Analisi dinamica e diacronica del sistema territoriale nel bacino del Pollina. Gaetano La Bella, Sonia Corso, Giacomo Lo Piccolo, Rosario Terraforte, Giulia Varrica, Gaetano Pisciotta, Caterina Randazzo, Giuseppe Bordonaro, Valerio Fontana, Giulia Cacciato, Massimiliano Vito, gaetanolabella@anfe.it A.N.F.E. Ente di Formazione Professionale Delegazione Regionale Sicilia Progetto in corso d opera realizzato attraverso i software ArcGis 9.3 e Envi 4.8 Abstract Lo scopo del presente lavoro ha riguardato l uso di strumenti innovativi quali i Sistemi Informativi Territoriali e il Telerilevamento satellitare al fine di un indagine conoscitiva dello stato antropico e naturale di un territorio. In particolare, si è preso in considerazione un area al confine tra la provincia di Palermo e quella di Messina (Sicilia): il bacino di Pollina. (Lat 37.99434 Long. 14.14301) Utilizzando la Carta di Uso del Suolo prodotta dal programma europeo Corine Land Cover (2006), l area in esame è stata suddivisa in parti omogenee. La ricerca della naturalità e dell antropizzato del bacino del Pollina è stata eseguita attraverso l applicazione del tool VLATE 2.0 beta, in ambiente Arcgis Desktop. Dal punto di vista dell analisi da telerilevamento sono state messe a confronto tecniche di classificazione di dati satellitari di tipo multispettrale, LANDSAT, sviluppando un decision tree, uno spectral angle mapper e un density slice, per determinare il dato antropizzato, inteso come costruito (edifici, reti di comunicazione viarie, ecc.), valutandone l accuratezza, stimata tramite metodi statistici attraverso l implementazione di matrici di confusione sui dati satellitari. Questa prima fase di studio ha definito come il bacino di Pollina sia un sistema eterogeneo ad elevato grado di antropizzazione. INTRODUZIONE L area di studio, compresa nell intrabacino tra Lascari e Pollina, presenta una eterogeneità paesaggistica: ambienti montani, collinari e di pianura con un alto valore ecologico e ambientale per la presenza di diversi siti di interesse comunitario. Passando in rassegna le molteplici definizioni di paesaggio, il carattere che emerge maggiormente è quello spaziale: in particolare, viene sottolineata l importanza delle relazioni spaziali tra gli oggetti che formano i paesaggi. Questi ultimi, infatti, nell ambito degli studi ecologici, vengono chiamati anche Ecomosaici, mosaici ambientali, e rappresentati attraverso modelli concettuali, molti dei quali si basano sulla struttura Matrice - Patch - Corridoi : la Matrice è sostanzialmente l uso del suolo, o habitat, prevalente; le Patches, o tessere, sono gli elementi non lineari che si differenziano da ciò che li circonda; i Corridoi sono gli elementi di unione tra le patches. Tramite la dimensione spaziale, carattere essenziale dell Ecomosaico, vengono messi in relazione gli elementi che ne fanno parte, la cui dimensione, forma e posizione determinano alcune caratteristiche salienti. La distribuzione delle patches all interno della matrice, la loro grandezza e forma ci forniscono, infatti, tutte quelle informazioni basilari per le valutazioni di carattere ecologico. Il principale fattore che determina la perdita degli habitat è la frammentazione del territorio, cioè la trasformazione di un habitat esteso in una matrice formata da un numero elevato di piccole patches, l una isolata dalle altre [Wilcove et alii 1986].Tale trasformazione è causata, nella maggior parte dei casi, dall urbanizzazione del territorio che riduce al minimo lo spazio vitale delle 1
specie. Il processo di frammentazione porta, infatti, a quella che Wilcox (1980), ha definito come Insularizzazione, dove, infatti, la patch può considerarsi una vera e propria isola. Le mutazioni ambientali, così come lo sviluppo delle nuove tecnologie telematiche influenzano, in maniera diretta o indiretta, il territorio e l ambiente. Seguendo l evolversi del territorio la dimensione temporale risulta sempre più rilevante per la raccolta dei dati ad esso riferiti, ne discende la necessità di rendere dinamici anche gli strumenti urbanistici preposti al suo controllo, monitoraggio, gestione e progettazione [Salvemini e Donnaloia]. A tal proposito, l utilizzo di immagini satellitari e dei tematismi derivati dalla loro classificazione si rivela utile per l analisi diacronica del territorio, in particolar modo per l analisi delle dinamiche di sviluppo e di trasformazione - sia di origine antropica, sia di origine naturale - del territorio stesso. L utilizzo di dati telerilevati permette, inoltre, un aggiornamento continuo delle fonti cartografiche, l individuazione di abusi edilizi, le misure di prevenzione contro le forme di desertificazione o semidesertificazione diffusa, di salvaguardia per il rischio idrogeologico, fino ad arrivare alla valutazione dei cambiamenti (macroscopici) del territorio dovuti, ad esempio, a calamità naturali. Il land cover è definito come il livello di suolo e biomassa che include la vegetazione, le colture e le strutture umane che coprono la superficie terrestre (Dolman et al., 2003) e studiare i cambiamenti di land cover a scala regionale gioca un ruolo fondamentale nella comprensione dei complessi fenomeni legati al Global Change. MATERIALI E METODI Per ottenere una rappresentazione del territorio capace di fornire tutte le indicazioni necessarie, il supporto tecnico del Sistema Geografico Informativo (GIS) e del Telerilevamento si rivelano efficaci e di fondamentale valore. Il vantaggio principale che lo strumento GIS ci offre è quello di collegare alla cartografia tradizionale un database di informazioni facilmente consultabili. Il progetto ha inizio con la scelta del sistema di riferimento in WGS84 - UTM zona 33N. Si è creato il modello digitale di elevazione (DEM) attraverso l estrapolazione dei punti quotati e delle curve di livello dalla Carta Tecnica della Regione Siciliana (CTR), e si è generata la Carta delle Fasce Altimetriche, utilizzando la classificazione proposta dall ISTAT e suddividendo il bacino complessivo in alta, media e bassa valle. Al fine di otternere una rappresentazione più fedele e quanto più precisa di tutti gli elementi del territorio in un unico layer sono state estratti altri tematismi specifici alle informazioni proprie della rete stradale, delle aree urbanizzate e della rete idrografica mantenendo il rapporto di scala originaria (1:10.000). Tali informazioni sono state integrate dalla Carta di Uso del Suolo (1:100.000) secondo i codici definiti dalle disposizioni fornite dall Unione Europea nell ambito del progetto Corine Land Cover 2006. L importanza di questo lavoro non è però finalizzata alla sola rappresentazione del territorio, ma alla determinazione del livello di naturalità e di antropizzazione, dell impiego del suolo che maggiormente influenza l area e del grado di frammentazione del territorio. Ed è attraverso l applicazione del tool VLATE 2.0 beta in ambiente Desktop Gis che è stato possibile analizzare i rapporti spaziali delle singole patches sulla matrice del mosaico ambientale, tramite: Area Analyst, Form Analyst, Diversity Analyst. Il primo step è stato quello di calcolare gli indici NP, CA ed MPS. NP: numero di patches per ogni classe di suolo CA: area relativa alla classe. Indica la superficie totale di suolo occupata dalla classe singola MPS: dimensione media delle patches di ciascuna classe. Questo indice evidenzia il concetto di frammentazione e per il suo calcolo sono state considerate le classi CLC con una percentuale di incidenza sul territorio superiore al 4% in termini di superficie 2
I valori evidenziano un bacino con un elevato numero di patches e una loro distribuzione sul territorio non uniforme, in quanto nella bassa valle, nonostante l area sia inferiore rispetto alle altre due, l incidenza della frammentazione del territorio è maggiore. Si prosegue con la Form analyst, calcolando: MSI: fornisce una stima di quanto le patches di ciascuna classe si avvicinano alla forma circolare MPAR: è il rapporto medio tra lo scarto delle misure di un poligono avente geometria favorevole e quella meno favorevole La forma delle patches influenza notevolmente le proprietà funzionali dell elemento ambientale, ad esempio i corridoi ecologici. Il bacino mostra un basso grado di compattezza, i cui indici elevati MSI e MPAR evidenziano una geometria allungata per i seminativi non irrigui, le colture agrarie, gli oliveti e i boschi di latifoglie. Si conclude ottenendo gli indici del Diversity Analist: Richness: numero totale delle classi in ciascuna unità di paesaggio SHDI: shannon s diversity, esalta in particolare le componenti più rare del sistema ambientale SHEI: shannon s eveness index, tale valore rappresenta il massimo della diversità in un mosaico ambientale L intero territorio risulta molto eterogeneo, come dimostra l analisi della diversità; infatti, la percentuale di ricchezza di territorio in termini di classi uso suolo è abbastanza elevata in ciascuna delle tre unità di paesaggio. Infine, l ultimo indice calcolato, come metodo per la valutazione ecologica del territorio, è stato l Index of Vegetation Naturalness (IVN), tale da fornire una valutazione numerica del grado di alterazione/naturalità di un territorio. L IVN può assumere un valore da 0 a 1, dove 0 indica il massimo grado di alterazione antropogena e 1 il massimo livello di naturalità. Nel complesso il nostro bacino è caratterizzato da un medio tasso di naturalità (IVN= 0,56); tuttavia, se andiamo a considerare i valori delle unità di analisi, si nota in primo luogo come questo valore abbia una variazione considerevole. Nella bassa valle l IVN assume un valore minimo definendo per l area in esame un elevato grado di artificialità, circa 83% dell intera superficie. Valore che tende ad aumentare man mano ci si sposti verso l alta valle fino a raggiungere valori di artificialità intorno al 13%. 3
In fig. 1, analisi del bacino e indice IVN Per il nostro studio la scelta del dato è ricaduta su un immagine satellitare di tipo LANDSAT. Le caratteristiche generali sono: la multispettralità (scene satellitari acquisite in diverse bande dello spettro elettromagnetico con il vantaggio di analizzare in singole bande o opportunamente combinate, utili per lo studio di elementi territoriali differenti); la multitemporalità (ciclicità di rilevamento sulla stessa porzione di territorio) e la risoluzione geometrica. In particolare il dato utilizzato è un immagine Landsat 7 ETM+: 7 bande multispettrali (30 m di risoluzione a terra) con tempi di ri-passaggio di 16 giorni. In prima analisi si è proceduto al calcolo dell NDVI, per distinguere le varie superfici presenti nell area di studio ed in particolare la distribuzione spaziale della vegetazione all interno dell area considerata. L NDVI consente di mettere in relazione l assorbimento spettrale della clorofilla nel rosso [0,63 0,69 μm], con il fenomeno di riflessione nel vicino infrarosso [0,76 0,90 μm] dove è fortemente influenzata dal tipo di struttura fogliare [Gomarasca, 2004]. L NDVI è un utile indicatore sia della quantità di vegetazione presente ma anche dello stato di salute della vegetazione. Infatti, nella vegetazione in forte stress idrico si ha un incremento della radiazione riflessa nel rosso ed una diminuzione nel vicino infrarosso. Il dato NDVI elaborato è stato di seguito mascherato attraverso una classificazione di tipo Decision Tree al fine di risaltare quei pixel i cui valori sembrano essere meglio rappresentativi della classe antropizzato. Di seguito si è posta l attenzione all identificazione e alla conseguente validazione di pixel rappresentanti la classe antropizzato in termini di risoluzione sia spaziale che temporale. Questo è stato possibile grazie alle informazioni estratte sulla base dei dati vettoriali acquisiti dalla banca dati Corine Land Cover 2006, in particolare quelli che ricadono nelle zone urbanizzate con codice 111 e 112, e di seguito validate da un analisi comparativa attraverso Google Earth. La scelta dei pixel rappresentativi della classe è ricaduta su 2 punti identificati dai valori di cella 5635_2253 e 5120_1758 del subset dell immagine Landsat ETM+ 2001. In seconda fase si è proceduto a lanciare una classificazione controllata (supervised) di tipo SAM dell immagine Landsat ETM+ 2001 in ambiente ENVI e al calcolo della sua accuratezza attraverso la matrice di confusione considerando pixel veri le ROI generate da una trasformazione di tipo vector to raster del dato Corine Land Cover. Dalla fig. 2 si nota il dato cartografico della probabile classe antropizzato generato dall indagine eseguita nel dato satellitare. 4
fig. 2, Restituzione vettoriale della classe antropizzato RISULTATI E CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI Lo studio svolto si è proposto come strumento di allarme globale per i cambiamenti di uso del suolo in funzione di un aumento dell antropizzazione a discapito della naturalità del luogo. Il metodo proposto è relativo alla ricerca dell antropizzato tramite un processamento di dati satellitari, che vista la proprietà sinottica degli stessi, permette la gestione di grandi estensioni areali in tempi abbastanza rapidi. Tuttavia tali metodologie richiedono una più accurata verifica del dato stimato tramite un attenta indagine sul campo. Le diverse classificazioni del dato satellitare hanno condotto in prima analisi ad una immediata restrizione del campo di ricerca a tutto ciò che è privo di vegetazione; di seguito al censimento di quei pixel la cui probabilità di essere rappresentativi di aree antropizzate risulta essere accettabile. L altro punto di forza è l estrazione di firme spettrali di pixel rappresentativi la classe, tramite confronto diretto con dati ancillari quali ortofoto e dati GPS, questo al fine di ottenere un identificazione quanto mai veritiera dell interpretazione stimata da satellite. Viste le potenzialità del dato satellitare oggi a disposizione in termini di risoluzione, considerando i continui costi proibitivi, sarebbe auspicabile un indagine in situ al fine di validare punti rappresentativi dell oggetto indagato, confrontati con elaborazioni satellitari ad elevata risoluzione. Questo permetterebbe l aggiornamento dinamico di base di dati già definiti e la produzione di materiale cartografico di dettaglio per un monitoraggio attento del territorio. Infine, queste informazioni devono essere oggetto di una buona e sostenibile politica di gestione e di governo del territorio, la quale, oggi come non mai, deve mediare tra l interesse allo sviluppo urbano e industriale, e quello della conservazione degli ambienti naturali residui, minacciati dalla pressante azione dell uomo. BIBLIOGRAFIA David S. Wilcove, Charles H. MacLellan, Andrew P. Dobson (1986). Habitat Framentation in the temperate zone Wilcox, R.S. 1980. Ripple communication. Oceanus 23:61-68 Gomarasca M. (2004) Elementi di Geomatica - Associazione Italiana Telerilevamento. Dolman et al., 2003 Salvemini e Donnaloia SITOGRAFIA http://dawinci.istat.it/dawinci/jsp/dwgloss.jsp?tav=home http://www.sinanet.isprambiente.it/members/mais/corine/ http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp 5