il radar ad apertura sintetica da satellite …...all’ufficio meteo statunitense immagini...

ALMA MATER STUDIORUMUNIVERSITÀ DI BOLOGNA

FACOLTÀ DI LETTERE E FILOSOFIA

Corso di Laurea in Scienze Geografiche

IL RADAR AD APERTURA SINTETICADA SATELLITE PER IL MONITORAGGIO

DELLE EMERGENZE AMBIENTALI

Analisi multitemporale del datoCOSMO-SkyMed sul delta del Po

Tesi di laurea in GEOMATICA

CANDIDATO: RELATORE: Maurizio Politi Prof. Giovanni Gabbianelli

CORRELATORE: Dott. Andrea Spisni

SESSIONE IIIAnno Accademico 2010/2011

IL RADAR AD APERTURA SINTETICADA SATELLITE PER IL MONITORAGGIO

DELLE EMERGENZE AMBIENTALI

INDICE

INDICE DELLE FIGURE..................................................................................................................4

INTRODUZIONE...........................................................................................................................6

1. Premessa e scopo del lavoro..............................................................................................6

CAPITOLO 1 - ELEMENTI DI TELERILEVAMENTO.........................................................................8

1.1 Il Telerilevamento da satellite...........................................................................................8

1.1.1 Storia del Telerilevamento....................................................................................8

1.1.2 Storia dell'osservazione della Terra da satellite....................................................9

1.2 La radiazione elettromagnetica......................................................................................11

1.2.1 Il Sole come sorgente di energia.........................................................................13

1.2.2 La Terra come sorgente di energia......................................................................13

1.3 Caratteristiche di un satellite..........................................................................................14

1.3.1 Fisica e moto dei satelliti....................................................................................14

1.4 Le risoluzioni nel Telerilevamento da Satellite...............................................................16

1.5 Le orbite satellitari..........................................................................................................17

1.6 Modalità di acquisizione delle immagini........................................................................18

1.7 Principali campi di applicazione del Telerilevamento....................................................18

1.8 Distorsioni geometriche delle immagini.........................................................................19

1.9 Principali piattaforme e missioni....................................................................................20

1.9.1 La nuova generazione di sensori ad alta risoluzione..........................................20

CAPITOLO 2 - IL TELERILEVAMENTO NELLA FINESTRA RADAR..................................................22

2.1 Telerilevamento Radar e SAR.........................................................................................22

2.1.1 Le frequenze Radar.............................................................................................22

2.2 Sistemi ottici e SAR a confronto.....................................................................................23

2.3 La costellazione di satelliti COSMO-SkyMed..................................................................24

2

CAPITOLO 3 - IL DELTA DEL PO: CARATTERISTICHE E RISCHI.....................................................26

3.1 I delta fluviali e il processo di sedimentazione...............................................................26

3.2 Geologia storica del delta del Po....................................................................................27

3.3 Geomorfologia del delta................................................................................................29

3.4 Erosione costiera e variazioni eustatiche.......................................................................30

3.4.1 La subsidenza nel delta.......................................................................................31

3.4.2 La risalita del cuneo salino..................................................................................32

3.5 Le aree protette del delta veneto...................................................................................33

3.5.1 Ambienti del Po di Pila: lagune, spit, barene e scanni........................................33

3.5.2 Il sito ZPS IT 3270023 (delta del Po)...................................................................34

3.5.3 L'evoluzione della Laguna Basson da fotogrammi..............................................37

CAPITOLO 4 - PROCESSAMENTO DELLE IMMAGINI RADAR......................................................40

4.1 Le immagini COSMO-Skymed.........................................................................................40

4.2 Situazione meteorologica marzo 2010...........................................................................41

4.3 Situazione mareografica.................................................................................................45

4.4 Formato dei file elaborati...............................................................................................46

4.4.1 Shapefile e il modello vettoriale.........................................................................46

4.4.2 Criteri per la vettorializzazione della linea di costa............................................47

4.5 Risultati della ricerca......................................................................................................48

4.5.1 Estensioni a confronto........................................................................................48

4.5.2 Analisi multitemporale erosione-deposizione....................................................49

CAPITOLO 5 - CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI.......................................................................52

BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................55

ALLEGATI....................................................................................................................................58

Allegato 1: carta geologica del delta del Po.................................................................59

Allegato 2: inquadramento geologico regionale.........................................................60

Allegato 3: linea di costa 01/03/2010..........................................................................61

Allegato 4: Overlay vettoriale-immagine 01/03/2010.................................................62





Allegato 9: Overlay vettoriali 01/03/2010-15/03/2010...............................................67

3

INDICE DELLE FIGURE

Fig. 1: Il delta del Po ripreso dal satellite Landsat7ETM+............................................10

Fig. 2: La lunghezza d'onda..........................................................................................11

Fig. 3: Lo spettro elettromagnetico.............................................................................12

Fig. 4: Relazione tra curvatura terrestre e l'orbita di un satellite................................15

Fig. 5: Le frequenze radar............................................................................................22

Fig. 6: Sensori attivi e passivi.......................................................................................23

Fig. 7: Lo speckle..........................................................................................................23

Fig. 8: Il satellite COSMO-SkyMed4.............................................................................24

Fig. 9: Il panorama geologico dell'Italia settentrionale in epoca Pliocenica................27

Fig. 10: La Pianura Padana durante l'ultimo periodo glaciale.....................................28

Fig. 11: Classificazione morfodinamica dei delta.........................................................29

Fig. 12: Esempio di spit................................................................................................33

Fig. 13: Carta dell'area di studio..................................................................................35

Fig. 14: La rosa dei venti .............................................................................................41

Fig. 15: Distanza tra la stazione meteo e il delta.........................................................42

4

INTRODUZIONE

1. Premessa e scopo del lavoro

Il sistema costiero è un ambiente unico, in cui atmosfera, idrosfera e litosfera

sono in continua interazione. La linea di costa, zona di contatto tra il terreno e il mare,

necessita di un costante monitoraggio a causa della sua natura dinamica e mutevole.

Fino al 1927 tutte le mappe della linea di costa erano generate tramite

campagne di rilievo sul terreno, solo dopo tale anno si cominciò a sfruttare appieno il

potenziale dei fotogrammi aerei, i quali rimasero l'unica risorsa per la mappatura

costiera fino all'inizio degli anni '80 (Alesheikh et al., 2007). La tecnica

fotogrammetrica presentava però alcuni svantaggi: il numero di fotogrammi necessari

per una completa mappatura costiera era elevato, il dato era analogico e non digitale,

l'uso di immagini in bianco e nero rendeva difficile l'identificazione della linea di costa

(Lillesand TM et al., 2004).

A partire dal 1972, con il lancio dei primi satelliti, gli studiosi cominciarono ad

avere le prime immagini digitali nelle bande spettrali dell'infrarosso, in cui l'interfaccia

terra-mare era ben definita, da allora il dato da satellite cominciò ad affermarsi quale

strumento per la generazione e l'aggiornamento delle mappe costiere.

Il lavoro di tesi si basa proprio sull'utilizzo delle immagini da satellite, nel nostro

caso la costellazione COSMO-SkyMed, per il monitoraggio degli ambienti costieri.

L'area di studio è il delta del Po.

Scopo del lavoro è stato lo studio dell'evoluzione della linea di costa in seguito

alla mareggiata del 9-10 marzo 2010.

L'analisi multitemporale ha coinvolto tre immagini radar riprese nelle date dello

01, 09 e 15 marzo 2010. Sono inoltre stati impiegati dati meteorologici e mareografici

per poter comprendere appieno i fenomeni visibili nelle immagini.

Parole chiave: Telerilevamento; Radar ad Apertura Sintetica; COSMO-SkyMed;

analisi multitemporale; delta del Po.

6

CAPITOLO 1 - ELEMENTI DI TELERILEVAMENTO

1.1 Il Telerilevamento da satellite

Il Telerilevamento (in inglese Remote Sensing) è la disciplina scientifica che

permette di ottenere informazioni, qualitative e quantitative, su oggetti posti a una

determinata distanza e sull'ambiente circostante, sulla base di misure di energia

elettromagnetica emessa, riflessa o trasmessa, grazie all'uso di specifici sensori

montati su satelliti in orbita (Brivio et al., 2006).

E' la più recente tra le discipline del Rilevamento (Topografia, Cartografia,

Fotogrammetria, Geodesia) e ha lo scopo di creare mappe tematiche del territorio.

Le informazioni che si ottengono dal satellite, siano esse qualitative o

quantitative, provengono da aree generalmente poste a una certa distanza dal

sensore, quindi si può avere a che fare con distanze di qualche metro (Proximal

Sensing), fino ad arrivare a distanze di migliaia di chilometri (Remote Sensing), è il

caso dei satelliti meteorologici geostazionari posti a una altitudine di 36.000 km.

1.1.1 Storia del Telerilevamento

Il Telerilevamento deve la sua nascita alla creazione delle prime macchine

fotografiche analogiche, già nel 1840 furono montate fotocamere su delle

mongolfiere per effettuare le prime ricognizioni dall'alto delle città europee.

Nella seconda metà del XIX secolo, soprattutto in Francia, si assistette ad una

vera e propria esplosione di interesse nei confronti del volo aereo, dovuta a un

particolare momento storico caratterizzato da vivacità tecnologica, artistica e

culturale.

E' in questo periodo che si inserisce la figura di G. Félix Tournachon, detto Nadar,

che attrezzò un pallone aerostatico con una camera fotografica, effettuando le prime

riprese della periferia parigina, riscuotendo immediato successo e popolarità.

8

La fotografia aerea diventò uno strumento decisivo in ambito militare, durante la

Prima Guerra Mondiale numerosi velivoli spia osservavano e scattavano foto dei

movimenti delle truppe nemiche. L'impiego della fotografia aerea diventò ancor più

importante durante il secondo conflitto mondiale, in preparazione allo sbarco in

Normandia furono impiegate fotografie aeree per creare mappe circa le condizioni del

mare lungo la costa e identificare i luoghi più idonei allo sbarco, fu inoltre possibile

determinarne la lunghezza e calcolare la profondità delle acque tramite la misura

delle onde vicino alla costa. L'impiego dell'aerofotografia per ricognizione diventò

talmente determinante che buona parte delle operazioni aeree durante il secondo

conflitto mondiale, in particolare quelle di bombardamento, dipendevano

strettamente da essa.

1.1.2 Storia dell'osservazione della Terra da satellite

Una volta conclusosi il secondo conflitto mondiale, le due superpotenze, U.S.A. e

U.R.S.S., cominciarono una sfida per la conquista dello spazio extra-atmosferico. I

sovietici riuscirono per primi nell'impresa grazie al lancio del satellite Sputnik-1 1.

L'osservazione vera e propria della Terra da distanze orbitali ebbe però inizio il 1°

Aprile 1960, data in cui fu lanciato in orbita il primo satellite con sistemi di

rilevamento televisivi: TIROS-1 2, il pioniere dei satelliti meteorologici, il quale forniva

all’Ufficio meteo statunitense immagini giornaliere delle formazioni di nubi e

rappresenta oggi una pietra miliare nella storia delle previsioni meteorologiche.

Nel frattempo, furono “declassificati” strumenti e sistemi coperti fino ad allora

dal segreto militare, è il caso dei sistemi radar che, seppur attivi già dagli anni '30 in

campo militare, divennero accessibili per scopi civili solo a partire dal 1964.

I primi scatti dallo spazio furono effettuati nel giugno del 1965 dall'equipaggio

della navicella Gemini-IV, con l'uso di pellicole a colori naturali.

1 Il satellite russo Sputnik–1, il primo satellite artificiale in orbita intorno alla Terra, fu lanciato in orbita il 4 ottobre 1957. Gli americani lanceranno in orbita il loro primo satellite il 31 gennaio 1958 con l'Explorer 1.

2 Television InfraRed Observation Satellite.

9

E' con il programma spaziale Apollo, il cui primo lancio risale al 1968, che ebbe

inizio a tutti gli effetti il Telerilevamento da satellite, con il significato di osservazione e

studio delle risorse terrestri da distanze orbitali.

Il Telerilevamento si affermò come disciplina scientifica negli Stati Uniti a partire

dal 1962, anno in cui l'Università del Michigan organizzò il primo Symposium on

Remote Sensing of Environment 3, successivamente nascerà l'ERIM 4, un istituto di

ricerca completamente dedito alla ricerca sull'argomento.

In Italia, verso la fine degli anni '60, il Consiglio Nazionale delle Ricerche e le

Università maturano i primi interessi verso la disciplina del Telerilevamento; la prima

cattedra venne istituita al Politecnico di Milano nel 1987.

Nei primi anni '70 prese forma una delle più importanti missioni di

Telerilevamento, la Landsat, il Landsat-1 fu lanciato il 23 luglio 1972. La missione

spaziale Landsat, tutt'oggi attiva, risulta fra le missioni spaziali più prolifiche.

Il Telerilevamento è diventato uno strumento cruciale per lo studio del territorio.

Fig. 1 - Il delta del Po ripreso dal satellite Landsat7ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), il

più recente della serie Landsat. Si differenzia dai suoi predecessori per la capacità di scattare foto con

una risoluzione maggiore nell'infrarosso termico (60 m invece che 120).

3 Sito web dell'International Symposium on Remote Sensing of Environment: http://www.symposia.org/4 Environmental Research Institute of Michigan

10

1.2 La radiazione elettromagnetica

La storia del Telerilevamento è principalmente legata allo sviluppo tecnologico in

tre campi fondamentali: le tecniche fotografiche e elettroniche, l'ingegneria

aerospaziale e la fisica delle onde elettromagnetiche.

Il Telerilevamento usa quale mezzo d'informazione l'energia elettromagnetica in

tutte le sue forme di interazione con la superficie del Pianeta (emissione, riflessione,

diffusione, ecc.).

Una radiazione è un’onda elettromagnetica caratterizzata da una lunghezza

d’onda, da una frequenza e da un’ampiezza proprie. L'onda elettromagnetica è il

vettore che trasporta l'energia elettromagnetica; la lunghezza d’onda (λ) 5 è la

distanza che separa due creste consecutive; la frequenza (ν) equivale al numero di

picchi d’onda che passano in un punto in un intervallo di tempo di un secondo;

l’ampiezza (A) è rappresentata dall’altezza di ogni picco e indica l’intensità massima

del campo elettromagnetico. Nella figura 2 è rappresentato il movimento ondulatorio

di un'onda elettromagnetica. La lunghezza d'onda è la distanza fra le due creste.

Fig. 2 - La lunghezza d'onda

La lunghezza d’onda e la frequenza risultano tra loro inversamente proporzionali

secondo la relazione:

λ = cv dove c è la velocità della luce.

Un ulteriore parametro per poter descrivere le caratteristiche di un’onda e.m è il

numero d’onda (ν′'), definito dal numero di onde intere in un centimetro di lunghezza:

ν' = 1λ =

vc

5 In fisica Lambda (λ) rappresenta la lunghezza d'onda. E' l'undicesima lettera dell'alfabeto greco.

11

Lunghezza d'onda

Lo spettro elettromagnetico è l’insieme continuo delle onde elettromagnetiche

ordinate secondo la lunghezza d'onda. Può essere suddiviso in sette regioni (o bande)

a seconda della lunghezza d’onda, i salti tra una banda e l'altra non sono netti, ciò

significa che gli intervalli vanno considerati come approssimati. I satelliti acquisiscono

il segnale a diverse lunghezze d'onda secondo le loro caratteristiche spettrali.

Fig. 3 - Lo spettro elettromagnetico

E' utile notare che, per quanto riguarda la percezione umana, solo l'energia legata

alle bande del VIS e del TIR produce sensazioni in noi in termini di colori e di calore,

tramite la vista e il tatto. Nella tabella lo spettro del Visibile (VIS) è circoscritto.

REGIONE BANDA INTERVALLO λ AMPIEZZA Δ λ INTERVALLO v

Ultravioletto UV Ultravioletto 100-380 nm 280 nm 3000-789 THz

Visibile VIS Violetto 380-450 nm 50 nm 789-697 THz

Visibile Blu 450-495 nm 45 nm 697-631 THz

Visibile Verde 495-570 nm 60 nm 612-545 THz

Visibile Giallo 570-590 nm 30 nm 545-517 THz

Visibile Arancio 590-620 nm 40 nm 517-484 THz

Visibile Rosso 620-750 nm 130 nm 484-428 THz

Infrarosso IR IR vicino NIR (Near-Infrared) 0,75-0,9 μm 0,15 μm 400-333 THz

Infrarosso IR vicino NIR (Near-Infrared) 0,9-1,3 μm 0,40 μm 333-231 THz

Infrarosso IR onde corte SWIR 1,5-2,5 μm 1,00 μm 200-120 THz

Infrarosso IR onde medie MWIR 3,5-5,2 μm 1,70 μm 86-58 THz

Infrarosso IR termico TIR (Thermal IR) 7,0-20 μm 13 μm 43-15 THz

Microonde Microonde MW 0,1-100cm 100cm 300-0,3 GHz

Onde radio SHF-EHF >1m 100mm 3-300 Ghz

L'ampiezza dell'intervallo dell'Ultravioletto è identica a quella del Visibile (370

nm), tale fenomeno non accade con Iinfrarosso e Infrarosso a onde medie (MWIR).

12

UNITA'1 micrometro (µm) = 1 x 10 metri -6

1 mi l l imetro (mm) = 1 x 10 metri -3

1 centimetro (cm) = 1 x 10 metri -2

Lunghezza d'onda

Proveniente dal Sole

Emesso da l la Terra

0.4 0.5 0.6 0.7

Blu Verde Rosso

MICROONDE (RADAR)

INFRAROSSO

1 m10 cm1 cm100 µm 10 µm1 µm

1 mm0.1µm

ULT

RAVI

OLE

TTO

VIS

IBIL

E

Ene

rgia

1.2.1 Il Sole come sorgente di energia

In un sistema di Telerilevamento la sorgente di radiazione elettromagnetica può

essere di due tipi:

-naturale, come il Sole che irradia la Terra, oppure la Terra stessa in quanto

riflette parte dell'energia solare e emette allo stesso tempo radiazioni termiche;

-artificiale, è il caso dei segnali a microonde prodotti dai sistemi radar.

Nel Telerilevamento, in particolare quello ottico, il Sole e la Terra occupano

posizioni di fondamentale importanza, in quanto sono le sorgenti principali di energia

elettromagnetica.

Il Sole è rappresentabile idealmente come una sfera di gas riscaldata da reazioni

nucleari al suo interno, la temperatura nel suo nucleo viene stimata nell'ordine dei

15.000.000K 6,con una temperatura media attorno ai 5700-6000K (5425-5725°C). La

radiazione solare è alla base della vita sul nostro pianeta, essa rende possibile la

presenza di acqua allo stato liquido e fenomeni naturali capitali come la fotosintesi

dei vegetali. Il picco dell'energia solare è collocato nell'intervallo tra 0,4 e 0,7 μm.

La nostra stella madre svolge sulla Terra il ruolo di maggiore illuminante

naturale, essa irraggia energia essenzialmente nell'intervallo spettrale che va dal VIS

all'MWIR. La quantità di energia UV che raggiunge la superficie è notevolmente

minore a quella registrata sulla sommità dell'atmosfera, poiché l'ozonosfera scherma

e riflette nello spazio buona parte di tali radiazioni (Rigutti, 2007).

1.2.2 La Terra come sorgente di energia

La Terra, con una temperatura media superficiale attorno ai 280K (7°C), irraggia

energia soprattutto nella banda dell'infrarosso termico TIR e, benché in forma molto

ridotta, anche nella regione delle microonde, nulla o quasi nulla nella regione del

Visibile. Nella faccia esposta alla luce del Sole, la Terra interagisce tramite processi di

riflessione, trasmissione e assorbimento dell'energia.

6 1°K (Kelvin) equivale a -272,15C° (Celsius).

13

1.3 Caratteristiche di un satellite

Ciascun satellite artificiale viene lanciato in orbita tramite un vettore (razzo) nella

cui testa viene posizionato il satellite, una volta raggiunta l'orbita il razzo apre la sua

testa e libera il satellite, che si posizionerà lungo l'orbita pianificata. Il funzionamento

dei sensori è garantito dalla presenza di pannelli solari che producono l'energia

necessaria. I satelliti dispongono anche di un disco rigido simile a quello dei nostri

computer, in grado di archiviare i dati acquisiti, che vengono scaricati a terra tramite

antenne ogni qual volta avviene il passaggio sopra le stazioni di ricezione.

1.3.1 Fisica e moto dei satelliti

E' noto che, per il principio di inerzia, in assenza di forze un corpo si muove in

linea retta a v costante. Nello spazio però i pianeti percorrono orbite ellittiche attorno

al Sole, e quindi su di loro ed anche sui satelliti agisce una forza. Questa forza fu

definita da Isaac Newton nel XVII secolo, egli riuscì ad intuire che è la stessa forza di

gravità terrestre ad agire anche nello spazio. Lo scienziato arrivò a concludere che la

forza di attrazione gravitazionale fosse espressa da questa formula:

dove m1 ed m2 sono le masse dei due corpi , r è la distanza fra i due corpi e G è la

costante di gravitazione universale, valida per qualsiasi corpo in ogni luogo.

Questa formula ci dice che la forza è direttamente proporzionale a ciascuna delle

masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza, quindi più due masse

sono grandi più si attraggono. La distanza incide ancora di più sulla forza: se

raddoppia la distanza, la forza diviene un quarto, ecc.

Newton spiegò come fosse possibile far girare un satellite intorno alla Terra, il suo

ragionamento era il seguente: supponiamo di trovarci sulla vetta di un rilievo molto

alto e di sparare un proiettile con un cannone molto potente, la gittata sarà di qualche

chilometro. Se ripetiamo il lancio con velocità via via maggiori la traiettoria del

14

F=Gm1m2 /r 2

proiettile avrà una curvatura sempre minore ed il proiettile cadrà sempre più lontano.

Se la velocità del proiettile è abbastanza elevata esso non ricadrà sulla Terra e riuscirà

ad entrare in orbita e diventare un satellite, un satellite si comporta come un

proiettile sparato con una tale velocità che non riesce più ad atterrare (Ruffo, 2007).

Mentre gira sulla sua orbita il satellite continua a cadere verso la superficie

terrestre, tuttavia a causa della curvatura terrestre esso rimane alla stessa quota di

volo. Infatti la superficie topografica si abbassa di circa 4,9 m per ogni 8 km percorsi in

direzione tangente alla Terra, ciò è visibile nell'immagine. Supponiamo di sparare un

proiettile a una velocità di 8 km/s, in prossimità della superficie terrestre, dopo 1s il

proiettile ha percorso 8 km lungo la tangente alla Terra nel punto da dove è stato

lanciato (il vettore s''). Nello stesso momento il proiettile è precipitato lungo la

verticale. Lo spostamento verticale vale:

Però anche la superficie terrestre si è abbassata di 4,9 m al di sotto del piano

orizzontale a causa della curvatura terrestre; quindi il proiettile, dopo aver percorso 8

km, si trova ancora alla stessa quota e segue la curvatura della Terra. L'intero processo

accade in assenza di attrito, quindi il ragionamento vale solo per le alte quote (oltre

200 km), dove non c'è più aria e quindi neanche attrito.

Fig. 4 – Relazione tra curvatura terrestre e l'orbita di un satellite

15

s⊥=129,8m / s2⋅1 s 2=4,9m

4,9 ms⊥

s''

posizionedi origine

posizionedopo 1s

1.4 Le risoluzioni nel Telerilevamento da Satellite

Le immagini da satellite digitali si classificano in base alle seguenti risoluzioni:

TIPO DI RISOLUZIONE DEFINIZIONE E CARATTERISTICHE

RISOLUZIONE GEOMETRICA O SPAZIALE

La risoluzione geometrica di un'immagine satellitare è la dimensione

dell'area elementare al suolo di cui si rileva l'energia elettromagnetica

(pixel); di norma maggiore è la risoluzione geometrica maggiore è la qualità

dell'immagine ripresa, ma allo stesso tempo minore sarà l'area coperta da un

singolo scatto. In inglese è detta Ground Sampling Distance (GSD).

Tanto maggiore è la risoluzione spaziale tanto maggiore sarà il dettaglio di

discriminazione dei singoli oggetti a terra.

RISOLUZIONE SPETTRALE

La risoluzione spettrale indica il numero di bande di acquisizione e la loro

ampiezza. In base al numero di bande che il sensore può acquisire, si

distinguono i sistemi monospettrali o pancromatici, multispettrali (da 2 a

poche decine di bande), iperspettrali (molte decine fino a migliaia di bande).

La risoluzione spettrale gioca un ruolo fondamentale nello studio e l'analisi

della vegetazione, caratterizzata da un forte assorbimento alla lunghezza

d'onda del blu e del rosso, mentre riflette mediamente la radiazione nel

verde e quasi totalmente nell'infrarosso vicino (Franklin SE, 2001).

RISOLUZIONE RADIOMETRICA

La risoluzione radiometrica è la sensibilità del rivelatore di un certo sensore

nel percepire e codificare in segnale le differenze di flusso radiante, riflesso o

emesso dalle superfici analizzate. La risoluzione radiometrica si indica in bits.

I dati in un'immagine sono visualizzati in un intervallo di toni di grigio, con il

nero che rappresenta il numero 0, e il bianco che rappresenta il valore

massimo (per esempio 255 a 8bit).

Da 0 a 255 livelli di grigio è il caso più comune (8-bit), seguono le immagini a

11-bit (0-2047), le immagini del satellite Quickbird registrano sino a 4095

livelli di grigio (12-bit), infine le immagini a 16-bit (0-65.535). Confrontando

immagini con differente numero di bit si osserverà la notevole differenza nel

livello di dettaglio informativo.

RISOLUZIONE TEMPORALE

La risoluzione temporale è il periodo che intercorre tra due riprese

successive di una stessa area, essa dipende dalle caratteristiche dell'orbita.

Il satellite Landsat7ETM+ fornisce un'immagine di Bologna ogni 16 giorni.

16

1.5 Le orbite satellitari

Lungo l'orbita del satellite, la distanza Terra-satellite varia, più precisamente il

punto in cui il satellite è più vicino alla Terra si chiama Perigeo, il punto più lontano

Apogeo. All'avvicinarsi del Perigeo la velocità del satellite cresce, mentre invece

all'Apogeo è minima. In meccanica orbitale, più l'oggetto orbitante (il satellite) è

vicino al proprio corpo primario (la Terra), maggiore è la sua velocità e minore la

distanza da percorrere per completare un'orbita, dunque minore il periodo (tempo

necessario a completare un'orbita intera).

I satelliti a quota più bassa (qualche centinaio di chilometri) impiegano circa 90

minuti per orbita, per alte quote i periodi superano le 24 ore. L'altezza del satellite

determina il periodo di rivisitazione. L'inclinazione dell'orbita, ovvero l'angolo tra il

piano orbitale e quello equatoriale, è un parametro che definisce le seguenti orbite:

TIPO DI ORBITA CARATTERISTICHE DELL'ORBITA

GEOSTAZIONARIA O GEOSINCRONA(EQUATORIALE)

Inclinazione 0°; i satelliti sono sincronizzati con la rotazione terrestre,

appaiono fermi e sospesi in una posizione su un punto dell'equatore,

posizione che mantengono ruotando su sé stessi (il numero di giri/minuto

varia da satellite a satellite). I satelliti geostazionari operano su orbite quasi

circolari ad una quota di 36.000 km, con un periodo che è fisso e uguale a

quello della Terra, ovvero 23 ore 56 minuti e 4 secondi.

Un limite di questi satelliti è che sono poco coperte le zone alle alte latitudini,

inoltre la risoluzione geometrica è molto bassa.

POLARE Inclinazione 90°; in un'orbita polare il satellite orbita sopra entrambi i poli

della Terra. L'orbita ha una inclinazione molto vicina ai 90° rispetto al piano

equatoriale terrestre.

QUASI-POLARE(ELIOSINCRONA)

Inclinazione prossima a 90°; l'orbita quasi-polare è caratteristica dei satelliti

LEO (Low Earth Orbiters), che seguono un'orbita quasi circolare a velocità

pressoché costante con periodo di ± 90 minuti.

E' un orbita eliosincrona, in cui il satellite attraversa un parallelo sempre alla

medesima ora solare. Il passaggio alla stessa ora locale garantisce che l'angolo

di elevazione solare sia sempre lo stesso.

I satelliti che seguono orbite eliosincrone volano ad una altitudine di 600-800

km e hanno un periodo orbitale compreso tra 90 e 110 minuti.

17

1.6 Modalità di acquisizione delle immagini

Le modalità di acquisizione delle immagini da satellite sono due:

• Acquisizione sincrona: la velocità di scansione della camera del satellite è

uguale alla velocità al suolo del satellite. La camera è progettata per acquisire

immagini lungo la traccia a terra del satellite o parallelamente ad essa.

• Acquisizione asincrona: la velocità di scansione della camera del satellite è

diversa dalla velocità al suolo del satellite. Poiché la velocità di acquisizione è minore

della velocità del satellite, esso ruota all'indietro mentre procede lungo l'orbita.

1.7 Principali campi di applicazione del Telerilevamento

Il Telerilevamento fornisce la possibilità di osservare la Terra da una posizione

privilegiata, ovvero dall'alto verso il basso, per tale motivo le immagini satellitari sono

diventate di uso comune in molti settori di ricerca scientifici.

Ciascun ramo di ricerca necessita di una risoluzione temporale diversa: in

idrologia occorre una risoluzione settimanale, in meteorologia una risoluzione

giornaliera è lo standard. Le principali applicazioni sono riassunte nella tabella.

AREA RICERCA POSSIBILI APPLICAZIONI DI STUDIO

GEOLOGIAGEOLOGIA APPLICATA

Studi strutturali e sulla stratigrafia, ricerca mineraria, vulcanologia, frane, erosione, desertificazione. Movimenti tettonici, instabilità pendii, faglie

GLACIOLOGIA Tipologia, estensione e movimento dei ghiacci marini e terrestri

INGEGNERIA CIVILE Monitoraggio grandi strutture civili, terremoti e stima del danno sugli edifici

CARTOGRAFIA Carte geografiche di base e tematiche, DEM

AGRARIA Copertura e uso del suolo, studi sulle piante, deforestazione, carte della vegetazione, incendi boschivi, stato di salute della vegetazione

IDROLOGIAIDROGEOLOGIA

Studi sulle acque e la loro composizione, risorse idriche, modellistica, erosione dei suoli

URBANISTICA Studi sull'espansione urbanistica, piani regolatori, architettura

GESTIONE TERRITORIO Valutazioni di impatto ambientale, lotta al crimine ambientale e abusivismo

INTELLIGENCE Individuazione e studio di siti nascosti e di importanza strategica militare

CLIMATOLOGIA Studi sulle correnti, venti, ozono, monitoraggio di sostanze inquinanti

18

1.8 Distorsioni geometriche delle immagini

L'immagine satellitare grezza è inevitabilmente soggetta a diversi tipi di

distorsioni geometriche, che in alcuni casi possono essere così significative da

richiedere un pretrattamento dell'immagine.

Le distorsioni sono catalogabili in due famiglie: sistematiche e non sistematiche.

La seguente tabella descrive i due fenomeni:

DISTORSIONI SISTEMATICHE DISTORSIONI NON SISTEMATICHE

Tali distorsioni sono sempre presenti in ciascuna immagine acquisita dal sensore su satellite.

Tali distorsioni sono presenti in diversa misura nelle immagini acquisiste da un sensore.

-CURVATURA TERRESTRE, è un fattore molto

importante quando si scattano foto a centinaia

di chilometri di distanza dalla superficie

osservata.

L'errore che si commette nel trascurare la

curvatura terrestre si ripercuote sulle

dimensioni dei pixel che si trovano verso le

estremità dello Swath (superficie di terreno

coperta da una singola strisciata), tale effetto ha

importanza solo per sistemi dotati di Swath

molto ampi, per satelliti ad alta risoluzione

questo effetto è praticamente nullo.

Per i rilievi eseguiti da sensori aviotrasportati la

superficie terrestre può essere considerata

piatta in quanto.

-VARIAZIONI DI QUOTA, VELOCITA' E ASSETTO

DEL SATELLITE, la variazione della posizione del

satellite o della piattaforma aerea durante il

processo di acquisizione può diventare un

problema, in quanto piccole variazioni nella

direzione di osservazione possono comportare

grandi variazioni nell’area effettivamente

osservata.

Variazioni di altezza portano a cambiamenti di

scala nelle immagini e variazioni di velocità

portano a cambiamenti di scala lungo la

direzione della traiettoria.

L’assetto di una piattaforma, aereo o satellite,

indica l’orientamento angolare rispetto a un

sistema di coordinate di riferimento.

-ROTAZIONE TERRESTRE, poiché l'acquisizione di

una scena avviene per linee di scansione

successive mentre la Terra ruota da Ovest verso

Est, nel tempo che intercorre tra la registrazione

della prima e dell'ultima riga dell'immagine, un

pixel registrato nella parte finale della scena

sarà rappresentato più ad Est rispetto alla sua

posizione reale, tale fenomeno prende il nome

di skew distortion.

-DISTORSIONI RELATIVE AL SENSORE, dovute

all'angolo di orientamento, al campo di vista

istantaneo (IFOV, Istantaneous Field of View) e

al tempo di integrazione del segnale di

rilevamento.

Le distorsioni geometriche possono essere corrette tramite software specifici.

19

1.9 Principali piattaforme e missioni

Oggigiorno il traffico di satelliti sopra i nostri cieli è senza precedenti: le missioni

attive nel campo del Telerilevamento sono in continuo aumento.

Nel paragrafo seguente sono elencate alcune fra le missioni più importanti nel

campo ottico, i satelliti elencati trasportano sensori ad alta risoluzione.

1.9.1 La nuova generazione di sensori ad alta risoluzione

I progressi nel campo dell'elettronica hanno permesso un continuo aumento

della risoluzione dei sensori, pertanto il concetto di elevata risoluzione geometrica

(GSD, Ground Sampling Distance) si è evoluto nel tempo, ora possiamo assumerla per

una GSD ≤2 m, anni fa era invece accettabile una GSD di 10 m.

Nella tabella sono elencati alcuni fra i più innovativi satelliti per Telerilevamento.

SATELLITE ALTITUDINE GSD SWATH (km)

GEO-EYE1, per ragioni di sicurezza la risoluzione di 41cm è disponibile solo al governo statunitense.Google ha l'esclusiva sulla cartografia del satellite e può arrivare fino a una risoluzione di 50cm

684 km 0,41 m 15,2 x 15,2

WORLDVIEW-1, è attivo dal 2007, di proprietà Digital Globe.

496 km 0,5 m 17,6 x 17,6

QUICKBIRD: è attivo dal 2001, di proprietà della DigitalGlobe, è attualmente uno dei satelliti con la più alta risoluzione geometrica nel pancromatico (0,6m).

450 km 0,6-2,4 m 16,5 x 16,5

EROS–B, è attivo dal 2006. 500 km 0,7 m 7 x 7

IKONOS– 2 : è attivo dal 2000, di proprietà di GeoEye, è stato il primo satellite in grado di registrare immagini con una risoluzione vicina al metro.

681 km 0,8-4 m 11 x 11

EROS–A, con EROS–B è il satellite di punta israeliano. 500 km 1,8 m 14 x 14

SPOT-5, è attivo dal 2002, satellite francese. 822 km 2,5 m 60 x 60

RAPIDEYE, costellazione tedesca di 5 satelliti. 630 km 6,5 m 77 x 77

ASTER, è attivo dal 2000, satellite giapponese. 705 km 15 m 60 x 60

LANDSAT7ETM+, la serie di satelliti Landsat è tra le più longeve, il 7ETM+ è attivo dal 1999, statunitense.

705 km 15 m 185 x 185

ENVISAT-1: è attivo dal 2002, di proprietà dell'ESA, trasporta con sé il MERIS per lo studio degli oceani.

800 km 25 m150 m

400 x 400

20

CAPITOLO 2 - IL TELERILEVAMENTO NELLA FINESTRA RADAR

2.1 Telerilevamento Radar e SAR

Un sistema di telerilevamento si definisce attivo quando è provvisto di sensori che

emettono onde attive radar per “illuminare” la scena da riprendere. Un esempio di

sistema attivo è quello di una fotocamera quando illumina l'ambiente circostante con

un flash, oppure il radar che “attiva” la scena da riprendere inviando un fascio di

microonde generate da una apposita antenna che fa parte del sistema stesso di

rilevamento.

Il Radar ad Apertura Sintetica, in inglese Synthetic Aperture Radar (SAR), è un

sistema di telerilevamento attivo e a microonde. E' una tecnologia nata negli anni '50

del secolo scorso, nel 1979 vi fu la prima piattaforma che forniva dati SAR per uso

civile, il SEASAT statunitense. Nel 1991 vi fu il primo SAR europeo a bordo di ERS-1.

2.1.1 Le frequenze Radar

Le frequenze radar si inseriscono nella regione delle microonde e onde radio.

NOME BANDA LUNGHEZZA D'ONDA λ (cm) FREQUENZA (GHz)

Ka 0.8-1,1 40-27

K 1,1-1,7 27-18

Ku 1,7-2,4 18-12

X 2,4-3,8 12-8

C 3,8-7,5 8-4

S 7,5-15 4-2

L-P 15-100 2-0,3

Fig. 5 - Le frequenze radar

La frequenza (f), espressa in Hertz, è data dal rapporto C / λ in cui: C=3.108m

22

λ (cm)

f(GHz)Ku Ka X C S L P

300 30 3 0,3

1001010,1

Nella regione spettrale delle microonde l'atmosfera è considerata come

trasparente, soprattutto alle frequenze più basse. Tale vantaggio, unito alla possibilità

di effettuare riprese notturne, è uno dei motivi per cui il Telerilevamento a microonde

risulta particolarmente efficace per lo studio dei processi superficiali.

2.2 Sistemi ottici e SAR a confronto

I sistemi di tipo attivo si distinguono da quelli di tipo passivo soprattutto per la

strumentazione: al posto della parte ottica vi è un'antenna che serve sia per l'invio a

terra che per la ricezione al ritorno dell'energia elettromagnetica.

La tecnica SAR ha un vantaggio fondamentale: la capacità di operare sia di giorno

che di notte e in qualsiasi condizione meteo, tale caratteristica è di grande rilievo in

quanto vi sono aree della terra di cui non esistono immagini ottiche proprio a causa

della perenne copertura nuvolosa (Ferretti et al., 1998).

Fig. 6 - Sensori attivi e passivi

Il dato SAR è affetto dal fenomeno dello speckle, un disturbo del pixel che

complica l'interpretazione dell'immagine.

Fig. 7 – Lo speckle

23

SENSORI ATTIVI SENSORI PASSIVI

antennaricevente

antenna trasmittente

antennaricevente

Nella seguente tabella sono comparati i due sistemi.

SISTEMI OTTICI E NIR SISTEMI SAR

VANTAGGI SVANTAGGI VANTAGGI SVANTAGGI

Combinazione tra bande diverse

Nessuna informazione di notte e con nuvole

(eccetto nel TIR)

Sistema attivo, opera in qualsiasi condizione

meteo e di notte

Speckle

Interpretazione naturale delle immagini

DEM scarsa qualità Interferometria (misure precise distanze)

Difficile interpretazione del dato

2.3 La costellazione di satelliti COSMO-SkyMed

La costellazione COSMO-SkyMed è un sistema satellitare tra i più sofisticati al

mondo, capace di operare sia di giorno che di notte e con la presenza di nuvole. Le

antenne radar dei quattro satelliti riescono a scattare foto con dettagli fino a 40 cm.

Fig. 8 - Il satellite COSMO-SkyMed4, lanciato in orbita il 5 novembre 2010

Attualmente per i quattro satelliti in funzione sono stati spesi 1,137 miliardi di

euro, ma è già stato programmato il lancio in orbita di due ulteriori occhi elettronici

per un investimento di 555 milioni di euro; le spese del progetto cadono sul Ministero

della Difesa, sul Ministero delle Attività produttive e su quello dell'Istruzione e

Ricerca. Il progetto si profila sempre più come uno strumento di uso militare.

L'Italia ha stipulato un accordo di scambio militare con la Francia in cui i francesi

cedono le foto dei loro satelliti acquisite nel visibile e infrarosso ottenendo in scambio

le COSMO-Skymed italiane. I Ministeri della Difesa di entrambe le nazioni possono

così usufruire di una gamma completa di dati (sia radar che ottici).24

Le caratteristiche dei quattro satelliti sono elencate nella tabella.

SATELLITE LANCIO IN ORBITA PERIODO DI VITA EQUIPAGGIAMENTO

COSMO-SkyMed1 07/06/07 5 anni BANDA-X (9,6 Ghz) SAR




Il programma COSMO-Skymed si divide in una componente civile e una militare:

-componente civile, gestita dall'Agenzia Spaziale Italiana, tutti i dati passano per

il quartier generale di Telespazio in Abruzzo, per poi venire processati dal Centro di

Geodesia Spaziale di Matera, che li rende disponibili a enti e privati.

Le immagini a uso civile sono a bassa risoluzione, sempre superiore al metro.

I dati della componente civile possono essere impiegati in caso di disastri

naturali e ecologici, e sono stati utilizzati in occasione dei terremoti in Abruzzo, Haiti e

Giappone, ma anche per lo studio dell'inquinamento in mare. Nel futuro prossimo i

due nuovi satelliti saranno in grado di guardare parzialmente sotto la superficie

topografica, aprendo nuove prospettive alla ricerca petrolifera ma anche agli studi

archeologici.

-componente militare, gestita dal CITS-RIS 7 della base militare di Pratica di Mare,

è qui che arrivano i dati con la massima risoluzione.

Il RIS è alle dipendenze dello Stato Maggiore della Difesa. I generali possono

dirigere i satelliti su un obiettivo in qualunque punto del pianeta ogni sei ore (nel

Mediterraneo il passaggio avviene ogni tre), il bersaglio viene spiato anche otto volte

al giorno. Le immagini COSMO-SkyMed sono state utilizzate per sorvegliare l'area di

Tripoli e i movimenti delle truppe di Gheddafi. Sono state mosse numerose critiche al

progetto COSMO-SkyMed in quanto finora la costellazione, finanziata con denaro

pubblico, è stata utilizzata principalmente per applicazioni militari.

Le parole di Marco Airaghi, consigliere dell'ex Ministro La Russa, sono chiare:

"COSMO-Skymed oggi può essere utilizzato nella sua funzione principe di supporto

alle forze armate".

7 Centro Interforze Telerilevamento Satellitare-Reparto Informazioni e Sicurezza

25

CAPITOLO 3 - IL DELTA DEL PO: CARATTERISTICHE E RISCHI

3.1 I delta fluviali e il processo di sedimentazione

Ciascun fiume ha un inizio e una fine, e può sfociare in grandi corpi idrici quali i

laghi o il mare. Una volta giunta alla sua foce, la corrente di un fiume tende a

estinguersi gradualmente in quanto si mescola con l'acqua circostante, solo i grandi

fiumi della Terra come il Rio delle Amazzoni sono in grado di mantenere una certa

identità per distanze di molti chilometri dalla costa (Press et al., 2006).

Nel caso di corsi d'acqua di dimensioni più piccole che sfociano lungo una costa

spazzata dalle onde, dove le acque del mare sono turbolente, la corrente fluviale ben

presto scompare, poco oltre la foce. Una corrente fluviale che va smorzandosi subisce

una progressiva diminuzione della sua capacità di trasporto, e quindi comincia a

depositare i suoi materiali/sedimenti.

Gran parte della superficie terrestre, inclusi i fondali oceanici, è coperta di

sedimenti, la maggior parte dei quali deriva dallo smantellamento dei continenti.

I sedimenti tipicamente trasportati da un corso d'acqua sono quelli clastici, ovvero

frammenti rocciosi prodotti dalla degradazione meteorica e dalla erosione di rocce

preesistenti. Le particelle clastiche possono essere classificate in base alle loro

dimensioni: pietrisco e ghiaia (>2 mm), sabbia (2 mm-1/16 mm), limo (1/16 mm-

1/256 mm) e argilla (<1/256 mm).

Quando una corrente fluviale comincia a rallentare non è più in grado di

mantenere in sospensione le particelle più grandi e pesanti e così esse si depositano,

se la corrente rallenta ulteriormente si depositano particelle più fini, e se la corrente

si arresta definitivamente si depositano anche le particelle finissime.

I detriti più grossolani, di norma sabbie, sono i primi a depositarsi presso la foce,

mentre le particelle con granulometria più fine si depositano più al largo, seguite dai

limi e, ancora più al largo, dalle argille.

26

3.2 Geologia storica del delta del Po

Prima di entrare nel merito della Geologia dell'apparato deltizio del Po, è

opportuno chiarire le varie relazioni tra le epoche geologiche.

ERA PERIODO EPOCA MILIONI DI ANNI

CENOZOICO

QUATERNARIOOLOCENE 0,01

PLEISTOCENE 1,8

TERZIARIO

PLIOCENE 5

MIOCENE 26

OLIGOCENE 37

EOCENE 53

PALEOCENE 65

Nel Pliocene la pianura Padana era ancora del tutto assente, e al suo posto vi era

un immenso golfo, il Golfo Pliocenico Padano, che con le sue sponde bagnava buona

parte dell'Italia Settentrionale. L'ampia insenatura marina bordava con le sue coste i

rilievi alpini ed appenninici, vi era un mare profondo poche centinaia di metri, in cui si

depositavano sabbie, limi e argille.

Fig. 9 - Il panorama geologico dell'Italia settentrionale in epoca Pliocenica

Durante le glaciazioni del Quaternario il fondo marino del Golfo Padano divenne

più volte terra emersa.

27

L'assetto attuale della pianura Padana è il risultato dell’azione di due processi:

• l'azione dei numerosi corsi d’acqua appenninici e alpini che hanno, in successivi

tempi geologici, asportato e apportato sedimenti continentali al Golfo Padano;

• il raggiungimento della massima estensione dei ghiacciai durante la glaciazione

Würm; il successivo scioglimento dei ghiacci liberò una gran quantità d’acqua in tempi

geologicamente brevi, in tal modo iniziò l’erosione dei grandi corpi morenici, e il

trasporto dei materiali erosi verso valle dove cominciò la deposizione. Al termine

dell'ultimo periodo glaciale, la cosiddetta glaciazione Würm (75000– 10000 anni fa),

la linea di costa univa direttamente le Marche con il cuore della Dalmazia.

Fig. 10 – La pianura padana durante l'ultimo periodo glaciale

Durante il ritiro dei ghiacciai il mare tornò a conquistare il suo spazio, e le foci

fluviali raggiunsero gradualmente il loro assetto attuale.

Il delta del Po fu modificato per mano dell'uomo nel 1604, con il cosiddetto

“Taglio di Porto Viro”, una colossale opera idraulica attuata dalla Serenissima

Repubblica di Venezia, che salvò dall'interramento la laguna e sancì il passaggio dal

delta rinascimentale al delta moderno.

Il taglio di Porto Viro portò alla formazione di nuove isole abitabili sul delta

grazie all'apporto dei sedimenti continentali. Se prima del 1600 il delta si espandeva

ad un ritmo di circa 53 ha l'anno, dal 1604 al 1840 si passò a 135 ha l'anno e la

formazioni di nuovi territori proseguì ulteriormente.

28

3.3 Geomorfologia del delta

Basandosi sulla figura 11 la morfologia del delta del Po si può classificare come al

limite tra un apparato deltizio di tipo lobato e uno di tipo cuspidato.

Fig. 11 – Classificazione morfodinamica dei delta (modificata da Ricci Lucchi, 1980)

La superficie del delta del Po è interessata da una progressiva espansione,

stimabile in circa 60 ha l'anno, dovuta al lento avanzamento verso Est delle foci dei

suoi vari rami. Lo spostamento avviene grazie al progressivo deposito di materiale

solido sul basso fondale del Mare Adriatico, che provoca il prolungamento verso mare

dei canali distributori del delta.

Grazie all'avanzamento del delta del Po, la Provincia di Rovigo risulta attualmente

l'unico territorio italiano soggetto ad espansione territoriale, con la conseguente

esigenza di aggiornare periodicamente i dati statistici relativi alla sua superficie.

Oggi il Po alimenta un delta che si estende a mare per 25 km, su un arco

meridiano di 90 km, occupando una superficie di 400 km² (Simeoni, 2004).

L'apporto solido odierno di sedimenti verso i rami del delta è stimabile in 4,7

milioni di t/anno di materiale; tale apporto si è ridotto di un terzo rispetto alla prima

metà del novecento, generando una preoccupante crisi regressiva della linea di costa.

29

ESTUARIO

D. ARCUATO D. CUSPIDATO

D. LOBATO

D. DIGITATO

DELTA COSTRUTTIVI

DELTA DISTR U T T I V I

Il sottosuolo del delta è formato da sedimenti alluvionali accumulati in poco più di

un milione di anni, costituiti principalmente da sabbie, limi e argille: l'architettura

deposizionale di tali sedimenti dipende dalle alterne fasi di progradazione 8 del fronte

deltizio e di aggradazione dei depositi di tracimazione nella piana deltizia.

Il delta giace quasi totalmente sotto il livello medio del mare, fatta eccezione per

argini e canali; un profilo altimetrico del genere aumenta esponenzialmente

l'esposizione alle mareggiate.

3.4 Erosione costiera e variazioni eustatiche

Le ricerche di carattere interdisciplinare degli ultimi anni hanno messo in luce un

fenomeno molto rischioso: la maggior parte delle aree costiere del pianeta (quasi

l’80% di tutte le spiagge esistenti) è esposta in modo crescente all'erosione marina.

Tale fenomeno è legato a varie cause, tra cui l'innalzamento del livello del mare

(eustatismo) dovuto allo scioglimento dei ghiacciai, l’espansione termica delle masse

oceaniche come conseguenza del cambiamento climatico in atto, la subsidenza e la

pressione antropica. L’effetto antropico è in grado di produrre sull’erosione costiera

effetti similari, se non addirittura superiori, ai movimenti del mare.

Il rapporto stilato dall’IPCC 9 nel 2007 individua scenari nei quali l’innalzamento

marino di questo secolo, per sole cause climatiche, potrà superare il mezzo metro

rispetto al livello attuale. Le conseguenze di questa variazione di livello sugli

ecosistemi e le popolazioni rivierasche sono facili da immaginare: basti pensare che in

alcune aree un innalzamento delle acque di 1 cm può comportare l’arretramento della

linea di riva fino a 1 m.

La rilevanza del problema sul territorio nazionale è notevole: degli oltre 7500 km

del litorale italiano, il 47% è rappresentato da coste alte e/o rocciose e il 53% da

spiagge; di queste ultime il 42% è attualmente in erosione (Antonioli et al., 2007).

8 Processo sedimentario in cui la stratificazione si sviluppa lungo superfici inclinate rispetto all'orizzontale, i sedimenti si dispongono seguendo il senso di avanzamento del sistema deposizionale.

9 Intergovernmental Panel on Climate Change

30

L'estensione delle coste venete, interamente sabbiose, è di circa 140 km, dei quali

il 18% è in erosione (25 km). Le coste nazionali risultano esposte a un minor rischio di

eustatismo rispetto ad altre zone del pianeta, poiché l'attuale tasso di risalita

eustatica dei mari italiani, pari a 1,05 mm/anno (Lambeck et al., 2004a), risulta essere

minore rispetto a quello globale di 1,8 mm/anno (Lambeck et al., 2004b).

3.4.1 La subsidenza nel delta

Il fenomeno di abbassamento della superficie topografica, la subsidenza, è

dovuto a possibili variazioni dello stato tensionale presente all'interno del sottosuolo

(Macini et al., 2008). La subsidenza assume particolare gravità nelle aree di piana

alluvionale in cui l'altimetria è poco superiore o addirittura inferiore al livello medio

del mare.

La pianura padana è un bacino sedimentario subsidente incastrato tra le Alpi

meridionali e l'Appennino, due catene ancora in parziale sollevamento. Nella pianura

padana, alla subsidenza regionale di natura tettonica, si somma quella locale, che

deriva dal costipamento dei terreni di recente deposizione. La subsidenza per

costipamento, già di per sé più veloce di quella tettonica, è in certi casi

drammaticamente accelerata dalle seguenti attività antropiche (Campana et al., 2006)

-l'estrazione di metano e acque metanifere dai giacimenti quaternari, condotta

tra gli anni trenta e cinquanta del secolo scorso: nel quinquennio 1954-1958 furono

estratti circa 230 milioni di m³ all'anno di acqua salata e metano; tale estrazione ha

creato danni per oltre 2 milioni di euro, provocando un abbassamento del suolo sino

a un massimo di 4 m sotto il livello medio del mare;

-il continuo sfruttamento delle risorse idriche sotterranee e gli estesi interventi

di bonifica, che hanno ridotto drasticamente l'estensione delle aree paludose.

La subsidenza nel delta e nell'Adriatico è ora rientrata entro valori quasi fisiologici

(7-8 mm/anno), ben lontani dai 15-20 cm/anno degli anni cinquanta.

31

3.4.2 La risalita del cuneo salino

Col termine cuneo salino si indica l'intrusione di acqua marina nei canali

distributori di un delta. L'acqua marina scorre sul fondo degli alvei, poiché è salata e

più pesante di quella dolce. Attualmente, lo sviluppo verso l'entroterra del cuneo

salino è aumentato in modo tale da destare preoccupazione.

Nel delta del Po, negli anni cinquanta-sessanta, il fenomeno si avvertiva a non più

di 2-3 km dalla foce. Negli anni settanta-ottanta si ebbe piena consapevolezza della

sua gravità, essendosi spinto circa 10 km verso l'interno.

Più di recente, la presenza del cuneo salino è stata rilevata a 20 km dal mare, e la

sua rapida progressione negli ultimi anni lo ha fatto diventare una concreta

emergenza ambientale.

Le cause di questo fenomeno, legate allo sfruttamento delle risorse idriche e a

combinazioni di fenomeni naturali e antropici che interessano l'intero bacino

idrografico padano, riguardano essenzialmente:

-l'estrema riduzione delle portate di magra del Po, dovuta al numero crescente di

derivazioni d'acqua a monte del delta e a un sempre minore rilascio idrico dai bacini

artificiali;

Tra le cause locali, si evidenziano i rapporti tra subsidenza ed eustatismo nei vari

rami del delta.

L'area di studio, il Po di Pila, risulta la più colpita in tutto il delta, con una risalita

del cuneo >10 km in presenza di alta marea (dati da Alessandrini et al., 2008).

FIUME PO, MASSIMA RISALITA DEL CUNEO SALINO

Nome ramo delta Portata ripartita (m³/s) Alta marea (km) Bassa marea (km)

Po della Pila 371 10,8 6,6

Po di Maistra 27 8,4 4,4

Po delle Tolle 80 7,7 5,9

Po di Goro 62 10,6 5,6

Po di Gnocca 110 6,9 4,4

32

3.5 Le aree protette del delta veneto

Nell'ambito del Parco regionale del Delta del Po del Veneto, l'area di studio si

colloca nel triangolo compreso tra la Foce del Po di Pila e la Foce del Po di Scirocco.

3.5.1 Ambienti del Po di Pila: lagune, spit, barene e scanni

Le lagune sono specchi d'acqua lungo la costa in cui confluiscono sia acque

marine salate, sia acque continentali dolci. Le lagune sono dominate dalle maree e

parzialmente separate dal mare mediante un cordone litorale interrotto da bocche.

Le lagune sono ambienti litoranei semichiusi, che presentano un idrodinamismo

ridotto e di conseguenza una notevole capacità di sedimentazione. La Laguna Basson

è l'ambiente lagunare di interesse per questa tesi.

Gli spit sono terre create dal prolungamento dei sedimenti della battigia in un

corpo idrico (mare o lago), che si formano

comunemente in prossimità di foci e

insenature, formando spesso una difesa

naturale contro le inondazioni costiere.

Gli spit sono solitamente costituiti da

sabbie o ghiaie trasportate dal moto ondoso. Fig. 12 – Esempio di spit

La formazione di questi apparati dipende dalla presenza di sedimenti e di onde

dotate di energia sufficiente a trasportarli verso la bocca dell'insenatura (Carter,

1992). Le estremità di uno spit mostrano un profilo ricurvo (Figura 12), di norma verso

l'insenatura; lo sviluppo di estremità ricurve è dovuto alla rifrazione delle onde.

Le barene sono isolotti di fango-limoso, spesso sommersi dalle alte maree.

Gli scanni sono isole o penisole formate dalla sabbia trasportata in mare dai

fiumi e modellata dal vento e dal moto ondoso. Gli scanni proteggono le lagune dalla

potenza del mare, consentendone la sopravvivenza.

33

3.5.2 Il sito ZPS IT 3270023 (delta del Po)

Le Zone di Protezione Speciale, o ZPS, sono aree scelte lungo le rotte di

migrazione degli uccelli selvatici, finalizzate al mantenimento ed alla creazione di

habitat adatti alla conservazione e gestione delle popolazioni di volatili.

Le ZPS sono state individuate dagli Stati membri dell'Unione Europea e, insieme

alle Zone Speciali di Conservazione, vanno a formare la Rete Natura 2000.

Tutti i piani o progetti che possano avere incidenze significative su tali aree

devono essere vagliati alla procedura di Valutazione di Incidenza Ambientale.

Il delta del Po, con le sue lagune, rappresenta la più vasta area umida d'Italia: il

grande interesse ambientale di tale area giustifica l'istituzione di una ZPS per la sua

salvaguardia. Il delta fa parte della più grande piana alluvionale dell’Europa

Occidentale, in cui scorrono il Po ed affluenti, per un’area totale di circa 30.000 km².

Il sito ZPS IT 3270023 (Province di Rovigo e Venezia) comprende tutto il delta del

Po e la maggior parte del territorio del Parco Regionale Delta del Po. Le immagini

COSMO-SkyMed coprono interamente la porzione orientale della ZPS.

Il sito ha un’estensione di circa 25.013 ha ed una lunghezza di circa 482 km, è di

grande importanza per la nidificazione, la migrazione e lo svernamento di uccelli

acquatici.

L'area presenta numerose vulnerabilità, come: l'eccessiva fruizione turistico-

ricreativa; la presenza della centrale termoelettrica di Porto Tolle; l'elevata pressione

antropica (agricoltura, subsidenza, erosione); gli interventi di itticoltura intensiva.

Le lagune della foce del Po sono collegate con il mare attraverso un numero

limitato di bocche, che sono sottoposte all’azione tidale (delle maree) e ricevono

continui apporti di acqua dolce.

L’incontro tra le acque continentali e quelle marine determina le condizioni di

grande instabilità che caratterizzano tutti gli ambienti salmastri. Si tratta a tutti gli

effetti di un sistema lagunare con ampie estensioni, il cui livello oscilla in dipendenza

della marea esterna.

34

I principali ambienti lagunari di nostro interesse sono la laguna Basson, lo Scano

Boa, la laguna del Burcio e l'isola della Batteria.

La Laguna Basson ha un’estensione di circa 300 ha e una profondità media di

0,80 m, confina a Nord con il Po di Pila, a Ovest con la Sacca del Canarin che la divide

dalla Busa di Scirocco, a Sud con il mare e la Sacca del Canarin, a Est con il Mar

Adriatico. La laguna ha forma triangolare, con i due cateti in corrispondenza dei corsi

del fiume e l'ipotenusa costituita dallo Scano Boa che separa la laguna dal mare.

Fig. 13 – Carta dell'area di studio

L'area comunica direttamente con il mare aperto attraverso una stretta

bocca/canale a Sud che ne limita il ricambio idrico. Gli apporti di acqua dolce dal Po di

Pila, diffusi e abbondanti, contribuiscono al deposito di materiali limosi nel bacino.

La comunicazione della laguna con il mare si sta progressivamente spostando

verso sud, questo fatto lascia prevedere una prossima chiusura del canale e quindi la

fine della laguna in quanto tale (ARPAV, 2004). La laguna Basson fu utilizzata per anni

come nursery naturale, cioè un'area per lo svezzamento delle vongole, in particolare

della specie Tapes philippinarum. Oggi sono presenti, nei pressi dell’imboccatura,

piccoli banchi naturali di molluschi che sono però soggetti a naturali morie, in

relazione ad eventi climatici.

35

LAGUNA BASSON

SCANO BOA

BUSA DRITTAFOCE PO DI PILA

ISOLADELLABATTERIA

LAGUNA DEL BURCIO

PUNTA DELLA MAISTRA

Lo Scano Boa rappresenta l'ultimo baluardo ad Ovest del delta, ed è costituito da

una lunga lingua di spiaggia che separa la laguna Basson dal mare. Sullo Scano sono

tuttora presenti alcuni tipici “casoni” in canna palustre, utilizzati per la coltivazione

del riso e la pesca. Queste attività furono abbandonate per colpa della subsidenza.

L'Isola della Batteria, collocata a Nord di Busa dritta, fu a lungo utilizzata come

risaia e successivamente come valle da pesca, ma da alcuni anni risulta abbandonata

e attualmente, a causa della subsidenza, del mancato uso delle idrovore e della

presenza di varchi creatisi nell'arginatura circostante, si trova in diretto contatto con

l'ambiente esterno. La profondità media dell'acqua è di circa 1 m.

Attualmente l’isola è instabile per via dell’erosione dell’argine di separazione dalla

Busa di Tramontana del Po di Pila. Nell'isola è presente un nucleo di edifici

abbandonato e in parte allagato, l'isola è coperta da una vasta estensione di canneto.

L'area è attualmente in gestione all’Azienda Regionale Veneto Agricoltura.

La laguna del Burcio comunica ad Est con l'Adriatico, a Sud con il Po di Pila e ad

Ovest con la Busa di Tramontana e Bonello Bacucco, ha un'estensione di 145 ha.

Il Burcio è una laguna giovane, essa si è originata in seguito alla formazione e

consolidamento di uno scanno o nell'area della punta nord della foce del Po di

Venezia, tuttavia la morfologia del bacino è tutt'altro che statica. E in atto la chiusura

della bocca nord per gli apporti terrigeni dalla Busa di Tramontana e del mare, e

l’erosione dello scanno della punta nord della Busa Dritta. Ciò comporta una limitata

entrata delle acque marine a Nord ed immissione delle acque dolci a Sud, sia in modo

diretto, sia per esondazioni del Po di Pila.

Il fondale della laguna è prevalentemente di tipo fangoso, la sabbia è presente

solo in tracce: ciò indica che il movimento delle acque è primariamente orientato in

direzione del mare e scarso in direzione opposta. La laguna si è progressivamente

trasformata in un ambiente d'acqua dolce a causa delle piene.

Le lagune del Burcio e del Basson, un tempo molto pescose, oggi risultano

totalmente improduttive a causa della chiusura degli scanni litoranei come

conseguenza del trasporto solido del Po degli ultimi anni.

36

3.5.3 L'evoluzione della Laguna Basson da fotogrammi

I fotogrammi aerei storici costituiscono un importante patrimonio culturale e

ambientale. Gli ambienti lagunari possono evolvere in modo repentino per via delle

piene, delle mareggiate e della forza delle onde.

L'evoluzione della laguna Basson e di Punta Maistra è stata ricostruita a partire dai

fotogrammi scaricabili dal sito della Regione Veneto, alla voce Infrastruttura dei Dati

Territoriali. I fotogrammi spaziano temporalmente dal 1983 al 2008.

NOME DELVOLO

COMMITTENTE DATA DELLA RIPRESA(mese, anno)

SCALA FOTOGRAMMI(valore medio)

QUOTA DI VOLO(valore medio)

1983 reven Padova Rovigo

RegioneVeneto

Maggio-Giugno1983

1:17000 2600 m

NOME DELVOLO




1990 reven RegioneVeneto

Marzo-Ottobre1990

1:20000 3000 m

37

NOME DELVOLO




1999 revenProvincia Rovigo

RegioneVeneto

Aprile-Novembre1999

1:16000 2500 m

NOME DELVOLO




2008 revendelta Po

RegioneVeneto

Agosto 2008 1:16000-1:8000 2500-1250 m

Lo sviluppo di Punta Maistra è il risultato della sedimentazione continentale. Tale

processo ha portato alla formazione di uno spit sabbioso che si è allungato nel corso

degli anni. Le quote di Punta Maistra, ricavate dalla CTR 1:10000, sono tutte positive

con picchi di 2,6 m. Se lo spit dovesse continuare ad accrescersi verso Ovest, la bocca

di Punta Maistra potrebbe chiudersi definitivamente.

38

CAPITOLO 4 - PROCESSAMENTO DELLE IMMAGINI RADAR

4.1 Le immagini COSMO-Skymed

Nella tabella seguente sono elencate le 6 immagini a disposizione in ambito tesi.

L'analisi multitemporale interessa le sole date evidenziate.

DATA IMMAGINE ORA SATELLITE CSKS RISOLUZIONE 1 RISOLUZIONE 2

28/02/10 17:25 COSMO-Skymed 2 0,5m (originale) 2,5m (elaborata)

01/03/10 04:03 COSMO-Skymed 3 0,5m (originale) 2,5m (elaborata)

07/03/10 05:21 COSMO-Skymed 1 0,5 m (originale) 2,5 m (elaborata)




I dati, frutto di una convenzione tra l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ed il

Dipartimento di Protezione Civile, mi sono stati consegnati dal dott. Andrea Spisni

(ARPA Emilia-Romagna, laboratorio di Telerilevamento). Le immagini distribuite da ASI 10 sono prodotti L1A (Single-look Complex Slant) in modalità Stripmap.

Il dato originale aveva risoluzione geometrica di 0,5 m, che successivamente in

fase di elaborazione è stata portata a 2,5 m per limitare gli effetti del rumore di fondo.

Le modifiche sono state effettuate con il software NEXT ESA SAR Toolbox.

DATO RAW 0,5m DATO PROCESSATO 2,5m

L'uso di immagini radar si è rivelato fondamentale anche a causa delle diffuse

perturbazioni che hanno caratterizzato la regione nel mese di Marzo, le immagini

scattate nel Visibile sarebbero state inutilizzabili, vista la totale copertura nuvolosa.

10 http://www.cosmo-skymed.it/en/index.htm

40

4.2 Situazione meteorologica marzo 2010

Nella prima decade di marzo l’Europa centro occidentale è stata interessata da

un’irruzione di aria fredda di origine russo siberiana che ha portato diffuse nevicate

su tutta la Francia meridionale, Spagna settentrionale e l'Italia centro settentrionale.

Tale condizione di bassa pressione ha colpito anche il delta del Po, specialmente

nelle giornate del 9-10 marzo, in cui vi sono state violente mareggiate.

La mareggiata è un fenomeno ciclico del mare, che si realizza quando i venti che

soffiano sul mare spingono le sue acque verso la riva. Dove la profondità del mare si

riduce si viene a creare un'onda che risponde alle leggi fisiche per le quali l'altezza

dell'onda è inversamente proporzionale alla profondità. Nel caso di coste basse con

fondale sabbioso, si avranno onde di grandi dimensioni in prossimità della riva.

Gli effetti di una mareggiata sulla costa possono essere vari, tra cui allagamenti,

erosione costiera e danni alle infrastrutture.

Il vento è il risultato di moti convettivi (verticali) e advettivi (orizzontali) di masse

d'aria nell'atmosfera.

Fig. 14 - La rosa dei venti

Tipici dell'Adriatico settentrionale sono la bora/grecale (vento gelido che soffia da

ENE) e il libeccio (vento caldo che soffia da SO).

In Telerilevamento il dato meteorologico risulta fondamentale, poiché può essere

41

utile ai fini della comprensione dei fenomeni visibili in un'immagine.

I dati meteorologici impiegati in questa tesi sono quelli forniti dalla stazione

agrometeorologica di Pradon Porto Tolle (ARPAV).

Stazione Pradon Porto Tolle Rovigo 44° 55' 06"N ; 12° 22' 11"E -3 m s.l.m.

Fig. 15 - Distanza tra la stazione meteo e il delta (11km), immagine tratta da Google Earth

Le righe colorate indicano le date/ore in cui sono state riprese le 3 immagini radar.

Data, ora Direzione ventoprevalentea 10 m *

Direzione ventoprevalente a 10 m **

Velocità vento 10 m

media aritm.

Pressione atmosferica

Temperaturaaria

a 2 m

(ora solare) (gradi) (SETTORE) media (m/s) media (mbar) media (°C)

Valore Valore Valore Valore Valore Valore

01/03/2010, 03 247,5 OSO 2,4 1008,4 6,8

01/03/2010, 04 247,5 OSO 2,1 1008,7 6,2

01/03/2010, 05 270 O 1,6 1008,9 5,4

09/03/2010, 04 45 NE 2 1012,3 5,4

09/03/2010, 05 45 NE 2,1 1011,7 6

09/03/2010, 06 45 NE 2,2 1011,3 6,9

15/03/2010, 04 22,5 NNE 1,9 1018 3,6

15/03/2010, 05 22,5 NNE 2,1 1018,2 4,4

15/03/2010, 06 22,5 NNE 1,5 1018,6 4

*La direzione vento in gradi è quella di provenienza del vento con: 0°= N, 90°= E, 180°= S, 270°= O.

**La direzione vento in settori è quella di provenienza del vento, il settore è ampio 22.5° con assenella direzione indicata.

42

La direzione e le intensità dei venti sono state cartografate tramite il software

PRAGA (PRogramma di Analisi e Gestione dei dati Agrometeorologici), sviluppato dal

SIMC 11 dell'ARPA Emilia-Romagna. Il software può generare diversi tipi di cartografie,

le mappe seguenti sono state create tramite la sovrapposizione di un DEM, nel nostro

caso il DEM (Digital Elevation Model) del Nord-Italia, con i dati meteorologici delle più

vicine stazioni meteo. Le mappe si riferiscono alle ore delle tre immagini radar.

I punti di origine dei vettori corrispondono alle coordinate delle stazioni meteo, la

stazione più vicina al delta è quella di Pradon-Porto Tolle descritta in precedenza.

La lunghezza di ciascun vettore è direttamente proporzionale all'intensità del

vento associato ad esso. La maggiore intensità si riscontra nella mappa del

09/03/2010 (giorno della mareggiata), la minore intensità invece in quella del

15/03/2010.

Vettori e intensità del vento (m/s): 01/03/2010, ore 4

11 Servizio Idro-Meteo-Clima

43



44

4.3 Situazione mareografica

I dati mareografici sono uno strumento molto utile per le analisi costiere; ciò che

emerge dalle acque in un'immagine può essere spiegato proprio tramite tali dati.

Il mareografo è uno strumento che registra le variazioni del livello del mare e ne

stabilisce il valore medio, di norma orario, per un determinato luogo e periodo.

La rete mareografica nazionale è formata da 33 stazioni di misura distribuite

uniformemente sul territorio nazionale e posizionate prevalentemente all'interno

delle strutture portuali.

La situazione mareografica del delta è stata rilevata tramite i dati del mareografo

di Punta Salute, appartenente alla rete mareografica nazionale.

Punta Salute (Canale Giudecca) Venezia 45° 25' 50.41"N ; 12° 20' 10.99"E 1.81 m s.l.m.

I mareografi di Punta Salute e di Ravenna distano entrambi circa 54 km dal delta.

Data, ora Livello marea Punta Salute

(ora solare) (cm)

01/03/2010, 03 58

01/03/2010, 04 38

01/03/2010, 05 27

09/03/2010, 04 46

09/03/2010, 05 45

09/03/2010, 06 45

15/03/2010, 04 -5

15/03/2010, 05 -7

15/03/2010, 06 5

Alle ore 5 del 15/03/2010 la stazione di Punta Salute ha registrato il picco della

bassa marea, che ha portato all'affioramento delle nursery e di cordoni litorali

(Allegato 8, pag. 66), che risultavano sommersi nelle precedenti immagini radar.

45

4.4 Formato dei file elaborati

4.4.1 Shapefile e il modello vettoriale

Il formato utilizzato per tracciare i vettoriali della linea di costa è lo shapefile,

sviluppato e regolato da ESRI 12.

Lo shapefile descrive spazialmente le primitive geometriche:

-punto, costituito da una singola coppia di coordinate;

-polilinea, il punto iniziale e quello terminale sono chiamati estremi;

-poligono, il punto iniziale e quello terminale coincidono e chiudono il poligono.

La struttura vettoriale identifica geometricamente ciascun punto tramite delle

coordinate in 2, 3 o 4 dimensioni, nello specifico:

-2 dimensioni (x, y), riga e colonna, o latitudine e longitudine λ;ϕ

-3 dimensioni (x, y, z), con l'aggiunta di un valore di quota;

-4 dimensioni (x, y, z, m), con l'aggiunta di un valore ulteriore che può descrivere il

tempo o altre grandezze fisiche.

Il formato è tra i più diffusi nel campo dell'informazione geografica digitale.

Spesso con il termine shapefile si identifica il solo file *.shp, tuttavia da solo è

incompleto poiché interpretazione ed utilizzo dipendono da altri due file obbligatori:

FORMATO FILE CARATTERISTICHE

*.shp File che conserva le geometrie, obbligatorio

*.shx File che conserva l'indice delle geometrie, tiene conto delle relazioni che intercorrono tra gli oggetti, obbligatorio

*.dbf File che conserva il database degli attributi nel formato dBase IV, obbligatorio

Oltre ai citati obbligatori vi è una serie di dati opzionali che conservano indici e

dati accessori, tra cui:

*.sbn, *.sbx Indici spaziali

*.prj File che contiene l'informazione sul sistema di coordinate

*.shp.xml Metadato dello shapefile

12 ESRI, azienda statunitense nata nel 1969, distribuisce il software ArcMap.

46

4.4.2 Criteri per la vettorializzazione della linea di costa

La vettorializzazione della linea di costa è stata realizzata tramite

fotointerpretazione, applicando due criteri:

1. si considera come linea di costa le sole aree emerse;

2. le aree che risultano sommerse o spazzate dalle onde non sono vettorializzate.

I due criteri appena descritti sono concretizzati nella tabella.

Nel primo caso (Allegato 4, pag. 62) Punta della Maistra è interamente emersa. Lo

shapefile ricalca i confini del corpo sedimentario.

Nel secondo caso (Allegato 6, pag. 64) l'area risulta quasi interamente sommersa

(le linee orizzontali corrispondono alle onde).

AREA EMERSA AREA SOMMERSA

PUNTA MAISTRA, 01/03/2010, 17:25 PUNTA MAISTRA, 09/03/2010, 05:09

Gli shapefile prodotti sono poligoni inquadrati nel sistema geodetico WGS84,

proiezione UTM, zona 33T 13. Le immagini COSMO-SkyMed rientrano nel medesimo

sistema di riferimento.

13 La proiezione UTM divide la Terra in 60 fusi di 6° di longitudine, a partire dall'antimeridiano di Greenwich in direzione Est, le fasce di ampiezza della latitudine sono di 8°. Dall'intersezione tra fusi e fasce si hanno delle zone, e i confini italiani rientrano nelle zone 32T, 33T, 32S, 33S, fatta eccezione per la penisola salentina che si protende nelle zone 34T e 34S.

47

4.5 Risultati della ricerca

4.5.1 Estensioni a confronto

Le estensioni degli shapefile, divise per data ed espresse in ettari (ha), sono

SHAPEFILE

Carattere 01/03/2010 09/03/2010 15/03/2010

Numero poligoni 73 72 102

Estensione minima 0,008 0,0007 0,0006

Estensione massima 141,4 51,1 152,1

Media 4,6 2,9 3,7

Estensione totale 338,5 209,1 386,5

Il grafico seguente illustra le differenti estensioni degli shapefile.

La seguente tabella mostra le differenze colonna-riga tra le linee di costa.

DIFFERENZA COLONNA-RIGA (in ha)

DATE 01/03/2010 09/03/2010 15/03/2010

20100301 - -129,4 48

20100309 129,4 - 177,4

20100315 -48 -177,4 -

Infine la tabella con le variazioni percentuali colonna-riga.

VARIAZIONE PERCENTUALE COLONNA-RIGA (in %)

DATE 01/03/2010 09/03/2010 15/03/2010

01/03/10 - -38% 14%

09/03/10 62% - 85%

15/03/10 -12% -46% -

48

0 50 100 150 200 250 300 350 400

ESTENSIONI (in ha)

VALORI

IMM

AG

INI

09/03/10

15/03/10

01/03/10

4.5.2 Analisi multitemporale erosione-deposizione

L'analisi multitemporale delle immagini COSMO-SkyMed ha permesso di

generare una carta tematica, in cui sono rappresentate le aree che sono state

interessate da fenomeni di erosione e deposizione.

L'analisi è partita dall'unione dei vettoriali dello 01/03 e 15/03/2010 in un unico

layer (livello informativo). Nella nuova tabella degli attributi, di cui un estratto è

visibile sotto, sono state inserite le seguenti colonne:

-Erosione, l'insieme dei poligoni presenti solamente in data 01/03, tali aree

hanno come codice il numero 1;

-Deposizione, l'insieme dei poligoni presenti solo in data 15/03, codice 2;

-Ero_Dep, l'unione delle due colonne precedenti in un'unica colonna;

-FID_01 e FID_15.

FID Shape Erosione Deposizione Ero_Dep FID_01 FID_15

67 Polygon 1 0 1 70 -1

68 Polygon 1 0 1 71 -1

69 Polygon 1 0 1 72 -1

70 Polygon 0 2 2 -1 0

71 Polygon 0 2 2 -1 1

72 Polygon 0 2 2 -1 2

73 Polygon 0 2 2 -1 3

74 Polygon 0 2 2 -1 4

75 Polygon 0 2 2 -1 5

Figura 13 - Tabella degli attributi del GIS

Riassumendo si può stabilire che: se la colonna FID_01 (01/03/2010) contiene -1,

vuol dire che il poligono non era presente in quella data, ma nella successiva

(15/03/2010), quindi è un deposito (Ero_Dep:2).

49

Se invece la colonna FID_15 (15/03/2010) contiene -1, vuol dire che il poligono

non era presente in quella data, ma nella precedente, quindi è una erosione

(Ero_Dep: 1).

La carta tematica seguente rappresenta l'analisi erosione-deposizione: le aree

erose sono di colore rosso, le aree con deposizione grigie. La deposizione è distribuita

in modo omogeneo ed è statisticamente maggiore dell'erosione.

50

¯

CAPITOLO 5 - CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

L'obiettivo prefissato di questa tesi è stato lo studio dell'evoluzione della linea di

costa del delta del Po in seguito alla mareggiata del 9-10 marzo 2010.

Le immagini dei satelliti COSMO-SKyMed sono lo strumento impiegato per

l'analisi multitemporale. L'intervallo temporale di rivista di poche ore, unito all'elevata

risoluzione geometrica e la capacità di “vedere” attraverso nubi e nelle ore notturne,

rende la tecnica SAR uno strumento particolarmente adatto per la gestione delle

emergenze ambientali e per le operazioni di aggiornamento cartografico speditivo.

Il lavoro di tesi è riassunto nel seguente diagramma di flusso:

Il dato SAR, acquisito tipicamente in C o X, ha il limite che richiede software

specifici di elaborazione, spesso molto costosi. Presenta interpretazione complessa in

quanto i differenti oggetti appaiono diversi in relazione alla loro composizione,

52

ACQUISIZIONE DATI

COSMO-SkyMed 2 COSMO-SkyMed 3

PROCESSAMENTO E DESPECKLING TRAMITE SOFTWARE NEXT SAR

SCELTA CRITERI

VETTORIALIZZAZIONELINEA DI COSTA

ANALISI MULTEMPORALE E GENERAZIONE MAPPE

geometria e dimensione legata alla banda di acquisizione.

I risultati ottenuti indicano che:

-l'area di studio, in data 01/03/2010 e con condizioni mareografiche e

meteorologiche stabili, aveva un'estensione di 340 ha (Allegato 4, pag. 62)).

-l'estensione minima del 09/03 (210 ha) è dovuta alla mareggiata che ha

sommerso parte del litorale(Allegato 6, pag. 64).

-l'estensione massima del 15/03 (386 ha) è giustificata dalla bassa marea

(Allegato 8, pag. 66).

Al termine del lavoro si possono esprimere alcune considerazioni di carattere

generale. Dall'esperienza ottenuta si può affermare che la vettorializzazione manuale

tramite fotointerpretazione, se eseguita seguendo specifici criteri (4.4.2 Criteri per la

vettorializzazione della linea di costa) è una tecnica relativamente semplice, affidabile

ed economica su piccole aree. L’aspetto negativo che va evidenziato è la quantità di

tempo richiesta da questa operazione. Inoltre, al contrario di altre tecniche come

quella automatica, in cui il tempo totale di lavoro viene suddiviso in più procedimenti,

nella metodologia manuale l’utente è chiamato ad eseguire le stesse operazioni per

molto tempo, portando inevitabilmente a cali di attenzione e di conseguenza ad

errori. L'errore umano rimane quindi una variabile da non sottovalutare, ma allo

stesso tempo bisogna riconoscere come anche le procedure automatiche siano

affette da errori.

Un confronto tra le immagini COSMO-SkyMed e quelle acquisite da un satellite

che opera nel VNIR, ad esempio WorldView-2, sarebbe stato utile, ma viste le

condizioni meteo avverse e tempi di rivisita differenti ciò non è stato possibile.

53

Ringraziamenti

L'intero lavoro di tesi è stato un'esperienza estremamente formativa ed

interessante.

Ringrazio Marco Dianin (Centro Meteorologico di Teolo) per i dati meteorologici

della stazione di Pradon-Porto Tolle.

Ringrazio il Prof. Alberto Landuzzi (DICAM, UNIBO) per la correzione della tesi e

l'aiuto datomi.

Ringrazio il Prof. Giovanni Gabbianelli per il supporto fornito durante l'intero

periodo di lavoro.

Ringrazio il Dott. Andrea Spisni per avermi suggerito l'argomento del lavoro di

tesi e per la costante disponibilità nel corso dei mesi.

Ringrazio la mia famiglia e tutti gli amici che mi hanno accompagnato in questi

meravigliosi 3 anni di università.

54

BIBLIOGRAFIA

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sensing. International Journal of Environmental Science and Technology, 4. 2007. pp.

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201-2.

56

ALLEGATIINDICE DELLE CARTE

Allegato 1: carta geologica del delta del Po.................................................................59

Allegato 2: inquadramento geologico regionale.........................................................60







Allegato 9: Overlay vettoriali 01/03/2010-15/03/2010...............................................67

58

Allegato 1: carta geologica del delta del Po

Carta geologica d'Italia alla scala 1:100000-Foglio 65 Comacchio

Le litologie di superficie principali sono sabbie fluviali o di elaborazione litorale.

59

Allegato 2: inquadramento geologico regionale

Carta geologica d'Italia alla scala 1:50000-Foglio 187 Codigoro

60

Allegato 3: linea di costa 01/03/2010

Il delta alle ore 04:03 aveva una estensione di 339ha.

L'area risulta completamente emersa, non vi sono particolari fenomeni di marea

o di maltempo da segnalare. Lo Scano Boa ha una estensione di 141ha.

61

¯SC

ANO BOA

LAGUNABASSON

BUSA DRITTA

FOCE PO DI PILA

ISOLA DELLABATTERIA

LAGUNA DEL BURCIO

PUNTA DELLAMAISTRA

Allegato 4: Overlay vettoriale-immagine 01/03/2010

62


Il delta, alle ore 05:09, aveva una estensione di 209ha (la minore tra le 3

registrate). L'area è stata sommersa da una violenta mareggiata, descritta in dettaglio

nel par. 4.3. Lo Scano Boa risulta invaso dalle acque marine.

63

SCANO B

OA

LAGUNABASSON

BUSA DRITTA

FOCE PO DI PILA

ISOLA DELLABATTERIA

LAGUNA DEL BURCIO

PUNTA DELLAMAISTRA

¯


Nell'immagine è visibile la mareggiata che ha sommerso quasi completamente

Punta Maistra e lo Scano Boa.

64


Il delta alle ore 05:21 aveva una estensione di 386ha.

Siamo in fase di bassa marea, che ha fatto affiorare alcune nursery (strutture in

disuso per lo svezzamento delle vongole) e cordoni sabbiosi nella Laguna Basson.

Lo Scano Boa ha un'estensione di 152ha.

Le nursery e i cordoni in affioramento sono visibili nella Laguna Basson (a Sud).

65

SCANO BOA

LAGUNABASSON

BUSA DRITTA

FOCE PO DI PILA

ISOLA DELLA BATTERIA

LAGUNA DEL BURCIO

PUNTA DELLAMAISTRA

¯


Figura 14 – Localizzazione delle nursery di Tapes Philippanarum nella Laguna Basson

(carta modificata dalla Carta ittica di Rovigo, p.35)

66

Nursery 1Nursery 2

Nursery 3

Allegato 9: Overlay vettoriali 01/03/2010-15/03/2010

La linea di costa di colore celeste si riferisce al 01/03/2010, quella di colore verde

al 15/03/2010.

67

SCANO BOA

LAGUNABASSON

BUSA DRITTA

FOCE PO DI PILA

ISOLA DELLABATTERIA

LAGUNA DEL BURCIO

PUNTA DELLAMAISTRA

¯

"Dichiaro con la presente che il lavoro di tesi è stato da me personalmente redatto

sulla base di mie proprie ricerche e che ho segnalato puntualmente in nota e in

bibliografia le fonti, ossia le riprese letterarie dei testi critici, nonché qualsiasi ripresa

da pensiero altrui."

68

il radar ad apertura sintetica da satellite …...all’ufficio meteo statunitense immagini...

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