CNR - Istituto di Scienze Marine, Venezia 2. OGS - Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale, Trieste

Transcript

1 169 MONITORAGGIO IN TEMPO REALE DELLE CORRENTI MARINE SUPERFICIA- LI NEL MARE ADRIATICO SETTENTRIONALE MEDIANTE L UTILIZZO DI RADAR COSTIERI HF Andrea Mazzoldi 1, Simone Cosoli 2, Miroslav Gac ic 2 1 CNR - Istituto di Scienze Marine, Venezia 2 OGS - Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale, Trieste 1 - Introduzione La misura della corrente marina superficiale (fino a profondità di 1-2 m) è di fondamentale utilità per il monitoraggio dell ambiente costiero, tanto negli aspetti di emergenza ambientale (oil spill) quanto nella previsione dell evoluzione di lungo periodo (trasporto costiero di sedimenti), ed è ormai requisito indispensabile per intraprendere le strategie di gestione del patrimonio ambientale più corrette. Conoscere la velocità e la direzione delle correnti nel regolare ritmo delle maree, soprattutto in presenza di eventi meteorologici particolari, consente di esercitare un maggiore controllo e quindi di intervenire con maggiore efficacia nelle situazioni di emergenza, in seguito agli incidenti di navigazione che possono coinvolgere le navi in transito nel mare Mediterraneo. Ed è sempre l interazione tra le correnti marine e la costa ad influenzare l evoluzione morfologica delle più frequentate stazioni turistiche d Europa. L ampio spettro di problemi sociali ed ambientali dipendenti dalla situazione delle coste (inquinamento costiero, erosione delle spiagge, trasporto di sedimenti) richiede perciò di migliorare la capacità di monitoraggio dei processi costieri e di sviluppare modelli in grado di predirne le evoluzioni. A questi aspetti si aggiunge la fondamentale influenza nei processi di scambio e trasporto di energia e materia in cui le correnti marine sono parte attiva. Per lo studio di questi fenomeni ha notevole importanza poter disporre sia dei dati in tempo reale che di lunghe serie temporali di osservazioni I radar costieri HF I radar costieri a radio frequenza (onde corte) si sono dimostrati negli ultimi 10 anni lo strumento più adatto per la misura in tempo reale della corrente marina superficiale su ampie aree di mare. La tecnologia più

2 170 Convegno di Maratea adatta alla nostra tipologia di coste ha origine statunitense (Codar 1996, Teague et al, 1997, Paduan e Graber, 1997, Gurgel et al, 1998). Questi strumenti si presentano come antenne radio di dimensioni contenute (fig. 1) e non hanno nessuna controindicazione particolare per l installazione. Non sono dannose per la salute umana e trasmettono a bassa potenza. Sono strumenti modulari collegabili in rete (fig. 2), permettendo l estensione dell area monitorata senza limiti, poiché l unica limitazione è la disponibilità di siti atti ad essere protetti da eventuali atti vandalici. La copertura spaziale della misura varia in proporzione al numero di radar impiegati nel monitoraggio della medesima area, ed alla risoluzione spaziale impostata per ogni antenna. Il principio di funzionamento si basa sulla riflessione, da parte delle onde marine, dei segnali radio (onde elettromagnetiche) inviati dall antenna radar, e sulla successiva analisi spettrale dei segnali riflessi ricevuti. (Crombie 1955, Barrick et al, 1977, Barrick 1986) (fig. 3) Uno specifico software (Lipa e Barrick, 1983) analizza il segnale riflesso e ricava i dati relativi alla componente radiale della corrente marina rispetto all antenna (fig. 4). I dati elaborati vengono memorizzati come dati orari ed inviati ad un computer centrale. Il sistema complessivo di misura richiede almeno 2 unità remote distanti tra loro km ed una unità centrale ad esse collegata che, combinando opportunamente le componenti radiali, fornisce una mappa vettoriale (intensità e direzione) della corrente marina superficiale. L area di copertura dei due siti remoti viene quindi suddivisa in celle di ampiezza variabile, alle quali vengono associati i vettori di corrente precedentemente prodotti. Questa tecnica di misura fornisce un quadro unico, mediato nell ora, delle correnti marine, fino a distanze di 50 km, o anche superiori, dalla costa, e con una risoluzione spaziale che dipende da parametri impostabili. Una risoluzione ottimale è compresa tra 1 km e 1,5 km. Uno dei principali vantaggi nell utilizzo di questa strumentazione è quello di poter acquisire in modo automatico dati di corrente anche in condizioni climatiche particolarmente complesse, che renderebbero difficili campagne di misura di tipo più tradizionale. La possibilità di impiegare la strumentazione per lunghi periodi di tempo consente, inoltre, lo studio completo dell andamento delle correnti mensili, stagionali ed annuali.

3 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 171 Figura 1 - Antenna Rx Tx Figura 2 - Rx-Tx e Computer Figura 3 - Meccanismo di generazione dello shift doppler (Barrick 1977) Figura 4 - Mappa radiale in un sito Precedenti progetti di ricerca L Istituto di Scienze Marine del Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR- ISMAR, di Venezia e l Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale, OGS, di Trieste, hanno una lunga tradizione nell impiego dei radar HF ad alta frequenza per lo studio delle correnti marine. Il primo utilizzo dei radar costieri in Italia risale agli anni , all interno di un progetto di monitoraggio delle correnti marine nel medio Adriatico, denominato PRISMA 2, che coinvolgeva ricercatori del CNR- ISMAR di Venezia e dell OGS di Trieste. Tale progetto ha richiesto l installazione di 2 radar costieri nella zona di Ancona, per il monitoraggio di una fascia costiera di circa 30 x 30 km. (Mazzoldi et al, 1999, Kovac evic et al, 2000, Budillon et al, 2002). La strumentazione utilizzata, progettata e

4

5

6 174 Convegno di Maratea Le misure del campo di corrente hanno evidenziato la presenza di una corrente media verso sud dell ordine di 10 cm/sec, che fa parte della circolazione ciclonica dell Adriatico. L analisi dei campi di flusso, sottratta la componente mareale, rivela la presenza di vortici su piccola scala (5km) sia a nord che a sud della bocca. Inoltre, diverse mappe delle medie mensili della velocità della corrente indicano la presenza di persistenti meandri. (Kovac evic et al, 2002, Paduan et al, 2003, Kovac evic et al, 2004, Mazzoldi e Kovac evic, 2004, Cosoli et al, 2005). Analoga strumentazione, operante a più alta frequenza (150 MHz), è stata impiegata per condurre campagne di misura ad alta risoluzione nella bocca di porto di Lido della Laguna di Venezia. Nel caso specifico la strumentazione ha garantito una risoluzione spaziale di 100 metri (Mazzoldi et al, 2006). Dal 2007, grazie ad un progetto di cooperazione scientifica con la Repubblica Croata, patrocinato dall Unione Europea, è iniziato lo studio del comportamento delle correnti di superficie nel Nord dell Adriatico, lungo la penisola dell Istria e le coste italiane, nell area del Friuli-Venezia Giulia e del Veneto Il progetto di ricerca NASCUM Nel 2006 il CORILA, forte dell esperienza accumulata nei precedenti progetti, ha presentato al bando del programma Interreg Adriatico un progetto pilota per la realizzazione di una rete transfrontaliera di monitoraggio in tempo reale dell Adriatico Settentrionale. Il progetto, denominato North Adriatic Surface CUrrent Measure (NASCUM), è stato approvato e ha ricevuto il relativo finanziamento. NASCUM è guidato dal CORILA ed ha come partner italiani il CNR-ISMAR di Venezia e l OGS di Trieste, assieme ai due istituti croati IZOR di Spalato e CMR Ruder Boskovic di Rovigno. Le priorità del PROGRAMMA DI PROSSIMITÀ ADRIATICO - INTER- REG/CARDS - PHARE sono: Migliorare ed incrementare il livello dei servizi che le amministrazioni locali e centrali forniscono alle proprie comunità dotando queste ultime di strumenti di valorizzazione delle risorse di tutela ambientale del territorio, attraverso la Banca Dati di un Centro Operativo di Monitoraggio dell Alto Adriatico con sede a Venezia. Una delle priorità dello studio consiste nel proporre un modello pratico di indagine dei processi idrodinamici e geologici collegati alla circolazione marina superficiale del bacino Nord Adriatico. La conoscenza del percorso delle correnti superficiali e di fenomeni ad esse associati è in grado di fornire strumenti utili, a livello locale e regionale, per evitare, o comunque ridurre, eventuali danni ambientali, e come supporto alle Pubbliche Amministrazioni per la tutela, valorizzazione e conservazione del patrimonio naturale ed ambientale dell area del

7 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 175 bacino dell Alto Adriatico. L area del bacino dell alto Adriatico risulta essere una zona altamente trafficata e fortemente caratterizzata da più attività inquinanti, quali: - intenso traffico marittimo di superficie, che si esplica in una forte pressione sia portuale che industriale, che nell insieme rappresentano un pericolo costante di inquinamento; - contaminazione da sversamento accidentale causato dalle attività navali in transito lungo la costa e stazionanti in rada. La forte antropizzazione ed industrializzazione della zona costiera hanno un incidenza negativa nel caso di incidenti ecologici, che comporterebbe danni economici rilevanti in diversi settori come l industria della pesca e su tutto il comparto turistico a livello nazionale, con ripercussioni anche nell immediato entroterra, con conseguenze spesso irreparabili. Lo studio della valutazione del rischio ambientale è molto complesso, perché molteplici sono le cause ed i fenomeni, coinvolgendo nelle indagini varie discipline scientifiche. Si vede quindi la necessità, in futuro, di allargare ed ampliare la rete di monitoraggio della zona marina costiera attualmente operante nel bacino dell Alto Adriatico. Infatti, i dati a disposizione sono soprattutto legati alle zone densamente abitate, come i centri urbani di maggior importanza, e forniscono informazioni ristrette ad alcuni parametri ambientali, quali quelli chimici e biologici. NASCUM, con l installazione di ulteriori radar, estenderà il raggio di azione della rete di monitoraggio ad altre zone costiere, interessate da aree marine protette, riserve naturali, e che necessitano di un approfondito lavoro di valorizzazione e salvaguardia in accordo con le direttive comunitarie in campo ambientale Descrizione area di monitoraggio La rete di monitoraggio, costituita da 4 radar costieri posizionati nei fari di Savudrija e Rt Zub (Novigrad) nella costa croata, ed in quelli di Bibione e Punta Sabbioni in quella italiana, è stata resa operativa in soli 6 mesi. Il sistema è in grado di misurare, autonomamente ed in tempo reale, la corrente nell ampio tratto di mare che separa la costa istriana da quella veneta. La rete di monitoraggio attuale è dunque in grado di fornire mappe della circolazione superficiale su un area di circa 600 km 2. Quanto accaduto nel mese di Febbraio 2008, l incendio di un traghetto turco in navigazione di fronte alla costa istriana all altezza di Rovinj, ha fatto capire l importanza di disporre di informazioni in modo tempestivo. Poche ore dopo l incidente il CORILA, nonostante il sistema di monitoraggio fosse ancora in fase sperimentale, ha reso disponibili alle unità operative delle Capitanerie di Porto e delle agenzie ARPA dell Alto Adriatico la mappa della corrente della zona a rischio. Nel caso si fosse

8 176 Convegno di Maratea verificata la necessità, sarebbe stata una informazione fondamentale per guidare l intervento di contenimento di sostanze inquinanti. Le figure qui di seguito (fig. 8, 9, 10, 11) mostrano le antenne Rx-Tx presso i fari sulla costa Istriana di Savudrija e di Rt Zub (Novigrad), e quelli presso i fari sulla costa italiana di Bilione e Punta Sabbioni a Venezia. Le dimensioni compatte dei sistemi e la facilità di spostarli in casi di emergenze rivelano le fondamentali potenzialità nel monitoraggio operativo delle coste. Figura 8 - Faro e radar di Savudrija Faro e radar a Punta ZUB Figura 10 - Faro e radar di Bibione Figura 11 - Faro e radar di Punta Sabbioni

9

10

11 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 179 Bibliografia Barrick D.E., Evans M.W., Weber B.L. (1977) - Ocean Surface Currents mapped by radar, Science, 198. Barrick D.E. (1986) - The role of the gravity-wave dispersion relation in HF radar measurements of the sea surface, IEEE Journal of Oceanic Engineering, OE-11, n. 2. Budillon G., Dallaporta G., Mazzoldi A. (2002) - The use of a Coastal HF Radar system for determining the vector field of surface current, Elsevier Publisher - Developments in Marine Technology n Science - Technology Synergy for Research in the Marine Enviroment, Challenges for the XXI Century, CODAR Ocean Sensors Ltd. (1996) - Sea Sonde Installation, maintenance and service manual. Crombie D.D. (1955) - Doppler Spectrum of sea echo at Mc/s. Nature, 175 Cosoli S., Gac ic M., Mazzoldi A. (2005) - Accuracy of surface current measurements from HF Radar, Atti 4 Workshop CO.RI.LA., S. Servolo- Venezia, Scientific Research and Safeguarding of Venice - Results 2004, Gurgel K.W., Antoniscki G., Schlick T. (1998) - HF Radar Systems for wave and current measurement, Oceanology, 2, n. 10. Kovac evic V., Gac ic M., Mazzoldi A., Dallaporta G., Gaspari A. (2000) - Sea surface currents measured by coastal HF radar off-shore Ancona, Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 41, n. 3-4, ; Sep.- Dec. Kovac evic V., Mazzoldi A., Gac ic M., Mancero I., Marinetti S. (2002) - Current structure in front of the Lagoon of Venice as derived from the Coastal HF Radar data, Atti 1 Workshop CO.RI.LA., S. Servolo-Venezia - Scientific Research and Safeguarding of Venice - Results 2001, Kovac evic V., Gac ic M., Mancero Mosquera I., Mazzoldi A., Marinetti S. (2004) - HF radar observations in the northern Adriatic: surface current field in front of the Venetian Lagoon, Journal of Marine Systems (JMS), n. 51, Lipa B.J., Barrick D.E. (1983) - Least-Squares methods for the extraction of surface currents from CODAR crossed-loop data, IEEE Journal of Oceanic Engineering, OE 8, n. 4 Mazzoldi A., Dallaporta G., Gaspari A. (1999) - Misure di correnti marine costiere superficiali mediante Radar Costiero HF, Atti Associazione Italiana Oceanologia e Limnologia, Vol. 13, Fasc. 1, Genova, Lavoro presentato al XIII Congresso A.I.O.L., Portonovo (Ancona), 28-30/09/1998. Mazzoldi A., Kovac evic V. (2004) -The monitoring of the Venetian littoral (northern Adriatic Sea) by ADCP and HF Radar, The China - Italy Bilateral Seminar - Institute of Oceanology, Chinese Academy of

12 180 Convegno di Maratea Sciences Qingdao (China). Mazzoldi A., Cosoli S., Gac ic M., Kovac evic V., Heron M., Prytz A., Page G. (2006) - Study of marine coastal circulation by HF and VHF Radar, Bollettino della Comunità Scientifica in Australasia, Aprile, Paduan J.D., Graber H.C. (1997) - Introduction to HF Radar, reality and myth, Oceanography, 2, n. 10. Paduan J.D., Kovac evic V., Mazzoldi A., Gac ic M., Mancero I., S. Marinetti (2003) -Voticity patterns offshore of the Venetian Lagoon from HF Radar observations, Atti 2 Workshop CO.RI.LA., S. Servolo-Venezia - Scientific Research and Safeguarding of Venice - Results 2002, Teague C., Vesecky J.F., Fernandez D.M. (1997) - HF Radar instruments, past to present, Oceanography, 2, n. 10.