Laurea Magistrale in Biologia Marina RICERCA SCIENTIFICA

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Alma Mater Studiorum – Università di Bologna
Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Laurea Magistrale in Biologia Marina
Insegnamento di
RICERCA SCIENTIFICA SUBACQUEA
A.A. 2001/2011
Prof. Marco Abbiati - Dr. Massimo Ponti
Ricerca Scientifica Subacquea
Sommario delle lezioni
1. Approccio descrittivo e cartografia
Descrizione, caratterizzazione e rappresentazione delle
caratteristiche geomorfologiche, chimico-fisiche e
biologiche dell’ambiente sommerso in una data area
2. Approccio quantitativo
Misurazione di variabili ambientali e biologiche secondo
un preciso disegno di campionamento per verificare
modelli ed ipotesi ecologiche
3. Approccio sperimentale
Realizzazione di esperimenti manipolativi in campo di
ipotesi biologiche ed ecologiche
Approccio descrittivo
1. Localizzazione del sito
•
•
Sistemi di riferimento e posizionamento globale
Sistemi di riferimento e posizionamento locale
2. Rilievo geomorfologico e mappatura della
caratteristiche di interesse
•
•
Sistemi indiretti strumentali (remote sensing)
Sistemi diretti in immersione
• Substrato e habitat
• Popolamenti e specie
3. Restituzione grafica
•
•
•
•
Monodimensionale
Bidimensionale
Tridimensionale
Interattiva
Localizzazione del sito
e dei punti di rilievo/misura
• Sistemi di riferimento e
posizionamento globale
• Sistemi di riferimento e
posizionamento locale
Appropriata precisione ed accuratezza
Localizzazione
Sistemi di riferimento e
• Elissoide, geoide ed orientazione
celeste (Datum)
• Latitudine e longitudine
• Sitemi di proiezione
Carta nautica
Proiezione di Mercatore
Localizzazione
Datum
• Nazionale Roma ‘40
• Europeo - ED50
• Mondiale WGS84
Localizzazione
Latitudine (φ)
Si definisce latitudine di un luogo della Terra, l'angolo
compreso tra il raggio terrestre che passa per quel
luogo e il piano dell'Equatore. Tutti i luoghi che hanno
la stessa latitudine stanno sullo stesso parallelo.
Longitudine (λ)
Si definisce longitudine di un luogo l'angolo diedro
compreso tra il piano del meridiano di riferimento ed il
piano del meridiano del luogo. Storicamente sono stati
assunti quali meridiani di riferimento i meridiani
passanti per vari luoghi. Da circa 200 anni il meridiano
di riferimento per tutti gli abitanti della Terra è quello
passante per l'Osservatorio di Greenwich in Inghilterra.
Tutti i luoghi che si trovano sullo stesso meridiano
hanno la stessa longitudine.
Formato
• DEG: DDD.xxx°
• DM: DDD° MM.xxx’
• DMS: DDD° MM’ SS.xxx”
Localizzazione
Esempio di formati (datum WGS84)
Formato
Latitudine
Longitudine
DEG
44.38608° N
12.58157° E
DM
44° 23.165’ N
12° 34.894’ E
DMS
44° 23’ 09.90” N
12° 34’ 53.67” E
Precisione
1’ latitudine = 1 nM = 1852 m
DEG: 4 decimali Æ ± 11 m di latitudine
DM: 2 decimali Æ ± 19 m di latitudine
DMS: nessun decimale Æ 31 m di latitudine
Localizzazione
Proiezione cilindrica di Mercatore
Carte nautiche (zero idrografico)
Isogonia e rettificazione delle lossodromie (nord geografico)
Reticolo e coordinate geografiche
Distanze e aree variabili con la latitudine (1’ lat. = 1852 m)
Localizzazione
Proiezione cilindrica inversa
di Gauss-Boaga e UTM
Carte terrestri e topografiche (zero altimetrico)
Orientazione locale (non nord geografico)
Reticolo e coordinate chilometriche
Distanze e aree costanti
Localizzazione
Sistemi di proiezione
• UTM 33 (ED 50)
• UTM 33 (WGS 84)
• GAUSS-BOAGA Ovest (ROMA 40)
Localizzazione
Ottenere la posizione… il GPS
Strumenti GPS (Global Positioning System)
I ricevitori posti sulla superficie terrestre sono in grado di
determinare la distanza dei satelliti misurando il tempo
d’arrivo del segnale, ovvero il tempo impiegato nel
viaggio tra il satellite e l’antenna del ricevitore.
Ricevitore GPS
Ricevendo
contemporaneamente
almeno 3 satelliti è
possibile definire la
posizione. Maggiore è il
numero di satelliti utilizzati
in un dato momento e
migliore è la precisione
della posizione ottenuta.
24 satelliti a 20’000 km di altezza
Oggi, operando in condizioni ottimali, ovvero con un buono
strumento, elevato numero di satelliti, lontano da ostacoli e
in condizioni atmosferiche stabili, si può ottenere la propria
posizione assoluta con un’accuratezza di circa 10 metri,
circa 2 metri in modalità differenziale WAAS/EGNOS.
Localizzazione
Ottenere la posizione… il GPS
Sistema “differenziale”
24 satelliti
Ricevitore DGPS
Digital cartography
Localizzazione
Global Position System (GPS)
• Geodetic datum (e.g.: WGS84)
• Sistema di coordinate:
• Geografiche (Latitudine and Longitudine)
• Unità di misura (DEG, DM, DMS)
• Precisione dipende dai decimali e dalla zona (1 primo di latitude = 1’852 m)
• Proiezione (e.g.: Mercator, UTM, etc.)
• Unità di misura (meter)
• Accuratezza (satellite coverage, DOP dilution of precision, differential correction)
Localizzazione
Ottenere la posizione
Rilevamento bussola
e allineamenti di “cospicui”
Carte nautiche in
proiezione di
Mercatore
Declinazione
magnetica
Isogonia e
rettificazione delle
lossodromie
Localizzazione
Nord geografico
Nord magnetico
Nord bussola
d
d’
d = declinazione magnetica
d’ = deviazione
Localizzazione
Ottenere la posizione
Strumenti Internet
Internet mette a
disposizione diversi
strumenti per il riferimento
geografico. Tra i più noti vi
sono Google Earth
(http://earth.google.com) e
Google Map
(http://maps.google.com).
Entrambi forniscono una
rappresentazione grafica
della Terra con immagini
satellitari ad alta
definizione per la maggior
parte delle aree del pianeta
che consentono una facile
individuazione del punto di
immersione facendo
affidamento sul
riconoscimento di punti
cospicui presenti lungo la
costa.
Localizzazione
Sistemi di riferimento e posizionamento locale
Profondità (tide correction)
Distanza da un punto o da una linea (e.g.: liena di costa,
bordo del reef, ecc.)
Transetti descrittivi
Esperimenti
Localizzazione
Profondità delle osservazioni
marea
0.1 m ± 1%
Localizzazione
Profondità delle osservazioni
WXTide32 Astronomical predictor
Mean Lower Low Water (MLLW)
Lo zero idrografico varia tra nazioni e carte usate
Mean Sea Level (MSL)
Alcocer et al., 2006
Localizzazione
Sgorbini
et al., 2002
Localizzazione
Localizzazione
Cartografia
tematica
La cartografia tematica è la rappresentazione del
posizionamento di elementi (temi) in uno spazio
georeferenziato.
La cartografia ambientale riveste un ruolo di primaria
importanza sia per gli aspetti di ricerca di base legati
alla conoscenza degli ecosistemi, sia per gli aspetti
finalizzati, legati a necessità di intervento e gestione del
territorio (Bianchi et al., 2003).
Rilievo geomorfologico e
mappatura della
caratteristiche di interesse
Remote sensing
Rilievo da satellite (sistemi attivi e passivi)
Sea Surface Temperature
Clorofilla e Red Tides
Correnti
Superficiali
Inquinanti
Praterie di
fanerogame
Rilievo geomorfologico: remote sensing
Dai sistemi satellitari radar-altimetrici per gli oceani…
… a quelli multispettrali e laser aviotrasportati per zone costiere
LIDAR (Light Detection And Ranging) / LADAR (Laser Detection and Ranging)
Sistema LARA (CNR)
General Bathymetric Chart
of the Oceans
(GEBCO)
http://en.wikipedia.org/wiki/Bathymetry
Generic Mapping Tools
(GMT)
Single beam echo sounder
200 kHz 12° fino a 200 m di profondità
Side Scan Sonar
Range 10-150 m
per lato
Side Scan Sonar
Multibeam echo sounder
Sistemi per profondità e risoluzioni diverse
Laser Line Scan System (LLSS)
Sharp boundary between sand waves (upper left corner) and
smooth seafloor. Dark objects in the area of sand waves are
pieces of drift kelp (by: NOAA Research)
Remotely Operated Vehicle (ROV)
Eyeball
Workclass
Portable open frame
Eyeball
Un esempio di applicazione
classico
Mappatuta delle praterie di
Posidonia oceanica
Rilievo dei limiti delle praterie di fanerogamee
La fotografia aerea
costiera (<10-15 m)…
… Side Scan
Sonar …
… rilievo in immersione e
(calibrazione: verità mare)
Pipe-line
Sand
Posidonia
Side Scan Sonar (Bianchi et al., 2003)
Marcare i limiti delle praterie
per studiare l’evoluzione
temporale: il “Balisage”
Tecniche di Visual Census
• TRANSETTI
Rilievi lungo un percorso definito
• QUADRATI
Rilievi puntuali
Rilevamenti subacquei
“Transetti bionomici”
Transetti
Lungo percorsi rettilinei
Verticali (da basso all’alto)
depth transect
max -30m
Orizzontali
max -20m
Strumenti
Fibreglass
measuring
tape
20-100 m
Tipologie di informazioni raccolte
•
•
•
•
Profilo del fondo
Geo-mofologia (geologo, ambientologo)
Specie cospicue
Tipologia di popolamenti (biologo,
naturalista , ambientologo)
• Specie protette (biologo, naturalista ,
ambientologo)
• Altre caratteristiche di interesse …
Liste
floro-faunistiche
Tipi di transetti
• Semplice linea di riferimento
• Descrittivi e bionomici
• Quantitativi
Bianchi et al., 2003
Metodo di campionamento
Registrare sulla lavagnetta l’intercetta al centimetro in ogni punto in cui cambia la
categoria di organismo, o di substrato, sotto la cima (max 25-50 m).
Adatto per mappature di molto dettagliate.
Fornisce dati di abbondanza e ricoprimento percentuale.
Fornisce anche informazioni sulla sequenza, le adiacenze/contatti, dimensioni
organismi
Lx = lunghezza degli organismi
T = lunghezza totale
Percentuale di ricoprimento degli organismi (percent cover)
Viene identificato l’organismo, o il substrato, che si trova in corrispondenza di
punti a distanza predeterminata (ogni 20-50 cm) lungo la cima (max 25-50
m).
Si usa una lavagnetta coi punti preimpostati.
Utilizzabile per sequenze video (time line intervals) … es.: 4 sec
Adatto per mappature. Fornisce dati di frequenza e ricoprimento percentuale.
Px = numero di punti in cui è presente l’organismo x
Ptot = numero totale di punti
Frequenza
2
1
3
- (sabbia)
- (roccia)
Si usa una cima tesa tra 2 picchetti e una catenella adagiata sul fondo.
Si contando lungo il transetto il numero degli anelli di lunghezza conosciuta
Si ottengono per i diversi organismi dati di copertura percentuale, abbondanza, sequenza, e si
può calcolare un indice spaziale (IS) che fornisce informazioni sulla complessità strutturale, o
“rugosità” del substrato, in base al rapporto tra la lunghezza della catena usata (C) e del transetto
(T).
Ax = numero di anelli in cui è presente l’organismo x
Atot = numero totale di anelli
C = lunghezza della catena
T = lunghezza del transetto
Indice spaziale di rugosità (structural complexity or rugosity)
(Area di campionamento)
Ricostruzione del profilo del fondo
•
•
•
•
•
Data e orario (per marea)
Coordinate del punto di inizio o fine (gps/caposaldo)
Direzione iniziale e verifica finale (bussola)
Distanze progressive (cordelle)
Profondità (eventuale correzione marea)
(PIT)
(PIT)
Transetti lunghi e veloci
• Videoripresa
• Scooter subacquei / traino della superficie
Rilievi di relitti e strutture artificiali
• Disponibilità di disegni di progetto
• Rilievi geometrici in immersione:
• Lunghezze
• Distanze
• Profondità
• Inclinazioni
Rilievi di grotte (Barbieri, Alvisi, Colantoni)
Rilievi puntiformi: dalla superficie o in immersione
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Rilievi puntiformi: dalla superficie o in immersione
Permettono l’utilizzo di tecniche di interpolazione con tecniche lineari o
geostatistiche (es.: kriging)
http://www.csc.noaa.gov/benthic/mapping/analyzing/spatial.htm
Restituzione cartografica
• Scala (metodologie, dettagli, fenomeni rappresentati)
• Codifiche e simbolismi (semplificazioni in funzione della scala)
• Sistemi informativi geografici (Geographycal Information System, GIS)
“… è un insieme di strumenti per raccogliere, archiviare,
trasformare e visualizzare dati spaziali e dati non spaziali,
un sistema di sostegno alle decisioni che implica
l’integrazione di dati spazialmente riferiti in un ambiente,
orientato alla risoluzione di problemi ed all’analisi ed alla
modellizzazione di fenomeni che avvengono sulla superficie
terrestre. “ (Bianchi et al., 2003)
Tipologie di legende
• Legenda bionomica con le unità di popolamento
• Zoocenosi (Vatova, 1949)
• Associazioni
• Formazioni
• Comunità
• Biocenosi-tipo (Pérès & Picard, 1964; Meinesz et al., 1983; Morri et al., 2003)
• Criteri fisionomici
• Criteri di costanza-dominanza
• Criteri di fedeltà (fitosolciolocia)
• Specie significative o “Focal species” (Zacharias & Roff, 2001)
• indicators
• keystones
• umbrellas
• flagships species
• Dicanmica
• Fenomenologie e processi ecologici in atto
• Fattori ecologici
• Seriazioni e tendenze
Esempio di simboli per le “biocenosi” del Mediterraneo (Meinesz et al., 1983)
Esempio di simboli per specie significative del Mediterraneo (Di Camillo et al., 2010)
Esempio di simboli per fenomeni e processi ecologici del Mediterraneo (Bianchi et al.,
1996)
Esempi di cartografie tematiche: satellite e batimetrie
http://www.amptavolara.it/
Esempi di cartografie tematiche: geomorfologia
Esempi di cartografie tematiche: bionomica
Esempi di cartografie tematiche: protezione (SIC/ZPS)
Esempi di cartografie tematiche: Patella ferruginea
Esempi di cartografie tematiche: Posidonia in zona A e B
Esempi di cartografie interattive: Secche di Tor Paterno

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