Progetto PROMED 2 La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo

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1 UNIONE EUROPEA Progetto PROMED 2 La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo Progetto co-finanziato dall Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale Seminario: Applicazione delle tecniche GIS per la gestione dell ambiente e del territorio agricolo Applicazioni del telerilevamento in agricoltura Prof. Simona Consoli Università di Catania simona.consoli@unict.it Organizzato da: Con il patrocinio di: Ragusa, 26 novembre 2015 c/o CoRFiLaC, SP25 Km. 5 - Ragusa Centro Studi di Economia Applicata all ingegneria Regione Siciliana Istituto Regionale del Vino e dell Olio IRVO Ordini Ingegneri Provincia di Ragusa Collegio Geometri e Geometri Laureati Provincia di Ragusa Ordine dei Dr. Agronomi e Dr. Forestali Provincia di Ragusa Ordine Regionale dei Geologi di Sicilia Ordine Architetti, Pianificatori, Paesaggisti e Conservatori della Provincia di Ragusa Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente Università degli Studi di Catania 1 Consiglio della Federazione Regionale degli Ordini dei Dottori Agronomi e Forestali della Sicilia

2 UNIONE EUROPEA Lo sviluppo di tecniche innovative, quali i sistemi informativi geografici ed il telerilevamento, e l approfondimento delle conoscenze sui fenomeni naturali che caratterizzano l'evoluzione ambientale e del territorio, aprono nuove prospettive nella gestione delle risorse territoriali SIT + Osservazione della Terra +modelli u * z u ( z) = ln k z 0m T 0 m T S R A R X RS T C θ(z,t) v(x,y,t) 2

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4 Dall acquisizione al prodotto finale 4

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6 Landsat TM (30 m) QuickBird (2.8 m) 6

7 Immagine di Londra ripresa dal satellite Ikonos, risoluzione 1 m 7

8 Migliore risoluzione spaziale Landsat ETM ASTER TERRA QUICKBIRD 30 m 15 m 2.8 m; 3 Bands VIS + NIR + 2 SWIR 2 Bands VIS + NIR Bands VIS + NIR SWIR 1 TIR 2 TIR 8

9 Migliore risoluzione spettrale DATI SUPER e IPER- SPETTRALI ETM+ 9

10 Missione CHRIS / PROBA : Multi-angolare (fino a 5 angoli), Iper-spettrale (fino a 63 bande) Alta risoluzione (fino a 18 m) END Image5 Image4 Image3 Image2 Image1 START target 10

11 Tecniche di osservazione della Terra per il monitoraggio della vegetazione e delle risorse idriche La tipologia, lo sviluppo e la densità del manto vegetale influenzano in maniera importante i principali processi di scambio di massa e di energia fra la superficie terrestre e l atmosfera (infiltrazione, evaporazione, deflusso superficiale, etc.) 11

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13 Curva di riflettanza della vegetazione 13

14 Curva di riflettanza della vegetazione Spectral signatures of crops and soil (Kyllo, 2003) 14

15 Fattori che influenzano la riflettanza della vegetazione 15

16 Indici di vegetazione 16

17 Sensori per lo studio della vegetazione Timelines of historical and planned multi- and hyperspectral optical and thermal satellite sensors relevant for remote sensing of vegetation at medium to very high spatial resolution Houborg, R., et al., Advances in remote sensing of vegetation function and traits. Int. J. Appl. Earth Observ. Geoinf. (2015) 17

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24 Le ricerche condotte presso il Di3A (sez. idraulica) in anni recenti hanno consentito la messa a punto di metodologie che, integrando osservazioni di campo con l analisi di immagini satellitari portano alla stima dei fabbisogni irrigui delle colture 24

25 Indici di Vegetazione (VIS/NIR) basati sulla linea del suolo WDVI = ρ - i ρ s i ρ r ρ s r 1 WDVI LAI = - ln ( 1 - ) α WDVI 25

26 Stima del LAI attraverso l indice WDVI LAI predicted 3 Artichokes Forages Maize Fruit-trees 2 Vegetables R 2 = LAI measured Validazione del modello LAI(WDVI) 26

27 Dalla ricerca alle applicazioni: Determinazione dei FABBISOGNI IRRIGUI 27

28 Sviluppo e validazione di due metodologie per la determinazione del coefficiente colturale K c 1) Relazione empirica con NDVI: 2) Definizione analitica : K = K NDVI c c ( ) K = f ( K, T, RH, U ; r, LAI, h ) c a c 28

29 Metodo NDVI : Mediante osservazioni di campo, viene calibrata una relazione empirica di tipo lineare fra l indice NDVI (Normalised Differences Vegetation Index) ed il valore K c (Heilman et al., 1982; Bausch and Neale, 1987; Bausch, 1993): c ( ) IR R K K NDVI a b = = + c r + r IR R r r 29

30 Definizione analitica del K c Procedura 1-step della FAO per il calcolo di ETp E p = 1 λ ( R R G) ρd / r + γ (1 + r / r ) ns nl E a c a R ns = (1 r) St rt,min r c = 0.5LAI r a = z 2 2 U h ln 3 c zt h ln 3 c 0.123hc hc 0.168U 30

31 Definizione analitica del K c Procedura 1-step della FAO per il calcolo di ETp 31

32 Vigneto irriguo, Sicilia y = 0.56x R 2 = 0.58 from doy 226 to doy Vigna ET reale ET potenziale 32

33 Esempio di trasferimento dei risultati della ricerca ad applicazioni operative ET p maps (raster) P n maps (raster) GIS (cadasterbased) Farm characteristics: Area, Q_outlet, Irrigation method (vector) Crop Water Requirements calculation (CWR) (vector map) LEVEL (A) Irrigation Advisory Services Multiple-users associations Yes /no LEVEL (B) SUGGESTION TO FARMERS: i.e.: maximum duration of irrigation (h) in a given day or in a period of time (1 week) 33

34 Schema metodologico : 1) 2) 3) 36 h 1) Monitoraggio in tempo reale dello sviluppo delle colture mediante dati satellitari multi-spettrali ad alta risoluzione spaziale (5-20 m; SPOT) 2) Calcolo dei fabbisogni irrigui secondo la procedura 1-step F.A.O. con dati dalla rete agrometeorologica 3) Distribuzione del consiglio irriguo personalizzato direttamente agli agricoltori (sito web, sms, ecc ) 34

35 Esempio di Mappe di Evapotraspirazione : 20 luglio 2006 Mappa di K c 35

36 Distribuzione all utente finale in tempo reale Parcella ID: /00136 Volume irriguo consigliato, settimana 28: 213 m 3 Durata applicazione: 5.5 h 36

37 Considerazioni conclusive Le tecniche di Osservazione della Terra rappresentano ormai uno strumento insostituibile per lo studio ed il monitoraggio dei processi idrologici e delle risorse idriche I parametri caratterizzanti il manto vegetale (albedo, LAI) rappresentano il dato di maggior precisione tra le variabili d interesse ambientale che le tecniche O.T. possono fornire con continuità La combinazione di modelli su base fisica che descrivono i processi bio-fisici ed i meccanismi di trasferimento della radiazione solare rappresentano la base per lo sviluppo di nuove metodologie per l utilizzo di dati di Osservazione della Terra in diverse regioni dello spettro e.m. 37

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39 UNIONE EUROPEA Progetto PROMED 2 La protezione dell'ambiente nelle isole del Mediterraneo attraverso la valorizzazione di un sistema colturale arboreo Progetto co-finanziato dall Unione Europea Fondo Europeo di Sviluppo Regionale Seminario: Applicazione delle tecniche GIS per la gestione dell ambiente e del territorio agricolo GRAZIE Prof. Simona Consoli Università di Catania simona.consoli@unict.it Organizzato da: Con il patrocinio di: Ragusa, 26 novembre 2015 c/o CoRFiLaC, SP25 Km. 5 - Ragusa Centro Studi di Economia Applicata all ingegneria Regione Siciliana Istituto Regionale del Vino e dell Olio IRVO Ordini Ingegneri Provincia di Ragusa Collegio Geometri e Geometri Laureati Provincia di Ragusa Ordine dei Dr. Agronomi e Dr. Forestali Provincia di Ragusa Ordine Regionale dei Geologi di Sicilia Ordine Architetti, Pianificatori, Paesaggisti e Conservatori della Provincia di Ragusa Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente Università degli Studi di Catania 39 Consiglio della Federazione Regionale degli Ordini dei Dottori Agronomi e Forestali della Sicilia