiden
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
29
21,12
88unknown
CSK
07082009_WR_546
Maria Sibu
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
101
21,38
133unknown
CSK
07082009_WR_546
Rina Amoretti
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
85
25,3
220unknown
CSK
07082009_WR_546
Cartour
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
93
27,7
186unknown
CSK
07082009_WR_546
Grindanger
7
8
9
5
10
0
-99
-99
-99
-99
330
129
30,8
201unknown
CSK
07082009_WR_546
peschereccio
a vista
7
8
9
5
6
47
39
0,022
14
40,97
330
-99
-99
15unknown
CSK
07082009_WR_546
SAR ship detection
L’identificazione delle navi presenti nelle immagini al momento delle acquisizioni
satellitari
consentito
di convalidare
gli algoritmi
ditraship
detection
con SAR
Workshop
PRIMIha
(12 aprile
2011) - Il monitoraggio
dallo spazio dell’inquinamento
marinoPRIMI
da idrocarburi
presente
e futuro
Conclusioni
•
La campagna PRIMI è il primo esperimento sistematico di verifica in situ di un sistema
di monitoraggio/previsione di rilasci di idrocarburo in mare
•
La strategia di campagna messa a punto dal Gruppo PRIMI ha consentito di campionare 8
rilasci dei 30 indentificati da satellite durante la campagna
•
Le misure in situ hanno confermato la presenza di idrocarburo in tutti gli 8 rilasci,
convalidando così il sistema di monitoraggio e previsione PRIMI
•
Alcuni rilasci sono stati individuati sia con SAR che in immagini MODIS e/o MERIS a
copertura nuvolosa sufficientemente bassa
•
L’ispezione in situ ha rivelato che in alcuni casi l’idrocarburo era presente solo come film
sottile (fluorescenza e assenza onde capillari nei segnali LIDAR e RADAR, debole segnale
di iridescenza ad occhio nudo)
•
Le tre macchie più inquinate, con idrocarburo in strati spessi e in forma solidificata
galleggiante, sono state oggetto di rilascio di boe alla deriva che hanno fornito dati utili sul
ruolo del vento e della corrente nello spostamento delle macchie stesse.
I risultati della campagna indicano che:
I Moduli SAR e Ottico PRIMI possono individuare anche zone leggermente
inquinate (film sottile di idrocarburo)
Il Modulo Previsione PRIMI ha ottime capacità di prevedere gli spostamenti
delle macchie di idrocarburo
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro
PRIMI Cruise Group
ASI : F. Nirchio
CNR-ISAC: R. Santoleri, F. Bignami, S. Colella, A. Pisano, E. Böhm, G. Volpe, B.
Buongiorno Nardelli
CNR-ISMAR: A. Mercatini, A. Griffa
CNR-ISSIA: G. De Carolis, M. Adamo
CNR-IAMC: R. Sorgente, M. Sprovieri
E-GEOS: G. Ruggeri , G. Pandiscia, L. Cutrufo, E. Di Cuia, C. D. Rubino, T.
Dell’Acqua
ENEA: S. Marullo, F. Colao, V. Debettio, G. Terranova, V. Rupolo, E. Napolitano,
R. Iacono
INGV: M. De Dominicis, G. Coppini, N. Pinardi
UNIPO: P. Trivero, M. Borasi, M. Cavagnero
UNIBO: R. Archetti
UNIParthenope: E. Zambianchi
Si ringraziano l’equipaggio ed i tecnici della N/O Urania per la loro
collaborazione altamente professionale
Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro