Sistema di Monitoraggio Termico da Telerilevamento Remoto e Prossimale della Regione Campania

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1 OSSERVATORIO VESUVIANO - INGV Regione Campania Assessorato alla Ricerca Scientifica Programma di promozione della ricerca scientifica in Campania LR n 5 del 28 marzo 2002 Sistema di Monitoraggio Termico da Telerilevamento Remoto e Prossimale della Regione Campania RELAZIONE FINALE Novembre 2005 Relazione finale delle attività di ricerca scientifica previste A cura di: Guido Ventura, Giuseppe Vilardo, Carlo Terranova Dicembre

2 1 Soggetto Proponente Personale impiegato nella ricerca Scopo del documento Descrizione del programma di ricerca Tempi e fasi di svolgimento Monitoraggio termico da piattaforma satellitare Landsat 7 ETM+ dell attività fumarolica della Solfatara (Campi Flegrei) Introduzione Dati Satellitari, Descrizione e Metodologia Stato dell arte Determinazione della temperatura Determinazione della flusso relativo Dati e metodologia Dati satellitari Metodologia Risultati Analisi multitemporale di Immagini Landsat 7 ETM+ notturne Conclusioni ASTER Dati satellitari Monitoraggio TIR prossimale Introduzione Sviluppo ed ingegnerizzazione del sistema Conclusioni Rilievo Laser Scanner Il sistema a scansione laser Generazione di DTM Il rilievo del Vesuvio Risultati Conclusioni Campagne di Misura e rilevamento dell attivita termica delle aree vulcaniche Stato termico dei bacini lacustri Bibliografia

3 1 SOGGETTO PROPONENTE Dati identificativi Osservatorio Vesuviano (INGV) Sezione di Napoli dell Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Indirizzo Sede Legale Via di Vigna Murata Roma Indirizzo Sede Operativa Via Diocleziano , Napoli Tel Fax mail@ov.ingv.it Rappresentante legale presidente@ingv.it Prof. Enzo Boschi (Presidente INGV) Persona delegata dal Rappresentante legale macedonio@ov.ingv.it Dott Giovanni Macedonio (Direttore OV) Responsabile Scientifico/Tecnico progetto Dott Guido Ventura Tel Fax ventura@ingv.it Responsabile amministrativo progetto Dott Giuseppe Patrizi (Direttore Amministrativo OV) Tel Fax patrizi@ov.ingv.it 3

4 2 PERSONALE IMPIEGATO NELLA RICERCA Personale Strutturato dell Ente Nome Cognome Qualifica Mesi Uomo Dott. Guido Ventura Primo Ricercatore 4 Dott. Giovanni Chiodini Dirigente di Ricerca 1 Dott. Giuseppe Vilardo Primo Ricercatore 3 Dott. ssa Rosa Nappi Tecnologo 4 Sig. Vincenzo Augusti Tecnico 4 Personale a contratto destinato a questo specifico progetto Nome Cognome Qualifica Mesi Uomo Prof. Carlo Terranova Laureato senior geologo con esperienza nel settore delle applicazioni di Telerilevamento e GIS 6 Dott. ssa Barbara Hirn Laureato junior geofisico con esperienza nel settore delle applicazioni IR 11 Sig. Giovanni Bronzino Tecnico esperto di trattamento dati cartografici digitali 6 4

5 3 SCOPO DEL DOCUMENTO Il presente documento rappresenta la relazione finale delle attività di potenziamento tecnologico e di ricerca scientifica previste nel Progetto Sistema di Monitoraggio Termico da Telerilevamento Remoto e Prossimale della Regione Campania, finanziato dall Assessorato alla Ricerca Scientifica della Regione Campania nell ambito del Programma di promozione della ricerca scientifica in Campania (LR n 5 del 28 marzo 2002). La descrizione delle fasi di lavoro è riferita alle complessive attività di progetto ed include la presentazione dei risultati tecnici e scientifici raggiunti con l elaborazione dei dati da telerilevamento satellitare ed aereo, con l integrazione dei sistemi tecnologici esistenti e con le sperimentazioni condotte durante il periodo di sperimentazione applicativa sulle aree geografiche di interesse. Sono pertanto descritte le attività riferite ai vari aspetti operativi previsti dal Progetto, indicando le principali problematiche affrontate e le criticità emerse nello svolgimento delle azioni così come previste dal cronoprogramma iniziale. La stesura della presente Relazione Tecnico-Scientifica corrisponde alla scadenza temporale conclusiva fissata dal cronoprogramma di Progetto. 5

6 4 DESCRIZIONE DEL PROGRAMMA DI RICERCA L'area geografica interessata dal presente Progetto è rappresentata dall'intera Regione Campania, con particolare riferimento a: (a) sistemi vulcanici attivi dei Campi Flegrei, del Somma Vesuvio e di Ischia. Questi sistemi sono caratterizzati da attività idrotermale e dalla presenza di aree di emissione di flussi termici attualmente non rilevati e monitorati in modo continuo e complessivo; (b) faglie sismogenetiche che delimitano ad est la Piana Campana e quelle intraappenniniche responsabili dei forti terremoti localizzati nel settore campano dell'appennino meridionale. Per il raggiungimento degli obiettivi descritti, il presente Progetto ha previsto lo svolgimento di un articolato programma di adeguamento e sviluppo delle attività di ricerca e sorveglianza vulcanologica sui temi descritti attraverso il potenziamento dell'attuale database di immagini termiche telerilevate per il monitoraggio, la sorveglianza, l'analisi e lo studio dei fenomeni. Le attività di Progetto sono state rappresentate dall'acquisizione dei dati telerilevati in configurazione multitemporale (per la durata del Progetto), dall'integrazione dei dati esistenti e di quelli acquisibili nel corso delle attività e dall'esecuzione di campagne di misura per la taratura sul terreno. Il Progetto prevedeva l acquisizione di circa 20 immagini notturne all'infrarosso termico da piattaforma Landsat 7 ETM+ (Pixel banda TIR 60*60m) corrispondenti a tutti i passaggi del satellite sull'area di studio in 12 mesi e N 6 immagini diurne termico Landsat 7 ETM+ (multispettrale e pancromatico). Tale dataset di immagini termiche è stato obbligatoriamente ridimensionato per avvenuto guasto alla sensoristica del satellite Landsat 7 che non ha consentito l acquisizione di dati di immagine nel periodo di svolgimento del progetto. Nonostante tale difficoltà, sono state utilizzate le immagini di archivio disponibili con l obiettivo di testare le potenzialità dell osservazione termica dallo Spazio per il monitoraggio diretto delle aree vulcaniche e geotermiche. Le immagini termiche, dopo opportuna geocodifica con ricampionamento nearest-neighbor in proiezione UTM ED 50, sono state processate per la correzione atmosferica ed altitudine usando il Modello Digitale del Terreno (Pixel 20m, IGMI) dell'area campana, già disponibile presso l'o.v.. La temperatura al suolo è stata ottenuta dai valori di emissività della superficie radiante utilizzando le procedure numeriche descritte in Harris e Stevenson (1997), Svanberg (2002) e Wooster e Kaneko (2002). Per una efficiente taratura del sistema, l'acquisizione delle immagini termiche dallo Spazio, di tipo notturno e diurno è stata accompagnata da dettagliate campagne di misura del flusso termico e gassoso nelle aree sorvegliate Inoltre, sempre al fine di tarare il sistema di acquisizione sono state effettuate misurazioni di temperatura dell'acqua marina e di bacini lacustri posti a differente quota. Per le aree caratterizzate da evidenti anomalie termiche sono stati effettuati voli con aeromobile equipaggiato con sensoristica di tipo laser scanner con l'obiettivo di dettagliare la morfologia del territorio di indagine. Particolare attenzione è stata infine rivolta al monitoraggio termico dei bacini lacustri presenti nelle aree vulcaniche della regione al fine di valutare la presenza di anomalie termiche dovute a degassamento in ambiente subacqueo. L'osservazione costante dello stato termico dei bacini lacustri consente di valutare la pericolosità connessa all'accumulo e possibile rilascio improvviso di gas (es. anidride carbonica). I risultati acquisiti sono stati riversati in ambiente GIS ed integrati con i database di dati territoriali in formato raster e vettoriale (Urbanizzato, Ortofoto colore pixel 1m, DTM a differente scala, carta delle pendenze, carta delle esposizione dei versanti, carte tematiche derivate da foto 6

7 aeree già acquisite nelle quali saranno distinte le aree vegetate da quelle urbanizzate e con roccia affiorante) e geologico-geofisico (sismicità, faglie, etc). Tale attività di analisi GIS è stata condotta al fine di (a) individuare ed evidenziare le strutture geologiche che controllano il degassamento e/o la risalita di fluidi in superficie; (b) studiare l'evoluzione spazio-temporale delle anomalie termiche per la valutazione del livello di pericolosità indotto dai processi di degassamento quale precursore di eruzioni idrotermali, magmatiche e/o freatomagmatiche e di terremoti e (c) produrre mappe tematiche rappresentative dell'escursione termica a lungo periodo (6-12 mesi) della regione Campania per ottenere una prima valutazione degli effetti termici di origine artificiale sul territorio. Le attività di progetto hanno quindi previsto: (i) l'integrazione dei dati termici con i dati geofisici e geochimici attualmente acquisiti nell'ambito delle attività di monitoraggio svolte dall'ov (attività sismica, deformazioni del suolo, flussi di gas, composizione delle fumarole, ecc.); (ii) la diffusione telematica (WEB GIS) delle osservazioni all'infrarosso termico e delle misure multiparametriche associate. Sono state pertanto sviluppate, in senso operativo, le attività di diffusione dei dati di base e delle informazioni a valore aggiunto prodotte attraverso l'immissione in rete dei dati, delle informazioni acquisite e prodotte, nonché dei complessivi risultati della ricerca, a cui i potenziali utenti potranno accedere tramite connessione con la rete INTERNET. In conclusione, attraverso tali acquisizioni ed elaborazioni si è inteso rendere più efficace il livello di studio, ricerca e sorveglianza delle aree vulcaniche attive e dei distretti sismogenetici della Regione Campania fornendo a tutta la comunità scientifica, nazionale ed internazionale, dati originali a valore aggiunto sui fenomeni di rilascio di energia termica. 5 TEMPI E FASI DI SVOLGIMENTO Il progetto della durata di 12 mesi ha previsto lo svolgimento delle seguenti attività: Acquisizione ed elaborazione dati telerilevati di tipo satellitare ed aereo; Acquisizione ed elaborazione di dati termici tramite campagne di misura a terra; Creazione database dati ancillari di supporto; Omogeneizzazione dei formati ed integrazione dei dati acquisiti ed elaborati in ambiente GIS; Diffusione delle informazioni e dei servizi (networking) I tempi di svolgimento previsti per ciascuna attività sono stati i seguenti: Attività # 1: mesi 01-12; Attività # 2: mesi 01, 04,08, 12; Attività # 3: mesi 06-09; Attività # 4: mesi 08-11; Attività # 5: mesi 10-12; 7

8 6 MONITORAGGIO TERMICO DA PIATTAFORMA SATELLITARE LANDSAT 7 ETM+ DELL ATTIVITÀ FUMAROLICA DELLA SOLFATARA (CAMPI FLEGREI) 6.1 Introduzione I campi fumarolici della Solfatara sono la manifestazione esterna della presenza di un acquifero idrotermale, localizzato a profondità non superiori a 2 km, riscaldato da una camera magmatica in raffreddamento, il cui tetto è stato posto tra 4 e 5 km di profondità dai dati petrologici (Armienti et al, 1983) e dall esplorazione geofisica (Ferrucci et al., 1989; Ferrucci et al., 1992). Il cratere della Solfatara ospita un area di degassamento diffuso (DDS) di 0.5 km 2 (Chiodini et al., 2001) e contiene diversi punti principali di degassamento quali (Figura 6.1 e Figura 6.2): La Bocca Grande (BG) e la Bocca Nuova (BN), situate nella parte Sud Est del cratere, la fumarola SOL1 collocata nella parte Nord in vicinanza delle Stufe e la Fangaia, localizzata nella parte centro- Sud. Figura 6.1 Localizzazione della Solfatara e delle due zone di riferimento Z1 (suolo eroso) e Z2 (edificato). 8

9 Figura 6.2 Localizzazione dei punti principali di degassamento, Bocca Grande (BG), Bocca Nuova (BN), SOL1 e Fangaia all interno dell area di degassamento diffuso (DDS). La BG è la fumarola a più alta temperatura. Tra il 1982 e il 1989 la sua temperatura è leggermente aumentata, passando da 153 a 162 C, mentre dal 1989 al 1999 è rimasta stabile su C (Martini, 1986; Chiodini et al, 1992; Chiodini et Marini, 1998, Chiodini et al, 2000; Capaccioni et Mangani, 2001; Cardellini et al., 2003). La BN è caratterizzata da una temperatura leggermente inferiore alla BG, con valori di C nel periodo (Chiodini et Marini, 1998, Chiodini et al, 2000, Cardellini et al, 2003). Infine la fumarola SOL1 presentava una temperatura di 97 C nel Luglio 1999 (Cardellini et al, 2003). 6.2 Dati Satellitari, Descrizione e Metodologia Stato dell arte Le fenomenologie vulcaniche a temperatura relativamente bassa, quali le fumarole del tipo di quelle della Solfatara, sono generalmente osservati in telerilevamento multispettrale tramite analisi della radianza emessa nella finestra spettrale dell Infrarosso termico (TIR). In letteratura sono riportati alcuni esempi di utilizzo di dati satellitari TIR di lunghezza d onda µm acquisiti dal radiometro a bassa risoluzione spaziale AVHRR (Bonneville et al. 1985) e della banda termica di lunghezza d onda µm del Thematic Mapper (TM) imbarcato su Landsat-5. 9

10 La distribuzione areale delle temperature delle fumarole presenti a Vulcano (Isole Eolie) nel 1986, venne determinata da Gaonac'h et al. (1994) tramite analisi TIR di un immagine Landsat-5 ripresa di notte, e confermata da analisi TIR di una seconda immagine Landsat-5 ripresa di giorno (Oppenheimer et al., 1993). Lo stesso risultato venne quindi ottenuto da Harris & Stevenson (1997) su una terza immagine del Determinazione della temperatura La determinazione della temperatura delle caratteristiche vulcaniche è basata sul fatto che un corpo nero, se riscaldato, irradia energia in un certo intervallo di lunghezze d'onda. Tale intervallo di lunghezze d'onda è strettamente legato alla temperatura del corpo: più caldo é il corpo, più corta è la lunghezza d'onda della radiazione. Poiché vi è un rapporto semplice fra la temperatura e l'energia radiante ad una lunghezza d'onda assegnata, è possibile misurare la temperatura di un corpo nero. Tuttavia, i radiatori naturali non si comportano come perfetti corpi neri, anche se molte rocce vulcaniche scure possono avere un comportamento che approssima quello dei corpo nero. Infatti, posta pari all unità l emissività spettrale del perfetto corpo nero, l'emissività delle rocce vulcaniche è normalmente compresa fra 0,99 e 0,80 in funzione della composizione della lava e della lunghezza d'onda considerata. Secondo la legge di distribuzione di Planck, la radianza spettrale L(λ,T) di una superficie omogenea è funzione della sua temperatura termodinamica T. La sua radianza spettrale è definita come segue: L(λ,T) = ε c 1 λ 5 / π [e (c2/λt) - 1] dove c 1 = 2 π h c 2 = Wm 2 (h è la costante di Planck, c la velocità della luce nel vuoto) c 2 = h c / k = m K (k é la costante di Boltzman), λ = lunghezza d onda (μm) ε = emissività della superficie e T = temperatura ( K) La radianza spettrale misurata al satellite è composta da tre termini: radianza riflessa dalla superficie (R λ,d ), radianza diretta verso l alto (R λ,up ) e radianza termica di superficie L(λ,T), la qual ultima è quella di nostro interesse. Più precisamente R λ = τ λ ρ λ R λ,d + R λ,up + τ λ L(λ,T) = R λ, non-termica + R λ,termica ove τ λ é il coefficiente di trasmissione atmosferico, o trasmissività, e ρ λ superficie-bersaglio. é la riflettività della Nel caso di immagini riprese di giorno, il contributo a R λ,t del riscaldamento dovuto al sole è ovviamente significativo nella finestra TIR e comporta il peggioramento del rapporto Segnale/Rumore. Ciò contribuisce tra l altro alla diminuzione della capacità di discriminazione tra i pixels termicamente anomali ed il fondo termico normale. Usando dati ripresi di notte, invece, la radianza riflessa diventa nulla e il contributo dovuto al riscaldamento del sole comunque minore di quello diurno può diventare trascurabile se la scena è ripresa molte ore dopo il tramonto. Dato il migliorato rapporto S/R, le immagini riprese di notte permettono una determinazione più precisa della radianza termica: intuitivamente, tuttavia, la geolocalizzazione dei pixels di interesse è meno precisa. Per quanto riguarda questa sperimentazione si preciserà infine che (a) la trasmissività τ λ è stata determinata dal modello di correzione atmosferico LOWTRAN Mid-latitude Summer per una quota di 100m s.l.m. (nella finestra dell infrarosso termico R λ, non-t contribuisce fra il 6% ed il 16% al valore totale R λ ) e che (b) l emissività ε é stata ottenuta da analisi FTIR effettuata nell intervallo cm -1 su tre campioni prelevati in prossimità delle tre fumarole principali Determinazione della flusso relativo Il flusso radiante relativo Ws misurato, secondo Gaonac'h et al. (1994), può essere stimato solo attraverso la banda termica. Usando la formula di Sekioka e Yuhara,1974, e assumendo θ piccolo rispetto a θ può essere calcolato come segue: 10

11 Ws =4.614 ε ( )(e) 0.5 ) θ Dove: ε = remissività della banda 6; e = pressione di vapore; θ = differenza tra massimo θ all'interno dell'anomalia e minimo θ di ogni pixel adiacente all'anomalia. 6.3 Dati e metodologia Dati satellitari In questo studio è stato utilizzato un totale di 5 immagini satellitari Landsat 7 ETM+ notturne, di cui n.2 riprese in Agosto 2001 e n.3 nel periodo Marzo-Aprile 2003, (Tabella 1). Data di acquisizione Track/Row Radiometro /212 Landsat 7 ETM /212 Landsat 7 ETM /212 Landsat 7 ETM /212 Landsat 7 ETM /212 Landsat 7 ETM+ Tabella 1 Immagini satellitari analizzate Landsat-7 opera su orbite eliosincrone circolari, quasi polari, poste ad un altezza di circa 705 Km con una frequenza di rivisitazione di 16 giorni. Il sensore ETM + imbarcato su Landsat 7 (Tabella 2), lanciato in Aprile 1999, offriva due apprezzabili perfezionamenti per l identificazione dei rischi vulcanici rispetto al suo precedessore TM: la banda pancromatica, con risoluzione spaziale di 15 metri, originariamente programmata per essere introdotta su Landsat 6 Enhanced Thematic Mapper (ETM), può essere impiegata per mappare con più precisione che nel NIR canali di lava ad alta temperatura; una risoluzione spaziale di 60 metri nell IR termico. Finestra dello spettro elettromagnetico Visibile VIS Bande Lunghezza d onda centrale (µm) Intervallo di lunghezza d onda (µm) Dimensione pixel (m) VIS-NIR Pancro *15 blu * 30 verde * 30 rosso * 30 Infra-rosso vicino (NIR) * 30 Infra-rosso medio (SWIR) * 30 Infra-rosso termico (TIR) *60 Infra-rosso (SWIR) * 30 Tabella 2 Parametri del sensore Landsat 7 ETM + 11

12 6.3.2 Metodologia Tutte le immagini sono state georeferenziate tramite l algoritmo di ricampionamento Nearest Neighbor al fine di conservare i valori iniziali di DN dei pixels. Data la relazione lineare tra la radianza al satellite e il valore di DN per ogni pixels, i valori dei DN sono stati convertiti in Radianza (espressa in Wm -2 µm -1 sr -1 ) utilizzando i parametri di calibrazione. La radianza TIR, cioè nella banda 6 di Landsat-7(ETM+) è stata trasformata in temperatura integrata Ti. Le temperature ottenute sono state corrette dall effetto di raffreddamento adiabatico con gradiente termico verticale di 6 C/1000m (Bonneville et al., 1985, Gaonac h et al, 1994), tramite l utilizzo di un DEM. Dal momento che il riscaldamento del suolo legato alla radiazione solare varia in funzione della data di ripresa dell immagine e dell ora del giorno, è necessario eliminare questo contributo dal valore della temperatura integrata misurata anche al fine della coerenza dell analisi multitemporale. Per questa ragione, sono state identificate da DSM e da caratteristiche riflettive spettrali due zone (denominate zone di riferimento Z1 e Z2, v. Figura 6.1) con le seguenti caratteristiche: assenza di vegetazione; quota confrontabile con quella della Solfatara ( m); stessa esposizione della Solfatara alla radiazione solare. Le temperature integrate Ti Z1 e Ti Z2 misurate in queste due zone sono considerate rappresentative del riscaldamento superficiale dovuto alla radiazione solare. I valori Ti Z1 e di Ti Z2 sono stato sottratti alla temperatura integrata dell immagine satellitare. Ogni pixel di coordinate (x,y) è caratterizzato da due temperature relative θ 1, θ 2 e dalla temperatura relativa media θ m dove: θ 1 (x,y)= Ti (x,y) - Ti Z1 ; θ 2 (x,y )= Ti (x,y) - Ti Z2 e θ m (x,y) = (θ 1 + θ 2 ) / 2 Il flusso radiante relativo Ws definito da Gaonac'h et al. (1994), in corrispondenza dalle DDS è stato calcolato (Chiodini et al., 2001) per ogni data di ripresa. Ws = ε ( )(e) 0.5 ) è max Il calore radiante totale Q è stato determinato considerando i pixel della DDS caratterizzati da θ m >2K. Q =Σ i A* ε ( )(e) 0.5 ) θ m,i 6.4 Risultati L analisi della banda termica (banda 6) delle immagini ETM+ riprese di notte ha permesso di rilevare, localizzare e misurare le temperature integrate Ti delle fumarole SOL1, Bocca Nuova, Bocca Grande e Fangaia. Nella Figura 6.2 le diverse fumarole presenti alla Solfatara sono localizzate su ortofoto (pixel di 1m 2 ). Sulla Figura 6.3 che rappresenta la banda termica dell immagine ETM+ si possono notare tre zone termicamente anomale. 12

13 Figura 6.3 Temperatura integrata alla Solfatara dell immagine Landsat 7 ETM+ ripresa di notte il Lo spostamento delle zone calde rilevate sull immagine Landsat rispetto alla localizzazione delle fumarole è dovuto a due fattori principali: (i) il georiferimento dell immagine Landsat che difficilmente può essere effettuato con una precisione orizzontale migliore della diagonale del pixel (104m), e (ii) l impossibilità di localizzare la fumarole all interno del pixel stesso. La temperatura integrata di ogni pixel è la somma del contributo della frazione di superficie f del pixel occupato dall anomalia termica di origine vulcanica caratterizzata da una temperatura T H (nel caso specifico T H è uguale alla temperatura reale della fumarola misurata a terra) e del contributo della frazione di superficie (1-f ) del pixel a temperatura T B, ove T B è la temperatura del suolo. La frazione superficiale f dipende ovviamente dalla dimensione del pixel dell immagine considerata. 13

14 6.4.1 Analisi multitemporale di Immagini Landsat 7 ETM+ notturne I valori delle temperature integrate in corrispondenza delle diverse fumarole presenti alla Solfatara sono riportati in Figura 6.4, insieme ai valori delle temperature integrate delle due zone di riferimento Z1 e Z2. Figura 6.4 Temperatura integrata calcolata per i pixels in corrispondenza delle fumarole SOL1, Bocca Nuova, Bocca Grande e Fangaia. I valori delle temperature medie in corrispondenza delle diverse fumarole sono invece riportati in Figura 6.5, insieme ai valori delle temperature medie delle due zone di riferimento Z1 e Z2. 14

15 Figura 6.5 Temperatura media calcolata per i pixels in corrispondenza delle fumarole SOL1, Bocca Nuova, Bocca Grande e Fangaia. Si possono notare valori più alti in coincidenza dei mesi estivi sia per le fumarole che per le zone di riferimento. Il contributo del riscaldamento dovuto al sole, che rappresenta la componente principale della temperatura integrata, non permette di identificare le variazioni termiche e dimensionali assolute delle fumarole nel tempo. Il monitoraggio dell attività fumarolica tramite analisi multitemporale di immagini satellitari ripresa di giorno può dunque essere effettuato unicamente considerando le variazioni delle temperature relative di pixel. La temperatura relativa è funzione di due fattori indipendenti: 1) la frazione superficiale f del pixel occupata dalla sorgente di calore 2) la temperatura TH della sorgente. Per questa ragione, l aumento della temperatura relativa può essere associato sia ad un aumento delle frazione f, sia ad un incremento della temperatura T H. Nel nostro caso, se la temperatura relativa media θ m calcolata per ogni cella o pixel ha valore positivo, cioè temperatura superiore alla media di background (in riferimento alle due zone Z1 e Z2), si presuppone la presenza di bocche di degassamento all interno del pixel. 15

16 La distribuzione delle temperature relative medie θ m, per ogni immagine Landsat 7 ETM+ analizzata è riportata in Figura 6.6. Figura L7 ETM+ del Figura L7 ETM+ del Figura L7 ETM+ del Figura Landsat 7 ETM+ del

17 Figura 6 Distribuzione delle temperature relative medie θ m sulle 5 immagini satellitari Landsat 7 ETM+ riprese di note in corrispondenza della DDS. Figura L7 ETM+ del In Figura 6.7, i punti di θ m piu alti, rilevati sull immagine Landsat 7 ETM+ del sono sovrapposti sull ortofoto a colori della Solfatara. Figura 6.7 Temperature relative medie rilevate sull immagine Landast 7 ETM+ ripresa di notte il , sovrapposte all ortofoto digitale della Solfatara. 17

18 Sull insieme delle immagini satellitari studiate, le temperature relative rilevate in corrispondenza della Bocca Nuova e della Bocca Grande sono generalmente superiori a quelle osservate in corrispondenza della SOL 1 e della Fangaia (Figura 6.5). Tra le osservazioni di possibile rilievo ai fini del mutuo supporto e/o convalida di dati geochimici, si citeranno i seguenti punti: In Agosto 2001 (Figura 6.5) si osserva una diminuzione generale della temperatura relativa su tutti i pixels corrispondenti alle fumarole. Tra inizio Marzo e inizio Aprile 2003 si osserva un leggero aumento della temperatura relativa alla Fangaia e alla Bocca Grande e valori stabili indi temperatura relativa in corrispondenza della SOL1 e della Bocca Nuova. Il flusso relativo Ws misurato in corrispondenza della DDS è compreso tra Wm -2 in Agosto 2001 e tra Wm -2 nel periodo Marzo-Aprile 2003 (Tabella 3). Tali valori appaiono in buon accordo con l ordine di grandezza dei valori (15-20 Wm -2 a metà Novembre 2001 e Wm -2 nel Febbraio 2003) misurati al suolo dalla stazione per la misura del flusso termico posta in prossimità della stazione FLOXV1 (rapporto OV Geochimica. Avino et al, 2002). Si noterà infine che il calore radiante relativo totale Q diminuisce tra il 5 Agosto e il 21 Agosto 2001 e rimane stabile durante il periodo Marzo-Aprile 2003 con un valore medio di 1,7*10 6 Watts. (Tabella 3). data θ max Ws Q 05/08/2001 9, , , /08/2001 6,915 24,2647 1, /03/2003 9, ,9376 1, /03/2003 9, , , /04/ ,949 41, , Tabella 3 θ max, Ws e Q determinati dalle analisi delle immagini satellitari notturne L7 ETM+ 6.5 Conclusioni Le eccellenti caratteristiche di sensibilità e risoluzione spaziale TIR di Landsat 7 ETM+, sfruttate in modalità differenziale multi-temporale, hanno consentito di rilevare, localizzare, misurare e monitorare le temperature individuali delle fumarole interne al cratere della Solfatara dei Campi Flegrei tra Agosto 2001 e Marzo-Aprile 2003 e di determinare il flusso termico relativo. L utilizzo di aree di riferimento, situate al difuori della zona di degassamento diffuso, si è rivelato essenziale ai fini della rimozione del contributo radiativo dovuto al riscaldamento solare, dunque indispensabile nel caso di monitoraggio dell attività fumarolica tramite analisi multitemporale di immagini multispettrali acquisite da diverse piattaforme e diversi radiometri. Si noterà infatti che sin da fine-maggio 2003 Landsat 7 ETM+ acquisisce le immagini solo in modalità Scan Line Corrector-OFF, il che lo rende definitivamente inidoneo a misure spettrali. Orbene, dato che il successore Landsat-8 è atteso in operazione non prima della primavera 2006, e dato che Landsat-5/TM è giunto ormai al termine della propria - straordinariamente longeva - vita operativa, le attività di monitoraggio quantitativo e sinottico che implichino un massiccio utilizzo dell informazione SWIR-TIR dovranno necessariamente migrare su altre piattaforme ad alta risoluzione. 18

19 In merito, nel breve e medio termine si suggerisce di ricorrere al radiometro ASTER sviluppato da NASDA, imbarcato sulla piattaforma TERRA della NASA ed operativo sin dal ASTER 7.1 Dati satellitari In questo studio è stato utilizzato un totale di 3 immagini satellitari ASTER notturne (Tabella 7.1). Data di acquisizione Track/Row Radiometro /212 ASTER /212 ASTER Tabella 7.1 Immagini satellitari analizzate The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) is one of several instruments on the EOS AM1 platform (which has since been renamed "Terra") The ASTER instrument has 3 downlooking radiometers, one for the visual and near infrared range (VNIR), which covers the wavelength range microns; the short wave infrared (SWIR) telescope, microns, and the thermal infrared radiometer (TIR), microns. Characteristic VNIR SWIR TIR Spectral Range Band 1: µm Nadir looking Band 2: µm Nadir looking Band 3: µm Nadir looking Band 3: µm Backward looking Band 4: µm Band 10: µm Band 5: µm Band 11: µm Band 6: µm Band 12: µm Band 7: µm Band 13: µm Band 8: µm Band 14: µm Band 9: µm Ground Resolution 15 m 30m 90m 19

20 Figura Full Frame: Aster del Figura Zoom Campi Flegrei: Aster del Figura Distribuzione delle temperature relative medie θm sull immagine satellitare Aster del riprese di notte in corrispondenza della DDS. Figura 7.1 Aster del