La campagna oceanografica del progetto PRIMI: verifica in situ del funzionamento del sistema di monitoraggio dei rilasci di idrocarburi in mare e di previsione del loro spostamento Francesco Bignami (f.bignami@isac.cnr.it) Rosalia Santoleri (r.santoleri@isac.cnr.it) PRIMI Cruise Group

Obbiettivi della Campagna PRIMI Verifica in situ del funzionamento del sistema PRIMI per il monitoraggio di rilasci di idrocarburi in mare e la previsione del loro spostamento. In particolare: Verifica della capacità dei Moduli SAR e Ottico di individuare macchie di idrocarburo in mare Verifica della capacità del Modulo Previsione di prevedere lo spostamento e la trasformazione delle macchie di idrocarburo Analisi delle modalità di spostamento, indotto da vento e corrente, delle macchie di idrocarburo mediante rilascio di boe alla deriva nelle macchie stesse Analisi delle caratteristiche delle macchie di idrocarburo con RADAR e LIDAR in situ (rispettivamente: onde capillari e fluorescenza) Analisi della composizione, concentrazione e densità degli idrocarburi presenti nelle macchie, mediante campionamenti d’acqua inquinata e analisi chimiche di laboratorio Acquisizione di dati bio-ottici (modulazione della luce in acqua da parte della biomasssa fitoplanktonica e degli idrocarburi) per convalida prodotti satellitari marini Acquisizione di dati meteo-marini, rotta nave Urania e posizione navi circostanti per verifica calcolo campi di vento e identificazione navi da immagini SAR Acquisizione dati fisici, chimici e biologici della zona di mare, per convalida modelli di circolazione marina e prodotti satellitari marini

Organizzazione e partecipanti La campagna PRIMI è stata finanziata dal CNR ed organizzata dal CNR-ISAC. Hanno partecipato alla campagna: partners PRIMI istituti/enti esterni al progetto E’ stata impiegata la Nave Oceanografica Urania del CNR ASI Centro di Geodesia Spaziale, Matera CNR-ISAC, UOS Roma E-GEOS, Matera ENEA, Frascati (RM), Casaccia (RM), Santa Teresa (SP) INGV, Bologna Università Piemonte Orientale, Alessandria Università “Parthenope”, Napoli Università di Bologna CNR-ISSIA, Bari CNR-ISMAR, La Spezia CNR-IAMC, UOS Oristano & UOS Napoli CNR-IBF, Pisa Stazione Zoologica “Anton Dohrn”, Napoli

Area geografica e periodo E’ stata scelta un’area geografica con alto numero e frequenza di scarichi illegali di idrocarburi, consultando il database storico PRIMI: Mar Tirreno meridionale Canale di Sardegna Canale di Sicilia Mar Ionio Periodo: 6 Agosto - 7 Settembre 2009

Strategia di campionamento Il cruise plan (rotta e campionamenti) è stato scelto in base alle acquisizioni satellitari SAR pianificate, in modo che la nave si trovasse nella scena satellitare al momento dell’acquisizione, per massimizzare la probabilità di raggiungere le macchie di idrocarburo individuate nelle immagini stesse. Satelliti SAR: ERS-2, ENVISAT COSMO-SkyMed Satelliti con sensori ottici: MODIS Aqua MODIS Terra MERIS ENVISAT COSMO-SkyMed ASAR ENVISAT MODIS ERS-2 MERIS

Individuazione rilasci, previsione e ricerca in situ MODULI SAR/OTTICO: INDIVIDUAZIONE MACCHIE DA SATELLITE MODULO PREVISIONE: PREVISIONI CIRCOLAZIONE MARINA (MODELLI MEDITERRANEO E SOTTOBACINI) PREVISIONI SPOSTAMENTO MACCHIE DI IDROCARBURO (MODELLO OIL SPILL) NAVE URANIA: RICERCA MACCHIE IN POSIZIONI PREVISTE CAMPIONAMENTO MACCHIE INDIVIDUATE RILASCIO BOE NELLA MACCHIA MONITORAGGIO TRIETTORIE CAMPIONI ACQUA E IDROCARBURO

8 raggiunti e campionati da nave Urania Stazioni di misura + stazione idrologica macchia campionata Individuati 30 rilasci idrocarburo da SAR (14 immagini) 8 raggiunti e campionati da nave Urania Effettuate 165 stazioni idrologiche nella zona

Strumentazione LIDAR (laser fluorescenza) Stazione meteo Boe alla deriva Iridium I-SPHERE Profilatore luce SATLANTIC Campionatore acqua Rosette (24 bottliglie) & CTD (sonda multiparametrica) RADAR in situ Boa alla deriva UNIBO XBT (sonda temperatura) LIDAR (laser fluorescenza) Boe alla deriva ARGO Stazione meteo Correntometro ADCP Termosalinografo

Dati Dati idrologici in stazioni di misura: CTD: profili verticali di pressione, temperatura, salinità,densità, O2 disciolto, torbidità, fluorescenza Rosette: campioni d’acqua (diverse profondità) di nutrienti, clorofilla, fitoplancton, CDOM, DOC, O2 Campionamento manuale: campioni di acqua inquinata (superficie) Dati bio-ottici in stazioni di misura e rilasci: profili multispettrali SATLANTIC di luce in acqua e superficie (350-700 nm, visibile) Dati boe alla deriva: posizioni macchie di idrocarburo, correnti, trasmessi tramite comunicazioni satellitari ARGOS e IRIDIUM Dati da strumenti acquisizione continua: Dati navigazione Parametri meteo standard (p, T, umidità, direzione e intensità vento; stazione meteo); Temperatura e salinità alla superficie (termosalinografo a scafo) Profili verticali di corrente marina fino a circa 400 m (2 correntometri Doppler ADCP a scafo) RADAR in situ: scatter e.m. altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo) Ondametro in situ: altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo) LIDAR in situ: fluorescenza superficiale (acqua pulita e macchie di idrocarburo) A.I.S nave Urania: identificazione navi circostanti

Individuazione rilasci e loro selezione (18/08/09) Immagini SAR processate secondo pre-operatività PRIMI (ASI e-Geos Matera). ENVISAT WS 18-08-09 UTC 9:03 MODIS TERRA 18-08-09 UTC 10:05 Report SAR ricevuto a bordo due ore dopo l’acquisizione (img diurne) o la mattina seguente (img notturne) Scelta macchia da campionare Riscontro su immagini ottiche ENVISAT IMP 27 ago. 2009 UTC 09:20 L’Urania si dirige verso la macchia scelta, mentre a bordo si effettua la previsione del suo spostamento per le ore di navigazione previste

Previsione spostamento macchie idrocarburo (18/08/09) Il personale scientifico a bordo produce la previsione dello spostamento della macchia di idrocarburo selezionata, per l’ora prevista di arrivo della nave sulla macchia. Input data Spill Date 2009-08-18 Observation Time 09:03 UTC Slick Center Coordinate Lat: 35.282017 Lon: 16.414566 Area 4972500 m2 Thickness (hypothesis) 0.1 mm Density (hypothesis) API=26 (Medium) 0.898 tons/m3 Volume 45 tons Current velocities MFS 1 hourly CURRENTS Forecast (surface currents) Wind forcing ECMWF 6 hourly Forecast Wind factor 0% PREVISIONE A 8 ORE POSIZIONE INIZIALE DA SATELLITE

Ricerca con LIDAR, RADAR e ondametro in situ (18/08/09) Il LIDAR su Urania Rotta Urania e segnale LIDAR Segnale LIDAR su macchia Il RADAR su Urania tempo (min) segnale RADAR nella macchia Riflettanza (backscatter) RADAR Ondametro: altezza onde macchia e acqua pulita

Ricerca e campionamento dei versamenti di idrocarburo (18/08/09) La nave raggiunge il punto previsto Acquisizione RADAR, LIDAR e Ondametro su rotta che copre la macchia Individuazione Campionamento idrologico e bio-ottico Analisi di concentrazione di idrocarburo Campionamento manuale acqua inquinata

Rilascio boe su macchie di idrocarburo (18/08/09) Versamento di forma allungata (4 km x 100 m): rilascio di 5 boe ARGO e 4 boe I-SPHERE nella macchia, a intervalli di 250 m nel senso della sua lunghezza. PREDICTED SLICK POSITION : 8 HRS AFTER THE OBSERVATION POSIZIONE REALE E LINEA BOE PREVISIONE A 8 ORE POSIZIONE INIZIALE DA SATELLITE Traiettorie boe Modello

Rilascio di idrocarburo (26 – 28 agosto 2009) ENVISAT WS 26 ago. 2009 UTC 21:05 ENVISAT IMP 27 ago. 2009 UTC 09:20 Riflettanza (backscatter) RADAR in situ segnale RADAR nella macchia tempo (min)

Individuazione satellitare, in situ, previsione e traiettorie boe (26 – 28 agosto 2009) Individuazioni in situ successive (28/08/09) Previsione (27/08/09 12:00) Boa (28/08/09 12:40) Lancio Boa (27/08/09 12:00) Previsione (27/08/09 09:00) Individuazione in situ (27/08/09 13:10) a 900 m dalla posizione prevista 2 km Seconda individuazione da SAR (27/08/09 09:20) Prima individuazione da SAR (26/08/09 21:06)

Natanti identificati con a.i.s. durante l’acquisizione satellitare Dati A.I.S. ship dd mm yy hh ss latd latm lond lonm prua Urania dir ship w/resp N rng (nm) ship len (m) destination image name 7 8 9 5 6 47 39 0,022 14 40,97 330 -99 60 unknown CSK 07082009_WR_546 Parsifal 10 236 15,92 54 Monaco 297 20,4 40 Beaumaiden 29 21,12 88 Maria Sibu 101 21,38 133 Rina Amoretti 85 25,3 220 Cartour 93 27,7 186 Grindanger 129 30,8 201 peschereccio a vista 15 SAR ship detection L’identificazione delle navi presenti nelle immagini al momento delle acquisizioni satellitari ha consentito di convalidare gli algoritmi PRIMI di ship detection con SAR

Conclusioni I risultati della campagna indicano che: La campagna PRIMI è il primo esperimento sistematico di verifica in situ di un sistema di monitoraggio/previsione di rilasci di idrocarburo in mare La strategia di campagna messa a punto dal Gruppo PRIMI ha consentito di campionare 8 rilasci dei 30 indentificati da satellite durante la campagna Le misure in situ hanno confermato la presenza di idrocarburo in tutti gli 8 rilasci, convalidando così il sistema di monitoraggio e previsione PRIMI Alcuni rilasci sono stati individuati sia con SAR che in immagini MODIS e/o MERIS a copertura nuvolosa sufficientemente bassa L’ispezione in situ ha rivelato che in alcuni casi l’idrocarburo era presente solo come film sottile (fluorescenza e assenza onde capillari nei segnali LIDAR e RADAR, debole segnale di iridescenza ad occhio nudo) Le tre macchie più inquinate, con idrocarburo in strati spessi e in forma solidificata galleggiante, sono state oggetto di rilascio di boe alla deriva che hanno fornito dati utili sul ruolo del vento e della corrente nello spostamento delle macchie stesse. I risultati della campagna indicano che: I Moduli SAR e Ottico PRIMI possono individuare anche zone leggermente inquinate (film sottile di idrocarburo) Il Modulo Previsione PRIMI ha ottime capacità di prevedere gli spostamenti delle macchie di idrocarburo

PRIMI Cruise Group ASI : F. Nirchio CNR-ISAC: R. Santoleri, F. Bignami, S. Colella, A. Pisano, E. Böhm, G. Volpe, B. Buongiorno Nardelli CNR-ISMAR: A. Mercatini, A. Griffa CNR-ISSIA: G. De Carolis, M. Adamo CNR-IAMC: R. Sorgente, M. Sprovieri E-GEOS: G. Ruggeri , G. Pandiscia, L. Cutrufo, E. Di Cuia, C. D. Rubino, T. Dell’Acqua ENEA: S. Marullo, F. Colao, V. Debettio, G. Terranova, V. Rupolo, E. Napolitano, R. Iacono INGV: M. De Dominicis, G. Coppini, N. Pinardi UNIPO: P. Trivero, M. Borasi, M. Cavagnero UNIBO: R. Archetti UNIParthenope: E. Zambianchi Si ringraziano l’equipaggio ed i tecnici della N/O Urania per la loro collaborazione altamente professionale