Diapositiva 1

1 Parte - Stefania Amici
Caratteristiche spettrali della biomassa in combustione: le
emissioni di Potassio da piattaforma aerea alle missioni
satellitari iperspettrali di prossima generazione
2 Parte - Stefania Amici
• Simsphere
3 Parte - Maria Fabrizia Buongiorno
• Sistemi di acquisizione satellitare RT INGV
Caratteristiche spettrali
della biomassa in
combustione: le
emissioni di Potassio
da piattaforma aerea
alle missioni satellitari
iperspettrali di
prossima generazione.
Dr.sa Stefania Amici
Istituto Nazionale di Geofisica e
Vulcanologia
[email protected]
Nurallao, Joseph Loddo
Università della Corsica campus Grimaldi.
23 Settembre 2014, Corte, FR
Parte 1 Overview
• Importanza degli incendi a scala globale
• Importanza degli incendi a scala locale
• Metodi di detezione: emissione del
Potassio
• Discussione e conclusioni
Università della Corsica campus Grimaldi.
23 Settembre 2014, Corte, FR
Importanza degli incendi a scala globale
•
•
•
•
Circa il 3.4% della superficie
vegetata terrestre brucia
ogni anno (Giglio et al 2010)
Con effetti a larga scala
sulle proprieta della
superficie e del land cover,
ambiente ed ecologici
Contribuiscono al
deforestazione tropicale,
degradazione delle foreste
Composizione atmosferica
con emissione di CO2
stimata essere circa ¼ di
quella industriale (Werfe
2010)
Fire maps created by Jacques Descloitres. Fire detection algorithm developed by
Louis Giglio. Blue Marble background image created by Reto Stokli
Mappa globale cumulativa della localizzazione degli
degli incendi rilevati dallo strumento Modis a bordo dei
satelliti Terra e Aqua nel periodo
29 Agosto- 7 Settembre 2014
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Importanza degli incendi a scala locale e regionale 1
Perdita di proprietà e vite umane durante mega incendi, impatto sull’economia di gestione degli
incendi a scala nazionale, fumo e nebbia con impatto nella qualità dell’aria
Indonesia 20 Giugno 2013- MODIS
• Station Fire
650 km2 bruciati,
• 100 strutture
distrutte
• la perdita di 2 vigili
del fuoco
• migliaia di
evacuati nei centri
vicini Los Angeles
e della città
Mappa di progressione di Station Fire (Los Angeles
County) al 4 Settembre 2009 fornita da United State
Forest Service
www.boston.com/bigpicture/2009/09/wildfires_in_southern_californ.html
www.fs.fed.us
Effetti di inquinamento atmosferico nella città di
Singapore
www.abc.net.au
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Importanza degli incendi a scala locale e regionale 2
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Importanza degli incendi a scala locale e regionale 3
•
Circa 8.729 ettari interessati dalle fiamme dal 1 gennaio 2014, con una
diminuzione di circa l'80 per cento rispetto alla media degli anni precedenti. La
Sardegna e la Sicilia sono le regioni con maggiori criticità.
•
Sono 2.653 gli incendi boschivi divampati dall'inizio dell'anno, che hanno
percorso 8.729 ettari di superficie (3.842 ettari di superficie boscata e 4.887
ettari di superficie non boscata).
•
LE REGIONI E GLI INCENDI
La mappa dei roghi identifica la Sardegna come la regione più colpita con 1.539
incendi nel periodo 1 gennaio - 10 agosto 2014. Seguono la Sicilia (236), la Puglia
(156), il Piemonte (152), la Calabria (106), la Lombardia (99), la Toscana (93), la
Liguria (67), il Lazio (61), la Campania (46), l'Emilia Romagna (22), la Basilicata (20),
il Veneto (14), l'Abruzzo (12), il Friuli Venezia Giulia (8), il Molise (6), l'Umbria e il
Trentino Alto Adige (5), la Valle d'Aosta e le Marche (3).
Corpo forestale dello Stato http://www3.corpoforestale.it/
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Metodi di detezione
Fuochi
attivi
emettono
nell’intervallo spettrale del medio
infrarosso (MIR) e dell’infrarosso
termico (TIR).
Questo implica che la loro
identificazione, anche da remoto
può essere fatta con algoritmi
relativamente semplici (fixed –
threshold
approach)
che
permettono di contare gli hot spot
e produrre una mappa di locazione
degli
incendi
rapidamente
distribuibile agli utenti.
Piccoli incendi che coprono una
frazione del pixel possono in teoria
ancora
essere
rilevati
per
l’aumento nel MIR del segnale
integrato
nel
pixel
come
dimostrato in figura.
Top of Atmosphere spectral radiance simulated at four
different ground targets pixels using MODTRAN5 radiative
transfer code assuming rural aerosol and US1976Standard
atmosphere. Wooster 2006
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Metodi di detezione: emissione del Potassio
•
La biomassa combustibile è composta per
carbon ~50% di Carbonio,
5.5% di
Idrogeno, il 41% di Ossigeno il 3.5% di
Azoto.
•
I prodotti di combustione in forma
molecolare CO2, H2O, CO, CH4, e vari
composti di azoto (Levine, 1991)
•
In aggiunta agli elementi principali C, H, O
ed ai costituenti del N la vegetazione
contiene molti elementi in traccia
•
•
Alcuni di questi (Na, K, P) mostrano linee di
emissione spettralmente univoche quando
sono riscaldati ad alta temperatura
Il principale elemento intraccia che
presenta linee di emissione è il Potassio
(K) con un doppietto caratteristico a
766.5 nm and 769.9 nm
NIR
Oxygen absorption lines
K Lines
Potassium
Emission
Line
(Simulation)
Simulated Earth atmosphere.
Transmission was calculated as viewing the
Earth from100 km elevation at nadir and
assuming a US 1976 Standard Atmosphere and
a 23 km rural aerosol. Simulation was
conducted at 0.1 cm−1 wavenumber resolution
using the high spectral resolution mode of
MODTRAN 5.2 (Berk et al., 2008)
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Esperimento a scala di laboratorio
Spettroradiometro da campo GER 3700 con 10° FOV foreoptic
Regione spettrale 0.4–2.5 μm con campionamento 1.5 nm , nella finestra di emissione del
Potassio (K)
Sensor
Sptial
Centra
Amici et al 2011, RSE .
resolution l band
PRISMA
HyspIRI
Hyperion
30m
772nm
HyspIRI
60m
770nm
PRISMA
30m
770nm
EO1Hyperion
Flaming
Mixed
Mixed
Smouldering
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Esperimento a scala di aereo
RGB
Immagine iperspettrale acquisita sul fronte di
incendio dal sensore SIM-Ga il 14 Agosto
2006 nel Lazio (Amici et al. 2011, RSE).
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Eagle AKBD a diverse risoluzioni spaziali
•Eagle Aquisition incendio controllato Marzo 2010,
nella zona di Northumberland
•Lotto di terreno: 80mx40m
Analisi preliminari
ottenute nell’ambito
del WP incendi del
progetto ASI-AGI
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Esperimento a scala satellite
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Discussione e conclusioni
• L’emissione spettrale di elementi in traccia è un
potenziale metodo di detection per strumenti ad alta
risoluzione spettrale nel NIR.
• L’missione K è unica e presente giorno/notte
• I sensori PRISMA e HyspIRI hanno bande
convenientemente posizionate
• La risoluzione aumenta la localizzazione di incendi
piccoli
• Nuovi sensori su UAV possono aumentare
significativamente le prestazioni della tecnica.
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Ringraziamenti
• OECD Organisation for Economic Co-operation and
Development (OECD), Fellowhip 2010
• Prof. Martin Wooster, Kings College London
• Progetto ASI-AGI, (2011-2015) PI M.F Buongiorno
• Agenzia Spaziale italiana
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Parte 2
SIMSPHERE
http://www.aber.ac.uk/en/iges/research-groups/earth-observation-laboratory/research/simsphere/
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Parte 3
INFRASTRUTTURE DI RICEZIONE DATI
SATELLITARI
Dr.sa Maria Fabrizia Buongiorno
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
[email protected]
ANTENNA MULTIMISSIONEIN BANDA X/L
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Sistemi di acquisizione satellitare RT INGV
SEASPACE e MEOS-KONGSBERG
Dal 2004 è in funzione un sistema Seapace per l’acquisizione dei satelliti
NOAA-AVHRR
•
Il sistema è dotato di un'antenna in banda L e un ricevitore con demodulatore per
estrarre il segnale del satellite (cupola di 56 cm di diametro e 68 cm di altezza
sostenuta da un piedistallo di 91 cm per un'altezza totale di circa 168 cm.); un
computer nel quale è installato il software per la programmazione delle acquisizioni ed
il controllo del dato;un GPS per fornire la posizione ed il clock al sistema; software di
elaborazione e archiviazione.
Dal 2010 è stato attivato un nuovo e molto piu’ complesso sistema
multi missione per ricezione di dati satellitari per l’osservazione della
Terra in banda X/L ad orbita polare e via DVB (Digital Video
Broadcast technology) ad orbita geostazionaria.
•
•
•
•
•
Il sistema multimissione permette, l’incremento del flusso di dati satellitari con la
ricezione dei dati tramite MEOS-POLAR :
MODIS, AIRS e AMSU a bordo dei satelliti americani NASA TERRA e AQUA,
dati MVISR a bordo dei satelliti cinesi FY 1
TRAMITE MEOS-GEO:
METOP, MSG, MTSAT, GOES (tramite contratto di licenza EUMETSAT)
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L AVHRR antenna L band
RED AVHRR COVERAGE
YELLOW MODIS/METOP COVERAGE
GPS
Antenna
X/L 3.2 m
Antenna
KU 1.2 m
Antenna
Acquisition &
processing
system
Workstation
Università della Corsica campus
Grimaldi.
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Organizzazione dei dati
Infrastrutture e Server di acquisizione
Filesystem
Filesyste
m
Samba, FTP
•Terrascan  HDF
•JPG
•Dati ancillari
•HDF
•H5 (MSG)
•JPG
•Dati ancillari
•Collaboratori
•Protezione Civile
•Progetti
•Algoritmi
•Modelli
•Ricerca e sviluppo
Outreach
(WEB)
Process
amento
(RTD)
Data
collecto
r (IT)
•Programmi dedicati
•Script di conversione
•Script di spostamento dati