Utilizzo di Radar Costiero ad alta frequenza (HF) per la misura di correnti superficiali e moto ondoso Simone Cosoli, M. Gačić, A. Mazzoldi OGS Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale, Trieste scosoli@ogs.trieste.it L IMPORTANZA DEL RADAR COSTIERO HF I radar costieri a radio frequenza (onde corte) negli ultimi 20 anni si sono dimostrati gli strumenti più adatti alla misura in tempo reale della corrente marina superficiale su ampie aree. La conoscenza della circolazione superficiale (fino a profondità di 1 2 m) è di fondamentale utilità per il monitoraggio dell'ambiente costiero, sia negli aspetti di emergenza ambientale (oil spill) sia nella previsione dell'evoluzione di lungo periodo (ad es. trasporto costiero di sedimenti), ed è ormai un requisito indispensabile per intraprendere corrette strategie di gestione del patrimonio ambientale. Conoscere la velocità e la direzione delle correnti nel regolare ritmo delle maree, ma 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 ad esempio agli incidenti di navigazione che possono coinvolgere le navi in transito. 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. 1
Come funziona un Radar HF Segnali Radio (3-30 MHz) vengono trasmessi in direzione del mare e riflessi dalle onde marine. Lo Spettro Doppler viene analizzato per ricavare le mappe di corrente superficiale e onde Risonanza di Bragg: interferenza costruttiva tra segnale trasmesso / segnale riflesso dalla superficie marina Condizione di risonanza λ SEA = λ RADAR / 2 Come funziona un Radar HF Onde trasportate dalla corrente verso il Radar Eco marino in assenza di corrente Energia dell eco eco Onde in allontanamento Segnale trasmesso Onde in avvicinamento Frequen za Eco marino in presenza di corrente Spettro Doppler: Picchi di Bragg in assenza di corrente marina -- posizioni fisse e note da relazioni di dispersione Spettro Doppler: Picchi di Bragg spostati a destra da correnti in avanzamento (shift della frequenza) 2
CODAR SeaSonde 4 MHz - Bodega Bay (California) Trasmettitore Ricevitore CODAR SeaSonde 4 MHz - Bodega Bay (California) 3
16/04/2012 CODAR SeaSonde 12MHz Naval PostGraduate School, Monterey (Ca), Point Sur CODAR SeaSonde 12MHz Naval PostGraduate School, Monterey (Ca), Point Sur 4
16/04/2012 Sistema Radar VHF PortMap James Cook University, Townsville (AU), impiegato al Faro Nord Pagoda, Bocca di Porto di Lido. Ottobre-Novembre 2005. Sistema Radar VHF PortMap James Cook University, Townsville (AU), impiegato al Faro Sud Lido, Bocca di Porto di Lido. OttobreNovembre 2005. 5
~4 m ~50m Sistema Radar HF WERA di tipo Phased Array, impiegato a Po di Goro (Ra) nel Progetto DOLCEVITA (OGS-ONR-NPS) Sistema Radar HF WERA di tipo Phased Array, impiegato a Po di Goro (Ra) nel Progetto DOLCEVITA (OGS-ONR-NPS) 6
Modulo Trasmettitore Modulo Ricevitore Laptop Antenna TX-RX CODAR SeaSonde 25 MHz TX-RX combinato: prototipo sviluppato per CNR ISDGM Impiegato sulla Piattaforma Oceanografica Acqua Alta Caratteristiche dei sistemi Frequenza Trasmissione (MHz) Lunghezza d onda Radar (m) Lunghezza d onda in mare (m) Periodo dell onda in mare (s) Profondita di misura 1 (m) Distanza massima 2 (km) Risoluzione spaziale 3 (km) Altezza d onda massima 4 (m) 5 60 30 4.5 2 180-200 6-12 25 12 25 12.5 2.5 1-1.5 75-90 1.5-5 13 25 12.5 6 2.5-1 35-50 1-3 7 48 6 3 1.5 <.5 15-20.25-1 3 1. Valore medio di misura delle correnti 2. Distanza raggiungibile con 40W di potenza 3. Limitata solo da autorizzazioni - non da limitazioni del sistema - la distanza massima e funzione della risoluzione spaziale 4. Altezza d onda significativa misurabile 7
RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata 1995 1997 PRISMA II project Ancona Italia centrale 2001 2006 CUMVELA Venice Lagoon 2002 2004 DOLCEVITA project 2007 2010 NASCUM project 1 st effective identification and backtracking-forward oil-spill detection 2010 freshwater test (Garda Lake) 2011 2013 TOSCA project 2011 CALIPSO project Lido Punta Sabbioni Pellestrina Piattaforma ocenografica Monitoraggio Area Costiera Veneziana 8
Trasmettitore (Tx) Ricevitore (Rx) 22 km 22 km Ricevitore (Rx) Trasmettitore (Tx) 9
28 km Antenna TX-RX Antenna Radar Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato Rt Zub (Punta Dente), Porecka Rivera, Croazia 10
Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato Savudrija, Croazia Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato Bibione P.ta Tagliamento 11
RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata 2007 2010 NASCUM Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward oil-spill detection Tracciati AIS Nord Adriatico 12
RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata 13
RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata Backtracking - animazione Backward (Hindcast) modeling & Foreward Simulations basati sui dati radar HF e sul database VTS aumenta la possibilita di identificare i responsabili! RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata 2007 2010 NASCUM Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward oil-spill detection..da un punto di vista della ricerca, questo e stato il primo caso di utilizzo di correnti da sistemi HF per simulazioni di tipo progressive & hind-cast di un oil spill. E dimostrato che l utilizzo di dati di corrente da sistemi HF hanno permesso una progressive simulation molto precisa. Lo stesso nel caso di backtracking, finche l olio si trova alla superficie del mare. Da un punto di vista del training e un buon esempio da usare come scenario per ottimizzare le strategie di risposta agli eventi disastrosi. Questo esempio sottolinea l importanza di un monitoraggio continuo, in tempo reale e a lungo termine -come anche richiesto da CleanSeaNet (European Maritime Safety Agency) 14
Conclusioni Il radar costiero garantisce misure accurate e precise delle correnti superficiali: In modo automatico e non invasivo In qualsiasi condizione atmosferica ed in tempo reale In aree estese centinaia di km2 Il radar costiero: Ha dimensioni contenute e limitati consumi Non e pericoloso per la salute umana Il radar costiero fornisce informazioni essenziali: Per lo studio della circolazione superficiale Per il monitoraggio delle aree costiere Per la sicurezza in mare: sversamenti accidentali di olii, naufragi o incidenti 15
RADAR COSTIERO HF: l esperienza maturata 2007 2010 NASCUM Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward oil-spill detection..from the research aspect of this case, it is important to note that this was the first time HF radar currents data were used for progressive and hind-cast simulation of an oil spill. It was proven that HF currents data used here enabled a very precise progressive simulation. The same is expected to be the case for backtracking, but this is only possible when floating oil is close to the surface. From the training aspect this is again a good example which may be used as a scenario for improving crisis management response of stakeholders. A case like this underscores the importance of long term monitoring systems in the CleanSeaNet service run by the European Maritime Safety Agency 16