Rilevamento dei prati di Cymodocea nodosa mediante Side Scan Sonar, ROV ed immersioni subacquee. Area costiera-marina tra Chiavari e Sestri Levante. Mattia Barsanti 1, Andrea Peirano 2, Sergio Sgorbini 2, Silvia Cocito 2, Carlo Nike Bianchi 3, Carla Morri 3 1 Università di Parma, D.S.T., Viale delle Scienze 78, 43100 Parma. 2 ENEA S. Teresa, Centro Ricerche Ambiente Marino, C.P. 224, La Spezia. 3 Università degli Studi di Genova, Dip.Te.Ris. Dipartimento per lo studio del Territorio e delle sue Risorse, Corso Europa 26, I-16132 Genova Riassunto Nell ambito degli studi ambientali condotti nel Golfo del Tigullio è stato effettuato un rilevamento Side Scan Sonar (SSS) accompagnato da una serie di verità mare in immersione subacquea e da osservazioni tramite Remotely Operated Vehicle (ROV), sulla piattaforma costiera compresa fra Chiavari e Sestri Levante. Lo scopo del lavoro è stato quello di realizzare la mappatura SSS dei prati di Cymodocea nodosa con tecniche di acquisizione ed elaborazione di immagini digitali e di verificare inoltre la possibilità di attribuire a determinate intensità del segnale SSS una misura della variabilità di copertura dei prati della fanerogama marina. I risultati dei rilevamenti mediante SSS e le relative verità mare ottenute mediante osservazioni subacquee con il ROV hanno permesso la realizzazione di una mappatura GIS del prato di Cymodocea nodosa. La comparazione tra le caratteristiche fenologiche del prato hanno evidenziato una relazione con l intensità del segnale SSS solo nei casi in cui la densità fogliare superava i 120 fasci/mq. Introduzione E stata effettuata una campagna di rilevamenti SSS e indagini ROV sulla piattaforma costiera del Golfo del Tigullio. Questo rilevamento completa le indagini precedenti di Delbono et al. (2003, in questo volume) condotte per studiare le caratteristiche fenologiche della Cymodocea nodosa e i relativi sedimenti di fondo, sui tre transetti di Chiavari, Lavagna e Sestri. Per le informazioni sui lineamenti bionomici generali dell area si rimanda ai lavori di Morri et al. (1986) e di Bianchi e Peirano (1995), che forniscono inoltre mappature del prato di Cymodocea nodosa antecedenti. In questo contributo sono stati cartografati mediante tecnica GIS i limiti distributivi della C. nodosa. Si è sperimentato inoltre una metodologia che permette, tramite SSS, di identificare aree vegetate da fanerogame con diverse caratteristiche fenologiche che corrispondono, per quanto visto nelle indagini precedenti, a aree con aspetti ambientali diversi, nel nostro caso condizioni idrodinamiche differenti. Materiali e metodi Rilevamento Side Scan Sonar, indagini mediante ROV e immersioni subacquee Il sistema utilizzato è un SSS doppia frequenza della GEOACUSTICS LTD; il sistema consiste di un sensore trainato (pesce) sul quale sono installati i trasduttori acustici e collegato all imbarcazione con un cavo che rappresenta anche il canale di trasmissione dati all elettronica di superficie; le frequenze degli impulsi emessi dai trasduttori sono di 100 e 500 khz. 141
Durante i rilievi è stata utilizzata la frequenza più elevata (500 khz) che consente una migliore risoluzione delle immagini acquisite (Newton et al., 1975; Stefanon, 1985). Il sistema utilizzato per il posizionamento dei rilievi è un NOVATEL-GPS RTK20 che offre un accuratezza maggiore di 20 cm nel posizionamento dinamico dell unità mobile, montata sull imbarcazione, relativamente all unità fissa montata a terra. I rilievi SSS sono state preventivamente posizionati su delle rotte parallele alla costa; l'ottimizzazione dei tracciati ha tenuto conto dell'esigenza di sovrapporre parzialmente i tracciati al fine di eseguire una copertura totale dei prati di Cymodocea nodosa e di sfruttare al massimo la copertura (scansione) laterale del SSS. A tal fine il pesce è stato trainato ad una profondità equivalente a circa il 10% della misura del fondo, quindi i percorsi al largo sono stati eseguiti paralleli con una distanza di 130 m fra loro in modo che, per un altezza del pesce prefissa di circa 8 m, i dati SSS risultassero di qualità ottimale per bersagli distanti fino a circa 80 m per lato. Per i percorsi vicino costa la diminuzione del fondale ha imposto una distanza fra i percorsi di circa 60 m. Le rotte così ottenute sono state sovrapposte ad una carta di navigazione della zona dei rilievi in scala 1:15.000 con doppio reticolato per i sistemi di proiezione UTM-ED50 e WGS84. I tracciati SSS ottenuti tramite acquisizione digitale sono stati quindi rielaborati per mezzo del software dedicato che permette di eseguire un mosaico dei tracciati e una carta finale georeferenziata; sono state preparate carte di mosaico in scala 1:5000 coprenti complessivamente l intera zona dei rilievi (Tavole 1 a, b e c). Sulla base dell'analisi dei sonogrammi sono state effettuate verifiche (verità mare) utilizzando due tecniche. Nel caso di verifiche su vasti tratti di fondale è stato utilizzato un veicolo filoguidato o ROV: l ACHILLE M4. Nella tabella 1 sono riportate le coordinate dei punti di immersione del ROV. In ogni zona indagata i percorsi con il ROV sono stati effettuati, procedendo su transetti perpendicolari alla linea di costa (Fig. 1). Fig. 1. Punti di immersione del ROV. 142
Tab. 1. Coordinate geografiche WGS84 dei punti di immersione del ROV. Sigla Lat. N Long. E 1 44 19,3373' 9 17,6190' 2 44 19,3164' 9 17,6826' 3 44 19,2878' 9 17,7811' 4 44 18,8011' 9 17,9429' 5 44 18,7312' 9 17,9378' 6 44 18,4892' 9 18,2319' 7 44 18,3309' 9 19,4052' 8 44 18,2113' 9 19,8600' 9 44 18,0426' 9 20,0888' 10 44 18,1231' 9 20,9266' 11 44 17,7678' 9 21,6341' 12 44 16,9050' 9 22,8410' Nel caso invece di verifiche puntiformi dei tracciati SSS è stata utilizzata l immersione subacquea. In 23 stazioni (Fig. 2) i ricercatori subacquei hanno compiuto osservazioni sulla tipologia del fondale, con particolare riferimento alla presenza ed aspetto dei prati di Cymodocea nodosa e sono state effettuate stime visive di copertura del substrato da parte di questa fanerogama. Fig. 2. Punti di immersione subacquee delle verità mare. Risultati e discussione 1 ROV Le verifiche tramite ROV sono riportate limitatamente a tre stazioni a diversa tipologia selezionate sulla base dei sonogrammi: (Fig. 3) Punta Chiappe, (Fig. 4) Foce Entella, (Fig. 5) Sestri Levante. 143
Le foto 1, 2 e 3 illustrano i risultati delle indagini ROV in corrispondenza delle tre zone selezionate. Fig. 3. Punta Chiappe. Immagine del sonogramma nella zona dei punti di immersione del ROV 1, 2 e 3. Sono visibili i ripples e in basso a destra alcuni prati di Cymodocea nodosa vedi Tavola 1 a (Zona A). Foto 1. Punta Chiappe. Fondale a ripples profondi e ordinati, con granulometria più grossolana sulle creste. 144
Fig. 4. Foce Entella. Immagine del sonogramma nella zona dei punti di immersione del ROV 8 e 9 vedi Tavola. 1 b (Zona B). Foto 2. Foce Entella. Prati di Cymodocea nodosa densa e a foglie lunghe. 145
Fig. 5. Sestri Levante. Immagine del sonogramma in prossimità del punto 12 di immersione del ROV vedi Tavola 1 c (Zona C). Foto 3. Sestri Levante. Fondale disturbato con filare di Cymodocea nodosa a bassa densità e foglie di media lunghezza. Il confronto tra le immagini ottenute con il ROV ed i sonogrammi del SSS evidenzia la buona corrispondenza tra la presenza areale del prato ed il contrasto cromatico nelle immagini ottenute tramite SSS. Le strutture sedimentarie del fondale, quali i ripples, sono ben evidenziate con entrambe le tecnologie utilizzate. Di difficile caratterizzazione risultano invece la tessitura dei sedimenti nell ambito delle classi dimensionali della sabbia individuate da Delbono et al. (2003, in questo volume). 146
2 - Osservazione dei prati di Cymodocea Le osservazioni subacquee per le operazioni di verità mare, hanno dimostrato che i prati campionati sono caratterizzati da una notevole variabilità. In particolare, il grado di copertura del fondale, con andamenti alquanto irregolari, si mantiene su valori elevati (fino ad un massimo del 60%) nelle stazioni prossime a Chiavari, mentre appare assai minore avvicinandosi a Sestri, dove si mantiene su valori inferiori al 5 % (Tab. 2, Fig. 6). Tab. 2. Risultati delle verità mare in immersione subacquea. Coordinate geografiche WGS84. Staz. Lat. N Long. E Prof Copertura (m) % Tipologia a 44 18,998 9 18,292 11 60 Prato denso ed uniforme, con qualche radura sabbiosa. b 44 18,883 9 18,353 12 30 Prato in ampie chiazze folte alternate a radure sabbiose. c 44 18,637 9 18,470 15 10 Piccole chiazze. d 44 17,891 9 20,600 16 25 Chiazze sparse più o meno dense. e 44 18,768 9 18,517 12 40 Prato di ampie chiazze dense alternate a radure sabbiose. f 44 18,475 9 18,956 14 10 Chiazze e filari. g 44 18,406 9 19,431 11 15 Ciuffi isolati e piccole chiazze. h 44 18,320 9 19,662 11 20 Chiazze folte alternate a radure sabbiose. i 44 18,103 9 20,212 13 25 Prato moderatamente denso e continuo. j 44 18,176 9 20,227 11 10 Chiazze e filari. k 44 17,756 9 21,220 11 4 Filari isolati. l 44 17,501 9 21,234 19 0 Sabbia non vegetata. m 44 17,548 9 21,344 18 0 Sabbia non vegetata. n 44 17,600 9 21,467 12 10 Brevi filari. o 44 17,666 9 21,470 11 1 Piccoli filari isolati. p 44 17,303 9 21,514 22 0 Sabbia non vegetata. q 44 17,293 9 22,096 11 15 Chiazze e filari. r 44 17,198 9 22,197 12 25 Prato discontinuo, in chiazze. s 44 17,018 9 22,474 11 20 Prato continuo. t 44 16,525 9 22,754 14 0 Sabbia non vegetata. u 44 16,836 9 22,798 11 1 Radi e piccoli filari. v 44 16,658 9 23,079 10 2 Brevi filari e piccole chiazze. w 44 16,499 9 23,304 8 3 Filari radi e piccole chiazze. Fig. 6. Valori della copertura del prato di Cymodocea nodosa 147
Allo scopo di verificare se le zone caratterizzate da prati di C. nodosa con diversa copertura, densità e parametri fenologici, sono identificabili da segnali di differente intensità del rilevamento SSS, sono stati associati ai risultati ottenuti dal lavoro di Delbono et al. (2003, in questo volume), le immagini SSS corrispondenti ai punti di prelevamento del transetti Chiavari, Lavagna e Sestri Levante (Fig. 7, 8, e 9). Fig. 7. Punti di immersione in prossimità di Chiavari. Fig. 8. Punti di immersione in prossimità di Lavagna Densità fasci/ mq 206 129 118 48 71 119 90 121 Fig. 9. Punti di immersione in prossimità di Sestri Levante. Chia-sup Chia-prof Lav-sup Lav-int Lav-prof Sestri-sup Sestri-int Sestri-prof Fig. 10. Diagramma densità fasci /mq. Modificato da Delbono et al. (2003, in questo volume) Dall esame delle immagini del SSS si può affermare che esiste, in linea generale, una certa relazione, benché non perfettamente quantificabile allo stato attuale, tra le caratteristiche fenologiche del prato di Cymodocea nodosa e l intensità del segnale SSS, in particolare le densità > 120 fasci/mq sono chiaramente rilevate sui sonogrammi. Per valori inferiori come nella zona di Lavagna, zona caratterizzata da un elevato idrodinamismo e dalla presenza di fenomeni erosivi, i segnali SSS più deboli appaiono più difficilmente differenziabili dalla tessitura del sedimento (Fig.10). 3 - Cartografia del prato di Cymodocea Le immagini raster dei sonogrammi del SSS sono state trasformate in vettoriale per esaltare i limiti superiore ed inferiore del prato di Cymodocea nodosa. Tali immagini hanno un formato grafico TIFF (Tagged Image File Format), una profondità di colore pari a 8 bit, equivalente a 256 colori, una risoluzione di 42 cm e sono state georeferenziate sia al sistema UTM-ED50 sia a quello Gauss-Boaga. Esistono diverse tecniche software di elaborazione delle immagini che 148
permettono il passaggio da raster a vector in modo semi-automatico, ma queste tecniche non hanno dato risultati soddisfacenti. La causa principale è attribuibile all intervallo di valori dei pixel, la cosiddetta radianza, che individua le zone del prato di Cymodocea nodosa nell immagine; tale intervallo non è univoco, ma si presenta anche in molte altre zone dell immagine dove il prato della fanerogama non è presente. Si è proceduto quindi alla vettorializzazione attraverso la digitalizzazione manuale del prato di Cymodocea nodosa. La digitalizzazione manuale è stata effettuata a due diversi gradi di dettaglio: un dettaglio maggiore con scala 1:5.000, ed uno minore a scala 1:25.000, sono state così create due carte del prato di Cymodocea nodosa (Tab. 3). Tab. 3. Cartografia GIS del prato di Cymodocea nodosa a diversa scala nominale. Cartografia GIS Scala Nominale Dettaglio Tavola II - Prato di Cymodocea nodosa 1:5.000 Elevato Tavola III - Prato di Cymodocea nodosa 1:25.000 Basso La necessità di una rappresentazione del prato di Cymodocea nodosa con un dettaglio inferiore è dovuta alla notevole variazione spaziale di questa fanerogama marina nel tempo, come ampiamente riportato in letteratura. La Tavola II individua l area dinamica della prato con una migliore determinazione del suo limite inferiore e superiore. Nella cartografia numerica, con la possibilità di variare la scala nella rappresentazione, il concetto tradizionale di scala perde di significato. Il fattore di scala rimane come Scala Nominale, intendendo con esso il grado di precisione degli strumenti e della metodologia utilizzati nell acquisizione del dato (Demers, 1997). Fig. 11. Esempio di mappa tematica utilizzando la percentuale di copertura del prato di C. nodosa. La caratteristica fondamentale dei sistemi GIS è la possibilità di agganciare delle informazioni alfanumeriche, gli attributi, all oggetto cartografico. Un possibile esempio di quest aspetto è la possibilità di integrare alla mappa del prato alcuni parametri fenologici della Cymodocea nodosa creando così dei tematismi del prato della fanerogama marina in grado di indicare differenti condizioni ambientali. Nella figura 11 è riportata la mappa tematica della copertura di Cymodocea nodosa. 149
Bibliografia Bianchi C.N., Peirano A., 1995 - Atlante delle fanerogame marine della Liguria. Posidonia oceanica e Cymodocea nodosa. ENEA, Centro Ricerche Ambiente Marino, La Spezia, pp.1-146. Del I., Bianchi C..N., Morri C., Peirano A., 2003 - Influenza della tessitura dei sedimenti e dei fenomeni erosivi nella distribuzione del prato di Cymodocea nodosa nel tratto di litorale compreso fra Chiavari e Lavagna. ENEA Il Golfo del Tigullio Liguria orientale. Avanzamento degli Studi per la creazione di Strumenti della Gestione Costiera. Demers, M.N., 1997 - Fundamentals of Geographic Information Systems. J.Wiley&Sons. Morri C., Bianchi C.N., Damiani V., Peirano A., Romeo G., Tunesi L., 1986 - L'ambiente marino tra Punta della Chiappa e Sestri Levante (Mar Ligure): profilo ecotipologico e proposta di carta bionomica. Boll. Mus. Ist. biol. Univ. Genova, 52 suppl: 213-231. Newton R., Stefanon A., 1975b - Application of Side Scan Sonar in Marine Biology. Mar. Biol., 31:287-291. Stefanon A., 1985 - Marine sedimentology through modern acoustical methods: I. Side Scan Sonar. 150
Tavola 1 a. Mosaico sonogrammi Side Scan Sonar. Settore Nord.
Tavola 1 b. Mosaico sonogrammi Side Scan Sonar. Settore Centro.
Tavola 1 c. Mosaico sonogrammi Side Scan Sonar. Settore Sud.