L imponente sviluppo scientifico e tecnico avvenuto nell’ultimo secolo ha fatto sì che venissero sviluppate delle tecnologie che fino a pochi decenni fa erano inimmaginabili. Certamente la ricerca spaziale rappresenta una delle più importanti avanguardie della tecnica e dell’Ingegneria e più in generale della Scienza. In suddetto contesto si collocano le tecnologie e la Scienza del Telerilevamento satellitare o Remote Sensing. Con il termine telerilevamento si indica “una scienza che permette di ottenere informazioni qualitative e quantitative da un oggetto, un’area o un fenomeno tramite l’analisi di dati acquisiti da un dispositivo a distanza che non è in contatto con l’oggetto, l’area o il fenomeno investigato” (Papale e Barbati, 2005). Il telerilevamento satellitare permette così l’acquisizione di dati, sottoforma di
immagini, su vaste aree di superficie terrestre in tempi relativamente brevi. Con il tempo le tecniche di acquisizione dei dati e le tecnologie costruttive dei sensori sono state perfezionate ed ora è possibile accedere a dati con diverse risoluzioni geometriche, spettrali, temporali e radiometriche. Ad oggi sono disponibili immagini satellitari multispettrali con risoluzione geometrica dell’ordine del decimetro. Tutte queste peculiarità del telerilevamento lo rendono un valido supporto sia per attività scientifiche sia commerciali od amministrative. A livello scientifico le tecniche di Remote Sensing si applicano a numerosi campi tra cui la geologia, la climatologia, la meteorologia, l’oceanografia e l’idrologia. Il dato satellitare risulta molto utile per la cartografia di aree remote o paesi in via di sviluppo;in queste zone le tecniche tradizionali con misurazioni sul campo o rilievi fotogrammetrici sono di difficile applicazione. Dal punto di vista commerciale la possibilità di accedere a dati su vastissime aree può essere importante per applicazioni in campo agro-forestale e per la pesca, oltre che per le attività di ricerca delle materie prime. Le immagini telerilevate forniscono un importante strumento di pianificazione e monitoraggio nell’ambito dell’amministrazione del territorio. Sono presenti in letteratura numerosi studi a riguardo, sia sull’ambiente urbano che naturale. Una delle più interessanti applicazioni del telerilevamento satellitare è quella relativa al risk management e la gestione dei disastri naturali; in questo filone si inseriscono diversi progetti e organizzazioni come ITHACA (Information for Humanitarian Assistance, Cooperation and Action) oppure GDACS (Global Disaster Alert and Coordination System), organizzazioni rivolte al miglioramento dei sistemi di allerta (Early Warning), valutazione dei danni nelle prime fasi delle emergenze (Early Impact), di condivisione di informazioni georeferenziate e coordinamento nelle prime fasi delle emergenze. L’Agenzia Spaziale Europea ha lanciato il programma Copernicus, il quale tramite dati satellitari fornisce una serie di prodotti e servizi a supporto di studi scientifici e gestione delle emergenze. All’interno di tale programma si trovano progetti come EMS (Emergency Management Service) che è costituito da tre moduli: mapping, EFAS (European Flood Awareness System) e EFFIS (European Forest Fire Information System). Un altro programma europeo è G-MOSAIC (GMES services for Management of Operations, Situation Awareness and Intelligence for regional Crises) che produce informazioni di supporto con attenzione particolare alle crisi esterne all’UE. Accanto a questi progetti sono inoltre presenti numerose realtà di crowdmapping a cui è possibile partecipare on-line. Recentemente l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha dato inizio alla missione Sentinel, all’interno del programma Copernicus,con il lancio di una nuova serie di satelliti per l’osservazione terreste. Alcuni di questi sono già operativi e sono disponibili, open source, immagini radar e multispettrali.
Copernicus è attualmente il più ambizioso programma di osservazione terrestre al mondo ed è costituito da differenti sistemi (satelliti, stazioni terrestri, sensori aerei e marini) che acquisiscono dati sulla Terra, come riportato sul sito internet di ESA (http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Overview3). Sul medesimo sito web si riporta che Copernicus è un programma che darà forma al futuro del nostro pianeta per il beneficio di tutti, ESA mette a disposizione la sua esperienza trentennale in programmi spaziali per contribuire al programma. Questo programma fornisce informazioni accurate, tempestive e facilmente accessibili per migliorare la gestione ambientale, comprendere e mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici ed assicurare la sicurezza civile. Il programma è coordinato e gestito dalla Commissione Europea, mentre lo sviluppo delle infrastrutture avviene sotto il controllo di ESA per quanto riguarda le componenti spaziali. Le aree tematiche in cui si inseriscono i servizi legati al programma Copernicus sono sei:
- territorio,
- mare,
- atmosfera,
- cambiamento climatico,
- gestione emergenze,
- sicurezza.
Questi servizi sono a supporto di una infinità di applicazioni che includono la protezione ambientale, la gestione delle aree urbane, la pianificazione territoriale, l’agricoltura, la gestione delle foreste, la pesca, i trasporti, lo sviluppo sostenibile, la protezione civile e il turismo. La varietà di applicazioni fa sì che i maggiori utilizzatori dei servizi Copernicus siano le pubbliche autorità, specialmente per la definizione di politiche ambientali e la gestione delle emergenze. - l’utilizzo dei dati Sentinel è rivolto allo studio del territorio, per cui particolare attenzione va concessa al tema dei servizi terrestri, i quali sono a loro volta suddivisi in quattro aree (http://land.copernicus.eu/):
- Globali, questi servizi forniscono una serie di prodotti per lo studio della superficie terrestre a livello globale (con risoluzioni spaziali medie e basse), i prodotti sono usati per il monitoraggio della vegetazione, il ciclo dell’acqua e altre applicazioni.
- Pan-Europei, servizi rivolti allo studio della copertura e dell’uso del suolo europeo e del loro cambiamento negli anni (corpi idrici, suolo nudo, foreste, aree impermeabilizzate…).
- Locali, servizi relativi a specifiche aree nelle quali vengono riscontrate peculiarità (coste, grandi città, reti idriche).
- In-sito, tutti i servizi hanno bisogno di dati presi nelle zone di studio per supportare i prodotti satellitari.
- Un importante prodotto Pan-Europeo è CORINE Land Cover (CLC), che consiste in uno studio delle coperture del suolo (land cover) nel territorio europeo. I prodotti pan-europei sono coordinati dalla European Environment Agency (EEA). Per le specifiche esigenze del programma è stato sviluppato il progetto Sentinel, che prevede il lancio in orbita di 12 satelliti che formeranno la componente spaziale del programma Copernicus.
Il mese di gennaio 2022 è stato più secco della media sulla maggior parte dell’Europa occidentale e meridionale, in particolare sulla penisola iberica. Al contrario, la Scandinavia e l’Europa orientale sono state prevalentemente più umide della media. Oltre l’Europa, condizioni di siccità particolarmente pronunciate si sono avute in ampie regioni del Sud America e in parti dell’Africa meridionale e dell’Asia centrale. Anomalie umide comparabilmente pronunciate, spesso associate a inondazioni, sono state osservate anche nelle regioni adiacenti.
Le variabili idrologiche di superficie sono più difficili da osservare e analizzare rispetto alla temperatura dell’aria di superficie, e per esempio i dati sull’umidità del suolo hanno attualmente un valore qualitativo piuttosto che quantitativo. Questo riassunto ha lo scopo di fornire una visione europea e quasi globale delle condizioni che hanno contraddistinto il mese di gennaio. Informazioni specifiche riguardanti molti paesi possono essere trovate sui siti web dei loro servizi meteorologici o climatici.
Anomalie delle precipitazioni, dell’umidità relativa dell’aria superficiale, del contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e della temperatura dell’aria superficiale per il mese di gennaio 2022 rispetto alle medie di gennaio del periodo 1991-2020. L’ombreggiatura grigia più scura denota dove l’umidità del suolo non è mostrata a causa della copertura di ghiaccio o di precipitazioni climatologicamente basse. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
Nel mese di gennaio 2022, le precipitazioni, l’umidità relativa e l’umidità del suolo mostrano condizioni più secche della media sulla maggior parte dell’Europa occidentale e meridionale, particolarmente pronunciate sulla penisola iberica, come visto nei mesi precedenti https://climate.copernicus.eu/precipitation-relative-humidity-and-soil-moisture-november-2021. Abbondanti precipitazioni localizzate e un’umidità del suolo superiore alla media hanno portato a inondazioni nei Pirenei https://floodlist.com/europe/france-floods-southwest-january-2022. L’Europa centrale ha visto condizioni più miste, mentre in Scandinavia e in Europa orientale le condizioni sono state prevalentemente più umide della media, con una forte anomalia delle precipitazioni riflessa negli altri indicatori in Norvegia, Turchia e Russia meridionale.
Europa – situazione riscontrata negli ultimi 12 mesi
Anomalie nelle precipitazioni, l’umidità relativa dell’aria superficiale, il contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e la temperatura dell’aria superficiale nel periodo compreso da febbraio 2021 a gennaio 2022 rispetto al periodo di riferimento 1991-2020. L’ombreggiatura grigia più scura denota dove l’umidità del suolo non è mostrata a causa della copertura di ghiaccio o di precipitazioni climatologicamente basse. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
Negli ultimi 12 mesi, le precipitazioni sono state superiori alla media su ampie regioni dell’Europa occidentale e centrale e su parti dell’Europa meridionale. Questo segnale umido si riflette soprattutto nelle anomalie dell’umidità del suolo e dell’umidità relativa, in particolare in una fascia che va da ovest a est e comprende il sud del Regno Unito e si estende sull’Europa centrale fino a parte della Russia, e in parti della penisola iberica orientale e della Sicilia. Per alcune regioni dell’Europa meridionale, le anomalie positive delle precipitazioni non si sono riflesse in anomalie di umidità del suolo e/o dell’aria, indicando il carattere torrenziale delle precipitazioni annuali su brevi periodi in tali regioni. Al contrario, tutti gli indicatori mostrano costantemente condizioni più secche della media in alcune parti della penisola iberica, dove è stata segnalata una persistente siccità, e nelle regioni più orientali dell’Europa e oltre, compresa la Russia occidentale, il Caucaso e la Turchia.
Situazione a livello globale riscontrata nel mese di gennaio 2022
Di seguito le mappe delle anomalie delle precipitazioni, dell’ umidità relativa dell’aria superficiale, del contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e della temperatura dell’aria superficiale per il mese di gennaio 2022 rispetto alle medie di gennaio per il periodo 1991-2020. L’ombreggiatura grigia più scura denota dove l’umidità del suolo non è mostrata a causa della copertura di ghiaccio o di precipitazioni climatologicamente basse. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
Nel mese di gennaio 2022, precipitazioni prossime alla media, accompagnate da un’umidità del suolo e da un’umidità relativa inferiori alla media, sono state osservate sulla maggior parte del Nord America, in particolare nelle regioni degli Stati Uniti centrali e occidentali, estendendosi verso sud fino al Messico; le condizioni di siccità hanno facilitato la diffusione e l’intensificazione degli incendi boschivi verificatisi in varie regioni.
Nell’Asia extratropicale, condizioni più umide della media sono state registrate in un’ampia fascia latitudinale meridionale estesa dal Pakistan, dove forti piogge hanno causato danni e frane, verso est attraverso l’intero continente fino alla Cina sud-orientale e, a nord, nella maggior parte della Russia occidentale e centrale. Nell’Asia centrale e nella Russia orientale le precipitazioni vicine alla media sono state associate a suoli e umidità relativa più secchi della media.
Nell’emisfero meridionale extratropicale, il Sud America ha visto una pronunciata ondata di calore e un’anomalia secca in Argentina e Brasile, e ampie aree dove tutti gli indicatori indicano, al contrario, condizioni più umide della media lungo la costa del Pacifico e nel Brasile nord-orientale, dove, come nel mese precedente, si sono verificate inondazioni e frane.
Nell’Africa meridionale sono state predominanti condizioni più umide della media. Diversi eventi di precipitazioni pesanti, inclusi quelli scatenati dalla tempesta tropicale Ana https://floodlist.com/africa/storm-ana-floods-madagascar-mozambique-malawi-zimbabwe-january-2022 , che ha colpito il Madagascar e il Mozambico, hanno causato inondazioni e danni in diverse regioni. Altre aree, come il sud del Madagascar, hanno sperimentato una pronunciata siccità. In Australia, è stato più umido della media in un’ampia fascia estesa da nord-ovest a sud-est e nel Queensland settentrionale, che ha subito inondazioni.https://floodlist.com/australia/fraser-coast-queensland-floods-january-2022
Situazione a livello globale riscontrata negli ultimi 12 mesi
Di seguito la mappa delle anomalie delle precipitazioni, dell’ umidità relativa dell’aria in superficie, del contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e della temperatura dell’aria in superficie da febbraio 2021 a gennaio 2022 rispetto al periodo di riferimento 1991-2020. L’ombreggiatura grigia più scura denota dove l’umidità del suolo non è mostrata a causa della copertura di ghiaccio o di precipitazioni climatologicamente basse. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
Nei dodici mesi fino al gennaio 2022, le anomalie medie delle precipitazioni, dell’umidità del suolo e dell’umidità relativa mostrano costantemente una grande fascia secca estesa verso est dall’Europa orientale attraverso ampie parti dell’Asia centrale fino alla Siberia orientale. Ulteriori regioni più secche della media riguardano la Cina centrale e sud-orientale. A sud e a est della fascia secca, dal Pakistan alla penisola coreana e al Giappone, hanno dominato condizioni più umide della media. Le condizioni più secche della media sono persistite in gran parte del Nord America, in particolare in alcune parti degli Stati Uniti occidentali e del Messico, dove l’anno scorso si è verificata una siccità da moderata a estrema.https://www.drought.gov/historical-information?dataset=0&selectedDateUSDM=20210831&dateRangeUSDM=2020-2022 Al contrario, le condizioni sono state più umide della media nelle regioni del Canada e nel sud-est degli Stati Uniti. Nell’emisfero meridionale extratropicale, parti dell’Australia settentrionale e sudoccidentale e l’Africa meridionale https://reliefweb.int/disaster/dr-2018-000141-mdge, in particolare, il Sud America hanno sperimentato condizioni più secche della media. Le coste occidentali, meridionali ed orientali dell’Australia e l’Africa meridionale centrale hanno mostrato sostanziali anomalie di umidità.
Tendenze a lungo termine
Di seguito la mappa delle anomalie mensili rispetto al periodo di riferimento 1991-2020 dell’umidità relativa dell’aria superficiale mediamente su tutte le aree terrestri e su quelle europee, da gennaio 1979 a gennaio 2022. Le barre di colore più scuro indicano i valori di dicembre. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
L’umidità relativa globale media terrestre è diminuita negli ultimi 40 anni ed è rimasta bassa dai primi anni 2000. Gennaio 2022 era al di sotto della media 1991-2020.
L’umidità relativa mediata sull’Europa mostra un maggior grado di variabilità, ma in generale un calo netto nel tempo. L’essiccazione rilevata non è associata a una riduzione sostanziale delle precipitazioni, come mostrato di seguito per quattro regioni europee. Si capisce che è legato a un aumento maggiore della temperatura dell’aria superficiale sulla terraferma che sul mare. È necessario un monitoraggio continuo per quantificare l’essiccazione su un periodo più lungo. L’umidità relativa sull’Europa nel gennaio 2022 mostra la più alta deviazione negativa dalla media 1991-2020 nel record per il mese di gennaio.La variazione delle variabili idrologiche e della temperatura nel tempo è mostrata di seguito per le medie sulle aree terrestri per il NW, NE, SW e SE Europa https://climate.copernicus.eu/sites/default/files/2019-04/C3S_ESOTC_European_regions_branded.png . I valori sono mediati su periodi successivi di quattro mesi per evidenziare le variazioni su scale temporali stagionali e più lunghe. Le differenze regionali sono abbastanza pronunciate nelle serie storiche.
La relazione tra le precipitazioni, l’umidità relativa e l’umidità del suolo, evidente nelle mappe delle anomalie, può essere vista per le medie dell’area su scale temporali fino a un anno o più. Tuttavia, le precipitazioni medie non mostrano la marcata diminuzione a lungo termine osservata per l’umidità relativa e l’umidità del suolo.
Rispetto al periodo di riferimento 1991-2020, nei quattro mesi fino a gennaio 2022, l’Europa nord-occidentale ha registrato precipitazioni medie accompagnate da un’umidità del suolo leggermente inferiore alla media e da un’umidità superiore alla media, mentre il nord-est ha visto precipitazioni medie e un’umidità del suolo e un’umidità relativa inferiori alla media. Nel sud-ovest, le condizioni sono state costantemente più secche della media; nel sud-est, il segnale di precipitazioni superiori alla media non si è rispecchiato in anomalie positive di umidità e umidità del suolo.
Nw europa
Esecuzione delle medie quadrimestrali delle anomalie sulle aree terrestri per l’Europa nord-occidentale rispetto al periodo 1991-2020 per le precipitazioni, l’umidità relativa dell’aria superficiale, il contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e la temperatura dell’aria superficiale, sulla base dei valori mensili da gennaio 1979 a gennaio 2022. Le medie annuali per il 1991-2020 sono mostrate nell’angolo in alto a destra di ogni pannello. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
Rispetto al periodo di riferimento 1981-2010:
Esecuzione delle Medie quadrimestrali correnti delle anomalie sulle aree terrestri per l’Europa nord-occidentale rispetto al periodo 1981-2010 per le precipitazioni, l’umidità relativa dell’aria superficiale, il contenuto volumetrico di umidità dei primi 7 cm del suolo e la temperatura dell’aria superficiale, sulla base dei valori mensili da gennaio 1979 a gennaio 2022. Le medie annuali per il 1981-2010 sono mostrate nell’angolo in alto a destra di ogni pannello. Fonte dei dati: ERA5 Credito: Copernicus Climate Change Service/ECMWF.
L’umidità atmosferica è determinata dalla quantità di vapore acqueo presente nell’aria. Le radiazioni solari riscaldano l’acqua e la superficie terrestre generando l’evaporazione dell’acqua sotto forma di vapore acqueo che dà vita a diversi fenomeni atmosferici (nubi, nebbia, pioggia, ecc.). Il vapore acqueo contribuisce alla formazione delle nubi, tramite il fenomeno della condensazione, e al funzionamento del ciclo dell’acqua dalla fase iniziale di evaporazione alla fase finale delle precipitazioni piovose.
Umidità assoluta, specifica e relativa
Vari sono i parametri significativi quando si parla di umidità: Umidità assoluta: è la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in un metro cubo d’aria. L’umidità assoluta aumenta all’aumentare della temperatura, l’umidità di saturazione aumenta più che proporzionalmente quindi l’umidità relativa tende a scendere. Quando un abbassamento di temperatura porta a far coincidere l’umidità assoluta con quella di saturazione si ha una condensazione del vapore acqueo e il valore termico prende il nome di temperatura di rugiada. In corrispondenza di questo valore se si ha una superficie fredda si ha la rugiada (brina a valori sotto lo zero), se la condensazione riguarda uno strato sopra il suolo si ha la nebbia. È un valore poco apprezzabile e per questo si preferisce l’utilizzo dell’umidità specifica. L’umidità assoluta può essere espressa in termini di massa di acqua per volume di atmosfera o in pressione parziale relativa del vapore rispetto agli altri componenti atmosferici (kg/m³ o Pa).
Umidità specifica: è il rapporto della massa del vapore acqueo e la massa d’aria umida; in letteratura si può trovare anche un’altra definizione: rapporto tra la massa del vapore acqueo e la massa d’aria secca. In termodinamica si preferisce questa seconda definizione perché, rapportandosi alla massa d’ aria secca, questa non varierà mai nei normali processi termodinamici (sopra la temperatura di 132 K), al contrario della massa di aria umida (per esempio: con la condensazione del vapore nell’aria umida, il fluido può essere facilmente sottratto).
Umidità relativa: indica il rapporto percentuale tra la quantità di vapore contenuto da una massa d’aria e la quantità massima (cioè a saturazione) che il volume d’aria può contenere nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. Alla temperatura di rugiada l’umidità relativa è per definizione del 100%. L’umidità relativa è un parametro dato dal rapporto tra umidità assoluta e l’umidità di saturazione. È svincolato dalla temperatura e dà l’idea del tasso di saturazione del vapore atmosferico, e delle ripercussioni sui fenomeni evapotraspirativi delle colture. Il deficit di saturazione è dato dalla differenza tra umidità assoluta e umidità di saturazione. Esempio: se una massa d’aria ha una temperatura propria, ad esempio, di 15 °C con una quantità di umidità relativa pari al 50%, affinché tale umidità possa raggiungere il 100% (saturazione) a pressione costante, e, magari depositarsi (condensazione) sarà necessario abbassare la temperatura della massa d’aria, ad esempio, di 5 °C, portarla cioè da 15 °C a 10 °C.