Le Attivit di Ricerca in PRIMI Workshop PRIMI

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

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 Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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 Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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 Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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) Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

CLEANSEANET Service based on 2 satellite networks SVALBARD ENVISAT KSAT RADARSAT 1/2 ESA TROMSØ) MDA GRIMSTAD 6 BREST KSAT, e-Geos, Edisoft, CLS MATERA E-Geos EMSA/users Azore s EDISOFT Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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 Ferrero et al 2006 E’ necessario aumentare la frequenza di campionamento attraverso sensori con tempo di rivisita giornalieri (COSMO-Sky. Med, MODIS, MERIS) Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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 meteooceanografici (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. Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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 Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

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), Fly. By (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 ), CNRISMAR (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 Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Punto di partenza di PRIMI: SAR Navigable Quicklook Image Full-Resolution Window OSAD - Oil Slick Automatic Detection ERS SAR data Messo a disposizione di PRIMI da ASI Image Look-up Table Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Punto di partenza di PRIMI: OTTICO VIS + NIR MODIS (Hu et al. , EOS, 2003) VIS Esperienza ISAC sull’incidente del Libano (Agosto 2006 pochi mesi prima del KO PRIMI) Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Punto di partenza di PRIMI: PREVISIONE Il Sistema di Previsione di GNOO: • Modello Mediterraneo; • Modello Adriatico; • Modello Canale di Sicilia Previsione a 24 ore Test di previsioni di: MOTHY (wind induced currents only) MOTHY+MFS (daily) Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Il sistema PRIMI Multi-mission: ERS, AQUA; ENVISAT, RADARSAT, COSMO/Sky-Med, TERRA … (all satellites providing SST) Dati Meteo-marini Portale Utenti SAR (+ Quick. Look) PREVISIONE Dati EO ARCHIVIO + I/F OTTICO Multi-source: Earth observation data and in-situ information Observation & Forecast Monitoring component completely connected with forecasting Satellite data Assimilation in models Mail server Integration: Information content into a GIS Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro Report Utenti

Sistemi e algoritmi pre-esistenti/Soluzioni e innovazioni di PRIMI PRE-ESISTENTE Prototipo di SS SAR per identificazione OS basato solo su dati ERS (ASI: OSAD) Prime osservazioni OS in immagini MODIS (EOS paper) Sistemi operativi satellitari per zone limitate di mare a servizio del monitoraggio aereo Prontezza della risposta (sistema semi-automatico) Uso esclusivo del SAR e difficoltà di avere tempi di rivisita dati sulle aree interessate gionaliere o superiori Modelli di previsione della dispersione di OS usati occasionalmente in caso di emergenze Nessuna informazione su condizioni meteo-marine nell’area interessata dall’inquinamento Mancanza di integrazione dell’Osservazione con la Previsione Nessuna informazione sulle caratteristiche degli olii Nessuna interfaccia utente. PRIMI (in verde solo PRIMI) SS SAR multi-sensore: ERS, ENVISAT, RADARSAT, ALOS, COSMO/Sky. MED Integrazione SS SAR con SS Ottico basato su sensori VIS/IR in wide Swath (MODIS, MERIS) Monitoraggio intero Mediterraneo e/o Mari Italiani attraverso uso integrato di SAR e Ottico Aumento dell’automazione del SS SAR e SS Ottico (informazione in 2 ore dalla disponibilità dei dati) Diminuzione dei tempi di rivisita tramite utilizzo COSMO/sky Med e sensori VIS/IR 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 Dati meteo-marini (vento e onda) ed oceanografiche (campo 3 -D di corrente, temperatura, ect) sull’area interessata (Osservazioni e modelli) Gestione di un flusso continuo di informazione tra SS / Fornitura dati geofisici satellitari per assimilazione in modelli ocenografici / previsioni oceanografiche e OS automatiche Oil type, Oil volume, Spill age da dati SAR Portale utente, e sistema capace di fornire automaticamente i report agli utenti. Catalogo degli eventi osservati. Possibilità di inserire nelmarino catalogo informazioni sulle verifiche in situ Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento da idrocarburi tra presente e futuro

Ulteriori risultati ottenuti: • Nuovi prodotti L 4 SST multi-sensore HRS (1 km 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) Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Interpolazione Ottimale: i prodotti attualmente operativi Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro

Mappe di Probabilità di Dispersione Workshop PRIMI (12 aprile 2011) - Il monitoraggio dallo spazio dell’inquinamento marino da idrocarburi tra presente e futuro