WHERE World HEritage monitoring by Remote sensing

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1 WHERE World HEritage monitoring by Remote sensing L Osservazione della Terra a salvaguardia dei Beni Culturali MONITORAGGIO DEGLI ASPETTI METEO-CLIMATICI DI UN SITO DOTT. MARCO FOLEGANI (MEEO)

2 Monitoraggio degli aspetti meteo-climatici 1 UTILIZZO DI IMMAGINI MULTISPETTRALI (MODIS, ASTER)

3 Prodotti per il Monitoraggio di aspetti meteo-climatici 2 fattori di rischio legati all'impatto dell'inquinamento e dei i fattori metereologici/climatici su piccola scala PM10 Maps PM2.5 Maps LST HR Maps (High Resolution) LST MR Maps (Medium Resolution) AirTemp Maps RH Maps (Relative Humidity) Surface Erosion Index (Indice di Erosione Superficiale) Quantifica la potenziale perdita di materiale per anno Blackening Index (Indice di Annerimento) Tiene in considerazione l accumulo di particolato Physical Stress Index (Indice di Stress Fisico) Indice di danno causato dalla interazione tra fattori termici ed igrometrici e il materiale e i cicli di congelamento e scongelamento

4 = Automatic process = Manual process Data download (1) t 0 (1) Data preparation (2) t 1 (2) Satellite/ ground matching(3) t 2 (3) Satellite/ ground merging (4) (4) t 3 Ground: Measured values Satellite: Expected values Results/ accuracy assessment (5) (5) t 4 t 5 3

5 4 Validation of the Meteo-Climate Processing Chain The validation methodology makes use of the spatial-temporal collocation method to make the parameters comparable each-other. Temporal collocation Three levels of comparison: 1. Direct comparison with daily averages of data from ground stations (PM10 maps); 2. Direct comparison of the product with data from ground stations, by choosing the ground value that is temporally nearest to the satellite overpass (AirTemp and RH maps); 3. Comparison with skin temperature values from ECMWF meteo-climatic models (LST _MR maps), choosing the time that is nearest to the satellite overpass (12:00 step).

6 5 Validation of the Meteo-Climate Processing Chain Spatial collocation Station Station Station Station Station PM 2.5, PM 10, Air Temperature, RH, LST Maps provided by MEEO as WHERE products: each pixel (the minimum unit) contains values of the parameter over an area of 1km 2 /100m 2. For validation purposes, the values extracted from the map (PM 2.5 /PM 10 /Air Temperature/RH/ LST) is averaged over an area that is delimited by a 3km radius.

7 6 Validation Datasets Satellite data (AOI) AOI - Bounding Box: UL --> LR --> From NASA Ladsweb portal : Atmospheric profiles MOD07 Aerosol MOD02 Ground data (POI) ARPA Lazio Meteorological Stations (lat, lon; elevation): Roma Ciampino (41.80, 12.55; 105 m) Roma Fiumicino (41.80, 12.23; 3 m) Roma Urbe (41.95, 12.50; 19 m) hp ARPA Lazio Air quality Stations (Type; lat, lon; elevation): Arenula (Background; , ; 31 m) Bufalotta (Background; , ; 41 m) Cinecittà (Background; , ; 53 m) Cipro (Background; , ; 31 m) Fermi (Traffic; , ; 26 m) Francia (Traffic; , ; 43 m) Magna Grecia (Traffic; , ; 49 m) Tiburtina (Traffic; , ; 32 m) Villa Ada (Background; , ; 50 m) Temporal range: year 2009

8 7 Validation Results: Air Temperature Maps AirTemp ( C) Station Roma Fiumicino Sat means - annual Ground means - annual Annual mean diff (sat-ground) Annual mean error (%) R 2 - annual Sat means - monthly Ground means - monthly Monthly means diff (sat-ground) Monthly means error (%) R 2 - monthly 24, ,6967 3, ,63 0, , ,8843 3, ,21 0,9740 Roma Urbe 20, ,2369 0,3794 1,87 0, , ,3948 0,3169 1,82 0,9660

9 Validation Results: Air Temperature maps (monthly mean trends, 2009) 8

10 9 Validation Results: Relative Humidity maps RH (%) Station Sat means - annual Ground means - annual Annual mean diff (satground) Annual mean error (%) R 2 - annual Sat means - monthly Ground means monthly Monthly means diff (satground) Monthly means error (%) R 2 - monthly Roma Ciampino 57, ,9075-4,3515-7,03 0, , ,4095-6,1239-9,22 0,8155 Roma Fiumicino 55, ,3401 1,3012 2,39 0, , ,6149 2,1928 3,81 0,7199 Roma Urbe 60, ,1050-0,9002-1,47 0, , ,8552-0,2393-0,39 0,4791

11 Validation Results: Relative Humidity maps (monthly mean trends) 10

12 11 Validation results: PM10 Maps, 2009 Station Arenula (B) Bufalotta (B) Cinecittà (B) Sat means - annual Ground means - annual Annual mean diff (satground) PM 10 (µg/m 3 ) Annual mean error (%) R 2 - annual Sat means - monthly Monthly Ground means diff means - (satmonthly ground) Monthly means error (%) R 2 - monthly 40, ,0690 4, ,49 0, , ,4824 4, ,40 0, , ,3542 9, ,88 0, , ,1304 7, ,03 0, , ,5169 5, ,12 0, , ,9237 1,9883 5,38 0,6197 Cipro (B) 39, ,2932 8, ,27 0, , ,5264 7, ,60 0,5727 Fermi (T) 39, ,7768 2,6377 7,17 0, , ,3647 0,1080 0,28 0,2087 Francia (T) Magna Grecia (T) Tiburtina (T) Villa Ada (B) 35, , , ,48 0, , ,9362 8, ,70 0, , ,4000 3,3555 8,97 0, , ,9865 2,1553 5,67 0, , ,2381 0,2346 0,61 0, , ,0849-2,9811-7,26 0, , ,2697 9, ,23 0, , ,6305 8, ,24 0,6097 The monthly mean trends here displayed represent of a selection of the three stations with the best assessed performances: Villa Ada (background), Arenula (background) and Cinecittà (background).

13 Validation results: PM10 Maps (monthly mean trends, 2009) 12

14 13 Validation results: PM10 Maps, 2011 PM 10 (µg/m 3 ) Station Sat means - annual Ground means annual Annual mean diff (satground) Annual mean error (%) R 2 - annual Sat means - monthly Ground means monthly Monthly means diff (satground) Monthly means error (%) R 2 - monthly Arenula (B) 32,98 32,63 0,34 0,01 0,10 35,14 33,39 1,75 0,05 0,74 Bufalotta (B) 22,99 31,27-8,28-0,26 0,14 25,92 33,60-7,68-0,23 0,74 Cinecittà (B) 28,03 34,84-6,81-0,20 0,03 29,63 35,26-5,63-0,16 0,49 Cipro (B) 25,21 28,11-2,90-0,10 0,02 26,67 29,34 2,67 0,09 0,32 Fermi (T) 30,84 33,42-2,58-0,08 0,09 33,78 35,24-1,45-0,04 0,81 Francia (T) 17,68 37,58-19,90-0,53 0,00 19,50 40,37-20,87-0,52 0,34 Magna Grecia (T) Tiburtina (T) Villa Ada (B) 30,33 34,65-4,31-0,12 0,14 33,86 35,77-1,90-0,05 0,52 26,21 36,64-10,43-0,28 0,28 29,54 39,16-9,62-0,25 0,88 24,20 26,64-2,44-0,09 0,22 27,19 27,90-0,71-0,03 0,78

15 14 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (K) MAX MAPPA DI TEMPERATURA DELL ARIA SU ROMA (AIR TEMPERATURE), MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

16 15 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (K) MAX MAPPA DI TEMPERATURA DELL ARIA SU MATERA (AIR TEMPERATURE), MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

17 16 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (%) MAX MAPPA DI UMIDITA RELATIVA (RELATIVE HUMIDITY) SU ROMA, MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

18 17 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (%) MAX MAPPA DI UMIDITA RELATIVA (RELATIVE HUMIDITY) SU MATERA, MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

19 18 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (K) MAX MAPPA DI TEMPERATURA DEL SUOLO (LAND SURFACE TEMPERATURE) SU ROMA, MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

20 19 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (K) MAX MAPPA DI TEMPERATURA DEL SUOLO (LAND SURFACE TEMPERATURE) SU MATERA, MEDIA TRIMESTRALE (PRIMAVERA 2009)

21 20 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (μg/m 3 ) MAX MAPPA DI PM10 SU ROMA, SINGLE OBSERVATION (09/04/2011)

22 21 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (μg/m 3 ) MAX MAPPA DI PM10 SU MATERA, SINGLE OBSERVATION (24/03/2011)

23 22 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (μg/m 3 ) MAX MAPPA DI PM2.5 SU ROMA, SINGLE OBSERVATION (27/05/2011)

24 23 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (μg/m 3 ) MAX MAPPA DI PM2.5 SU MATERA, SINGLE OBSERVATION (13/09/2011)

25 24 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (K) MAX MAPPA DI TEMPERATURA DELL ARIA (AIR TEMPERATURE), MEDIA MENSILE (MAGGIO 2009)

26 25 Monitoraggio ambientale da satellite MIN (μg/m 3 ) MAX MAPPA DI PM 10, MEDIA MENSILE (MAGGIO 2009)

27 26 Monitoraggio ambientale da satellite EFFETTI DEL PARTICOLATO SUI MONUMENTI E STIMA DELL INDICE DI RISCHIO DI ANNERIMENTO

28 27 Monitoraggio ambientale da satellite VELOCITÀ DI DEPOSIZIONE MAPPA DI RISCHIO DI ANNERIMENTO [PM 10 ] Elaborazione

29 28 Stima dell indice di annerimento VEDUTA DI ROMA DA GOOGLE STREET MAP

30 29 Stima dell indice di annerimento SITO UNESCO DI ROMA

31 30 Stima dell indice di annerimento CENTRO STORICO DI ROMA

32 31 Stima dell indice di annerimento CENTRALINE DI MONITORAGGIO AMBIENTALE ARPA

33 32 Stima dell indice di annerimento INTERPOLAZIONE GEOSTATISTICA DELLE RILEVAZIONI DA CENTRALINA

34 33 Stima dell indice di annerimento RILEVAZIONE SATELLITARE

35 34 Frequenza dei cicli gelo disgelo Roma Gennaio Marzo 2009 CENTRALINA METEOROLOGICA DELL AEROPORTO DELL URBE

36 35 Matera Indice di stress fisico NUMERO DEI GIORNI IN CUI LA TEMPERATURA SCENDE SOTTO LO ZERO NEL PERIODO GENNAIO-MARZO 2010

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