Il Progetto ASI PRIMI. PRogetto pilota Inquinamento Marino da Idrocarburi

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1 Il Progetto ASI PRIMI PRogetto pilota Inquinamento Marino da Idrocarburi

2 Nonostante la protezione dell ambiente marino sia di interesse internazionale primario, lo scarico illegale di idrocarburi a mare continua a rappresentare una grave minaccia all ecosistema marino, specie per gli ambienti costieri dove il degrado ambientale può avere concrete conseguenze sulle attività economiche. Il sistema PRIMI Il sistema sviluppato dal Progetto PRIMI presenta alcuni elementi di forte innovazione, essendo il primo sistema operativo a: integrare le osservazioni satellitari (utilizzando sia dati SAR che ottici) di rilascio di idrocarburi in mare con la previsione della loro dispersione fornita da modelli numerici individuare la presenza di idrocarburi in mare e le loro caratteristiche (tipo di idrocarburo, volume ed età della macchia) utilizzando dati SAR di COSMO-SkyMed, ERS, ENVISAT, RADARSAT ed ALOS monitorare gli eventi di inquinamento da idrocarburi utilizzando i dati satellitari Ottici (MODIS, MERIS) e classificando le macchie di petrolio in modo automatico produrre automaticamente le previsioni per la dispersione degli idrocarburi per le 72 ore successive alla loro individuazione da satellite monitorare i Mari Italiani e, più in generale l intero Mediterraneo, con la maggiore frequenza possibile, grazie all uso combinato di più satelliti produrre automaticamente rapporti per gli utenti tramite il Portale Utente ( e dare accesso a cataloghi e archivi degli eventi di inquinamento osservati anche durante la pre-operatività di PRIMI fornire mappe mensili di probabilità di dispersione di rilascio di idrocarburi lungo le rotte delle petroliere nel Mar Mediterraneo In questo ambito, il PRogetto pilota Inquinamento Marino da Idrocarburi (PRIMI), una delle iniziative dell Agenzia Spaziale Italiana (ASI) per la gestione del rischio ambientale, ha sviluppato un sistema pre-operativo di monitoraggio dell inquinamento da idrocarburi nei mari italiani. PRIMI ha sviluppato un sistema modulare per la sorveglianza continua dell inquinamento marino da idrocarburi e per la previsione del rilascio di tali inquinanti, al fine di consentire l organizzazione delle misure di contenimento del danno e le azioni di recupero. Architettura del sistema e flusso operativo L attivazione del sistema è basata sulla disponibilità dei dati: quando un dato satellitare (SAR o OTTICO) è disponibile presso il ground segment (dati EO), il sistema lo acquisisce automaticamente, lo processa per individuare l eventuale presenza di eventi di inquinamento nell immagine e genera un rapporto sia per gli utenti (trasmesso tramite ) che per il modulo Previsione. Ricevuto il rapporto, il modulo Previsione acquisisce i dati meteo-marini per l inizializzazione dei modelli numerici e produce una previsione dello spostamento degli idrocarburi inquinanti per le 72 ore successive all avvistamento satellitare, genera un rapporto di previsione e lo invia agli utenti via . I dati satellitari, i dati meteo-marini, le previsioni e i rapporti sono archiviati (modulo Archivio) e sono resi disponibili tramite il Portale Utente (User Interface I/F). Dati EO SAR (Full Resolution + Quicklook) OTTICO Dati Meteo-marini PREVISIONE ARCHIVIO + I/F Mail Server Report Utenti Portale Utenti

3 Il modulo SAR 1) Acquisizione e processamento immagini giornaliere sul Mar Mediterraneo disponibili dai ground segment (CNM, ESA) dei sensori SAR dei satelliti COSMO-SkyMed, ERS, ENVISAT Immagine SAR acquisita (COSMO-SkyMed 7 Agosto 2009 ore 04:58, Mar Tirreno) 2) Individuazione rilasci di idrocarburi nelle immagini tramite versione migliorata del SW OSAD sviluppata da UNIPO e ingegnerizzata da INNOVA S.r.l. Il modulo SAR individua strutture sulla superficie del mare come possibili macchie di idrocarburi in immagini SAR dei satelliti COSMO-SkyMed, ERS, ENVISAT, RADARSAT e ALOS mediante un metodo di classificazione statistica che assegna a ciascuna struttura una probabilità (score) di essere effettivamente un rilascio di idrocarburi e una stima della sua posizione, estensione, tempo di permanenza a mare (età), composizione e quantità di idrocarburo rilasciato. Inoltre il modulo fornisce i campi di vento superficiale e di moto ondoso (immagini di sensori in Banda C) e la posizione di imbarcazioni nella scena satellitare (ship detection). Infine le informazioni sui rilasci di idrocarburi vengono inserite in un rapporto che viene inviato agli utenti e al modulo Previsione. 4) Produzione report sui rilasci di idrocarburi individuati due ore dopo la disponibilità delle immagini dai ground segment. Invio report rilasci di idrocarburo individuati a utenti finali (per pre-allerta utenti) e a modulo Previsione per revisione spostamento del rilascio di idrocarburi. Classificazione rilasci di idrocarburi su immagine acquisita (COSMO-SkyMed 7 Agosto 2009 ore UTC 04:58, Mar Tirreno) 3) Classificazione delle macchie individuate con stima di un fattore di probabilità che si tratti effettivamente di rilasci di idrocarburi Individuazione navi da SAR (COSMO-SkyMed 15 Marzo 2008 ore UTC 10:13) Rapporto (estratto) di un evento di inquinamento (COSMO-SkyMed 7 Agosto 2009 ore 4:58, Mar Tirreno meridionale) Calcolo campo di vento e moto ondoso e ship detection da immagine SAR

4 Il modulo OTTICO Il modulo Ottico individua i possibili eventi di inquinamento da idrocarburo in immagini MODIS TERRA, MODIS AQUA e MERIS. L individuazione viene effettuata da un algoritmo di clustering che opera sulle immagini di riflettanza al top dell atmosfera da cui è stato sottratto il segnale atmosferico (riflettanze modulate dallo scattering di Rayleigh e degli aerosol) e oceanografico (riflettanze modulate da presenza di fitoplancton e materiale in sospensione in acqua), per meglio evidenziare il segnale residuo dovuto a cause non naturali, come un rilascio di idrocarburi. Le possibili macchie di idrocarburo individuate vengono poi classificate in base alle loro caratteristiche spettrali e geometriche come più o meno probabili versamenti mediante uno metodo statistico (score). Infine le informazioni sugli eventi di inquinamento vengono inserite in un rapporto che viene inviato agli utenti e al modulo previsione Immagine ottica acquisita (MERIS 6 Agosto 2008 ore UTC 09:50, Algeria) 1) Acquisizione e processamento immagini giornaliere sul Mar Mediterraneo disponibili dai ground segment (CNM, ESA, NASA) dei sensori MODIS e MERIS dei satelliti MODIS AQUA, MODIS TERRA ed ENVISAT 2) Individuazione rilasci di idrocarburi nelle immagini tramite SW sviluppato da CNR-ISAC e ingegnerizzato da FlyBy S.r.l. 4) Produzione report sui rilasci individuati due ore dopo la disponibilità delle immagini dai ground segment. Invio rapporto su gli eventi inquinanti individuati a utenti finali (per pre-allerta utenti) e a modulo Previsione per la previsione del loro spostamento Evidenziazione rilascio di idrocarburi in immagine ottica mediante rimozione segnale oceanografico ed atmosferico (MERIS 6 Agosto 2008) ore UTC 09:50, 3) Classificazione delle macchie di idrocarburo individuate con stima di un fattore di affidabilità (score) di classificazione Rapporto (estratto) classificazione di un evento di inquinamento (MERIS 6 Agosto 2008 ore UTC 09:50, Algeria) Classificazione macchia su immagine acquisita (MERIS 6 Agosto 2008 ore UTC 09:50, Algeria)

5 Il modulo PREVISIONE 1) Disponibilità giornaliera dei campi di velocità delle correnti marine e di vento resi disponibili dal Servizio Nazionale di Oceanografia Operativa (INGV, ENEA e CNR- IAMC) e dal Servizio Nazionale Meteorologico dell Aeronautica Il modulo Previsione fornisce la previsione, per le 72 ore successive all avvistamento satellitare, dello spostamento e trasformazione delle macchie di idrocarburi in modo automatico. Ogni giorno il modulo rende disponibili le previsioni oceanografiche dal Servizio Nazionale di Oceanografia Operativa del Mare Mediterraneo (MFS) e dei Mari Italiani (Mar Adriatico, Mar Tirreno, Canale di Sicilia) e i campi di vento dal Servizio Meteorologico dell Aeronautica Militare. Un modello di dispersione e trasformazione impiega i suddetti dati per effettuare le previsioni di spostamento delle macchie di inquinante rilevate da satellite, e può essere usato in maniera semi-automatica per cambiare i parametri incerti della previsione. Nel caso di grave emergenza, il modulo può richiedere le previsioni ad alta risoluzione nell area interessata dall evento, utilizzando un modello oceanografico rilocabile sulla zona inquinata. 3) Produzione della previsione del trasporto, dispersione e trasformazione della macchia di inquinante per le 72 ore successive all avvistamento da satellite Previsione della circolazione marina con modelli ad alta risoluzione del Servizio Nazionale di Oceanografia Operativa dei Mari Italiani (Mar Tirreno, Mare Adriatico, Canale di Sicilia) Il modello di trasporto e trasformazione delle macchie di inquinante è stato aggiornato per considerare le onde e le macchie con contorno estese rilevate da satellite e funziona in maniera automatica, in base al rilevamento satellitare 4) In caso di emergenza il Servizio Nazionale di Oceanografia Operativa dell INGV produce a richiesta campi di circolazione marina ad alta risoluzione nella regione interessata dall evento. Campo di correnti del Mare Mediterraneo messo a disposizione dal Servizio Nazionale di Oceanografia Operativa dell INGV 2) Ricezione dei rapporti di macchie di inquinanti individuati dai moduli SAR o Ottico e interfaccia con il modello di dispersione/trasformazione delle macchie di idrocarburo Rapporto del Modulo SAR in entrata al Modulo Previsione (ERS2, 21 Marzo 2010 ore UTC 21:32) Previsione della circolazione marina nella regione interessata da un rilascio di idrocarburi tramite modello rilocabile a 1-3 km di risoluzione. La previsione viene effettuata dopo alcune ore dalla richiesta di emergenza.

6 I dati e i rapporti utilizzati o prodotti dai moduli Ottico, SAR e Previsione vengono immagazzinati nel modulo Archivio e resi disponibili mediante l interfaccia utente PRIMI ( A tal fine è stata utilizzata una tecnologia GML standard e modificata ad hoc per il sistema PRIMI. La collezione dei dati nel modulo Archivio avviene automaticamente sulla base di un monitoraggio continuo degli archivi locali dei vari moduli. Il Modulo Archivio e servizio WEB GIS L interfaccia utente utilizza un sistema web-gis per effettuare query sui dati archiviati, mediante filtri spaziali e temporali che gli consentono di selezionare gli eventi di inquinamento con le scene satellitari e previsioni associati. Campagna di validazione La campagna di validazione PRIMI, effettuata utilizzando la Nave Oceanografica del CNR Urania, ha avuto luogo nel Canale di Sicilia, una zona soggetta ad intenso traffico di petroliere. Il piano prevedeva la navigazione all interno delle zone di mare per cui erano previste acquisizioni di immagini satellitari permettendo una rapida verifica dell evento di inquinamento individuato. Nel corso della campagna sono stati individuati e verificati in situ numerosi rilasci di idrocarburi in mare risultanti presumibilmente dal lavaggio delle cisterne a bordo di navi petroliere, operazione illegale nel Mar Mediterraneo. Posizione macchia di idrocarburo in immagini da satellite (in giallo), nelle previsioni (in rosso) e sito rilevamento da nave Urania (in verde) Osservazione in sito della macchia (6 km dalla previsione) Previsione posizione macchia (15 hrs) Previsione posizione macchia (12 hrs) 1 osservazione satellitare (12 hrs) 2 osservazione satellitare Macchia di idrocarburo individuata sia con SAR ENVISAT che con MODIS TERRA (27 Agosto 2009 Stretto di Sicilia) Interfaccia utente, sviluppata da ACS s.r.l., con visualizzazione degli eventi di inquinamento nel Mediterraneo presenti nel catalogo ed un esempio di area d interesse selezionabile (rettangolo rosso) su sito Web-GIS PRIMI Campagna oceanografica (Nave CNR Urania ) 6 agosto 7 settembre I-SPHERE: Iridium lagrangian drifters 2- Rosette Water Sampler (24 bottles) & CTD 3- LIDAR 4- Radar in situ 5- ARGO lagrangian drifters 6- Drifter UNIBO 7- SATLANTIC optical profiler 8- XBT 7 8

7 Partnership PRIMI PRIMI è coordinato dalla società e-geos (consociata Telespazio/ASI) mentre il coordinamento delle attività di ricerca e sviluppo è affidato all Istituto di Scienze dell Atmosfera e del Clima del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Unità operativa di Roma). Partecipano al progetto enti pubblici e società private. La componente pubblica è composta da: Università del Piemonte Orientale, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA) e gli istituti ISAC, ISMAR, IAMC e ISSIA del CNR. La componente privata è composta da: Advanced Computer Systems (ACS), Consorzio Innova S.r.l., FlyBy S.r.l. A cura di CNR-ISAC Design by: