Osservazione della Terra: sviluppo di dispositivi e metodologie per l’analisi ambientale

Competenze di Area

L’Osservazione della Terra (OT) consiste nella raccolta di dati, sia da remoto che in situ, da sorgenti multiple e nella loro elaborazione al fine di estrarne d’informazione utile a generare conoscenza  riguardo ai processi fisici, chimici e biologici della Terra (variabili, indici, indicatori), con l’obiettivo di monitorarne lo stato e i cambiamenti, sia di origine naturale che antropica. Gli ambiti applicativi delle tecniche di OT ricadono nelle scienze climatiche, nella definizione e valutazione di nuove politiche per la gestione sostenibile delle risorse naturali, nella protezione degli ecosistemi, nella mitigazione dei rischi e la salvaguardia della salute umana, nonché nella promozione della crescita ecostenibile in campo economico e sociale.

 Le attività scientifiche del Gruppo OT del CNR-IIA ricadono all’interno di una più ampia comunità come il  Group on Earth Observations Committee on Earth Observation Satellite (GEO) il quale rappresenta una partnership intergovernativa che punta a incrementare la disponibilità, l’accesso e l’uso di dati e tecniche OT per migliorare lo stato di salute del Pianeta. GEO promuove quindi una condivisione aperta, gratuita e coordinata di dati e infrastrutture OT al fine del miglioramento della ricerca, nonché dei processi decisionali e attuativi di numerose discipline. A tale scopo, la comunità GEO è impegnata nello sviluppo del Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) a beneficio dell’intera umanità. In questo ambito si inserisce Copernicus, il Programma di Osservazione della Terra dell’Unione Europea, che guarda al nostro pianeta e al suo ambiente per il massimo beneficio di tutti i cittadini europei.

L’attività dei ricercatori afferenti all’area tematica Osservazione della Terra: Sviluppo di Dispositivi e Metodologie per l’analisi ambientale dell’IIA, si propone di integrare i dati multi-sorgente mediante l’utilizzo di tecniche di intelligenza artificiale e di sistemi data cube e di cloud computing su piattaforme europee che forniscono accesso ai dati Copernicus (note col nome di Data and Information Access Services, DIAS) e di estrarne tutte le informazioni utili a generare nuova conoscenza .

Referente d’area: Maria Adamo

La ricchezza e la complementarietà delle competenze, che vanno dalla calibrazione, all’analisi ed alla pubblicazione dei dati, ai prodotti e ai modelli (algoritmi) in ambito GEO ed EuroGEOSS costituisce un punto di forza dell’Istituto nell’affrontare le sfide relative ai prossimi obiettivi di sviluppo sostenibile.

L’analisi delle variabili essenziali, dei principali indicatori e dei trend temporali di cambiamento avrà il duplice obiettivo di:

  • dare supporto trasversale alle altre aree tematiche dell’Istituto, ad esempio attraverso lo studio della distribuzione spaziale degli inquinanti atmosferici, principale oggetto di studio dei ricercatori dell’IIA;
  • rendere disponibili i dati, i modelli e le conoscenze, attraverso l’utilizzo di sistemi GIS (Geographical Information Systems) e dei Virtual Laboratories sviluppati dall’area tematica relativa alla condivisione delle informazioni geospaziali, a supporto delle attività del programma Copernicus e delle politiche ambientali che vedono il principale coinvolgimento del gruppo GEO, come ad esempio l’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, gli Accordi di Parigi sul Clima, a il Framework Sendai per la Riduzione del Rischio di Catastrofi.

 

In questo contesto, è utile sottolineare alcuni aspetti dell’attività svolta dai ricercatori afferenti a questa area tematica. La prima è relativa all’importanza dell’attività di acquisizione di dati in-situ, ai fini delle della calibrazione e validazione dei dati telerilevati e dei prodotti derivati (core and downstream services). Notevole interesse è anche rivolto alla componente atmosferica del dato di OT e allo sviluppo di algoritmi per la correzione atmosferica delle immagini. In tale ambito, sono state sviluppate competenze sia nello studio della risposta radiometrica delle diverse superfici, naturali e non, sia sullo studio del trasferimento radiativo in atmosfera. Inoltre, l’uso di dati da satelliti di nuova generazione (es., SENTINEL-5P) e dati a terra verrà finalizzato al monitoraggio della qualità dell’aria in contesti urbani e rurali.

L’intervallo spettrale di interesse è quello del VIS, NIR, SWIR e TIR, offerto sia da missioni multi-spettrali che iper-spettrali. L’IIA infatti ha sviluppato negli ultimi anni una notevole esperienza nell’analisi dei dati iper-spettrali sia aviotrasportati (MIVIS) che da campo/laboratorio, fondamentali per l’analisi dei dati della nuova missione PRISMA dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per la gestione integrata del territorio. Tali conoscenze sono state utilizzate negli anni per lo sviluppo di metodiche innovative utili allo studio di particolari problematiche ambientali quali la detection e la valutazione dell’usura delle coperture in cemento-amianto e il monitoraggio area soggette a discariche controllate e non. Inoltre, l’applicazione di flussi complessi di dati multi sorgente consente l’applicabilità di tali tecniche a contesti eterogenei quali l’agricoltura di precisone, la separazione di polimeri plastici, il retrieval della above ground biomass e l’usura dei conglomerati bituminosi.

Altre rilevanti conoscenze ed esperienze sono state acquisite nell’analisi di dati da sistemi attivi Radar ad Apertura Sintetica (SAR), aviotrasportati o montati su piattaforme satellitari. Le più recenti e future applicazioni SAR riguardano in particolare:

a) l’estrazione ad alta risoluzione dei campi di vento, considerati una variabile essenziale per il monitoraggio del clima e degli ecosistemi in aree marino-costiere;

b) il monitoraggio di infrastrutture in ecosistemi urbani;

c) l’integrazione con i dati ottici, per la classificazione della copertura del suolo in aree affette da copertura nuvolosa.

Nell’ambito di progetti finanziati dalla Comunità Europea (HORIZON 2020) e dagli Enti nazionali e regionali, le applicazioni di dati e tecniche OT riguardano principalmente il monitoraggio della biodiversità e degli ecosistemi naturali ed urbani, il monitoraggio di aree di interesse archeologico, di aree a particolari criticità ambientali e lo sviluppo tecnologico inerente l’agricoltura di precisione. In tale ambito, l’IIA ha collaborato attivamente con le Pubbliche Amministrazioni, realizzando cartografie tematiche a supporto dei sistemi decisionali.

 

Capacità dell’Area

L’area di ricerca “Osservazione della terra” dispone di personale di ricerca e personale tecnico con alta qualificazione in termini di competenze, skills e responsabilità, inoltre collaborano ai progetti e al lavoro dell’Istituto assegnisti e BORSISTI supportano i ricercatori ed i tecnici nei laboratori e nelle missions.

LABORATORI E STRUMENTAZIONI