Le Attività di Ricerca in PRIMI Rosalia Santoleri (r.santoleri@isac.cnr.it) Workshop PRIMI Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro 12 APRILE 2011 – CNR

Il Problema Ambientale L’inquinamento da idrocarburi, causato da incidenti o rilasci di varia natura in ambiente marino, è una delle principali cause dell’inquinamento marino Libano 2006 Golfo del Messico 2010 NB: Gli incidenti contribuiscono solo per 10-15 % ai rilasci di petrolio in mare Il 45% è dovuto a rilasci illeciti

Il Problema ambientale L’inquinamento da idrocarburi ha un grave impatto su: ATTIVITA’ ECONOMICHE: produzione di energia, produzione industriale, pesca, turismo, trasporto marittimo, etc AMBIENTE: danni sull’ecosistema, e in particolare sulla fascia costiera, eventualmente danni ad aree di elevato interesse paesaggistico o naturalistico

Il Mediterraneo Il Mar Mediterraneo rappresenta la principale rotta di trasporto di petrolio che collega l’oriente all’occidente Il 20-25% della produzione modiale di petrolio transita nel Mediterraneo Il 30% del commercio marittimo passa per il Mediterraneo Oltre 40 siti legati alla produzione di petrolio (terminali di oleodotti, piattaforme petrolifere, terminali off-shore, raffinerie, etc) Presenza di un ecosistema unico particolarmente fragile e vulnerabile Turismo come una delle maggiori fonti economiche della regione

Il Contesto Internazionale In seguito alla Direttiva (1406/2002) a livello Europeo è stata costituita la European Maritime Safety Agency (EMSA) per fornire assistenza tecnica e scientifica alla commissione Europea e ai paesi membri per lo sviluppo e l’implementazione delle normative Europee nel settore della sicurezza marittima prevenzione dell'inquinamento salvaguardia delle vite umane in mare. EMSA in base alla Direttiva Europea 2005 che gli affida il compito operativo di prevenire e combattere l’inquinamento marino ha messo a punto il servizio CLEANSEANET (operativo dall’Aprile 2007): Un servizio NRT di individuazione dei rilasci da idrocarburo e di monitoraggio delle navi Il servizio si basa su dati SAR (Envisat e RADARSAT 1 & 2)

KSAT, e-Geos, Edisoft, CLS CLEANSEANET Service based on 2 satellite networks SVALBARD KSAT ENVISAT RADARSAT 1/2 TROMSØ) ESA MDA GRIMSTAD BREST KSAT, e-Geos, Edisoft, CLS CLS MATERA E-Geos Azores EMSA/users EDISOFT

I rilasci di petrolio visti dallo spazio OS by SAR: 1999- 2004 Gli scarichi illeciti sono di frequente osservati e monitorati con il SAR Il SAR è senz’altro uno strumento efficace e consolidato E’ necessario aumentare la frequenza di campionamento attraverso sensori con tempo di rivisita giornalieri (COSMO-SkyMed, MODIS, MERIS) Ferrero et al 2006

Obbiettivi di PRIMI Sviluppare un sistema di sorveglianza e previsione dell’inquinamento marino da idrocarburi capace di: monitorare giornalmente tutti i Mari italiani -> multi-missione aumentare la frequenza di monitoraggio -> uso congiunto di dati SAR & VIS/IR avvistare precocemente il rilascio di petrolio -> automatizzazione fornire parametri aggiuntivi come volume OS e dati meteo-oceanografici (vento, onde, etc) prevedere il trasporto, la dispersione e la trasformazione della macchia di petrolio -> accoppiamento osservazione-previsione Consentire l’organizzazione delle misure di contenimento del danno e di recupero da parte delle autorità competenti Avvalersi delle tecnologie spaziali sia per il monitoraggio dell’ambiente marino che per l’assimilazione di dati satellitari in modelli di previsione.

Obiettivi delle attività di ricerca Sviluppo di algoritmi avanzati di identificazione e classificazione di macchie da idrocarburi da dati SAR Sviluppo di algoritmi di identificazione e classificazione di macchie da idrocarburi da dati VIS/IR Sviluppo di algoritmi avanzati per la stima dei parametri meteo-marini da dati satellitari finalizzati al miglioramento dell’individuazione delle macchie di petrolio in immagini satellitari Sviluppo di algoritmi avanzati per la stima dei parametri oceanografici da dati EO finalizzati all’assimilazione nei modelli di previsione del sistema PRIMI Studio e sviluppo di algoritmi per l’informazione sulle caratteristiche degli oli sversati Messa a punto di un sistema di previsione della dispersione di inquinanti per i Mari Italiani e per le zone costiere Sviluppo del modello di dispersione e trasformazione (DOS e DTOS) dell’OS e sua implementazione alla scala dei Mari Italiani Sviluppo di metodi di assimilazione per combinare in modo ottimale i risultati da modello DTOS con risultati ottenuti dalle osservazioni spaziali Validazione degli algoritmi e prodotti del sistema e dei suoi sotto-sistemi

Attività di Ricerca e Responsabilità Modulo SAR : Sviluppo di algoritmi avanzati di individuazione OS e dati meteo-marini in dati SAR: Uni. PO (resp. attività), CNR-ISSIA (vento, onde) and E-GEOS (ship detection) Modulo Ottico: Sviluppo di algoritmi avanzati di individuazione OS in dati VIS/IR CNR-ISAC (resp. attività), FlyBy (neural network) Modulo Previsione: Sviluppo di un sistema di previsione che permetta di prevedere tempestivamente la dispersione delle macchie individuate da satellite. INGV (resp. attività), CNR-IAMC (modello Canale Sicilia), ENEA (modello Tirreno, sistema di archivio/catalogo previsioni, mappe dispersione), Un. Bo (modello Adriatico) Modulo EO per Assimilazione: Messa a punto di prodotti satellitari e metodi di Assimilazione dati in modelli CNR-ISAC (resp. attività, Sviluppo prodotti UHR SST multi-sensore per assimilazione ), CNR-ISMAR (sviluppo metodi di assimilazione dati posizione OS e dati lagragiani in modelli), INGV (sviluppo tecniche di assimilazione SST in modelli di circolazione) CAL/VAL Validazione algoritmi, metodi, prodotti PRIMI, acquisizione dati tramite campagne validazione + validazione scientifica prodotti servizio CNR_ISAC (resp. attività), CNR-ISMAR, CNR-IAMC, INGV, Uni-PO, ENEA, E-Goes, Un. Bo, Un. Parth + altri Enti/Istituti di Ricerca coinvolti nell’esperimento PRIMI

Punto di partenza di PRIMI: SAR OSAD - Oil Slick Automatic Detection ERS SAR data Messo a disposizione di PRIMI da ASI Navigable Quicklook Image Full-Resolution Window Image Look-up Table

Punto di partenza di PRIMI: OTTICO MODIS VIS + NIR (Hu et al., EOS, 2003) VIS Esperienza ISAC sull’incidente del Libano (Agosto 2006 pochi mesi prima del KO PRIMI)

Punto di partenza di PRIMI: PREVISIONE Il Sistema di Previsione di GNOO: Modello Mediterraneo; Modello Adriatico; Modello Canale di Sicilia Previsione a 24 ore MOTHY (wind induced currents only) MOTHY+MFS (daily) Test di previsioni di:

Il sistema PRIMI Multi-mission: Dati Meteo-marini ERS, AQUA; ENVISAT, RADARSAT, COSMO/Sky-Med, TERRA … (all satellites providing SST) Dati Meteo-marini Portale Utenti SAR (+ QuickLook) Dati EO PREVISIONE ARCHIVIO + I/F OTTICO Multi-source: Earth observation data and in-situ information Mail server Report Utenti Observation & Forecast Monitoring component completely connected with forecasting Satellite data Assimilation in models Integration: Information content into a GIS

Sistemi e algoritmi pre-esistenti/Soluzioni e innovazioni di PRIMI PRE-ESISTENTE PRIMI (in verde solo PRIMI) Prototipo di SS SAR per identificazione OS basato solo su dati ERS (ASI: OSAD) SS SAR multi-sensore: ERS, ENVISAT, RADARSAT, ALOS, COSMO/SkyMED Prime osservazioni OS in immagini MODIS (EOS paper) Integrazione SS SAR con SS Ottico basato su sensori VIS/IR in wide Swath (MODIS, MERIS) Sistemi operativi satellitari per zone limitate di mare a servizio del monitoraggio aereo Monitoraggio intero Mediterraneo e/o Mari Italiani attraverso uso integrato di SAR e Ottico Prontezza della risposta (sistema semi-automatico) Aumento dell’automazione del SS SAR e SS Ottico (informazione in 2 ore dalla disponibilità dei dati) Uso esclusivo del SAR e difficoltà di avere tempi di rivisita dati sulle aree interessate gionaliere o superiori Diminuzione dei tempi di rivisita tramite utilizzo COSMO/sky Med e sensori VIS/IR Modelli di previsione della dispersione di OS usati occasionalmente in caso di emergenze SS Previsione integrato in PRIMI. Previsioni della dispersione di OS prodotte automaticamente a partire dall’OS individuato da satellite, fornitura previsioni dispersione OS per le 72 ore successive ad utente Nessuna informazione su condizioni meteo-marine nell’area interessata dall’inquinamento Dati meteo-marini (vento e onda) ed oceanografiche (campo 3-D di corrente, temperatura, ect) sull’area interessata (Osservazioni e modelli) Mancanza di integrazione dell’Osservazione con la Previsione Gestione di un flusso continuo di informazione tra SS / Fornitura dati geofisici satellitari per assimilazione in modelli ocenografici / previsioni oceanografiche e OS automatiche Nessuna informazione sulle caratteristiche degli olii Oil type, Oil volume, Spill age da dati SAR Nessuna interfaccia utente. Portale utente, e sistema capace di fornire automaticamente i report agli utenti. Catalogo degli eventi osservati. Possibilità di inserire nel catalogo informazioni sulle verifiche in situ

Ulteriori risultati ottenuti: Nuovi prodotti L4 SST multi-sensore HRS (1km res) Nuove tecniche innovative di assimilazione dati OS per correzione delle predizione dell’evoluzione della macchia. Prototipo di nuovo oil spill drifter Mappe di probabilità di dispersione per i Mari italiani Creazione database di Validazione di riferimento: Acquisizione dati in situ da banche dati nazionali e internazionali Acquisizione dati OS dal MATT I dati acquisiti dalle campagne di validazione del Progetto: esperimento di validazione dei modelli di dispersione (11 Maggio 2009) Campagna Urania PRIMI (6 Agosto -7 Settembre 2009)

Interpolazione Ottimale: i prodotti attualmente operativi

Mappe di Probabilità di Dispersione