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.
Bollettino climatico – Informazioni sui dati e sull’analisi
Il seguente paragrafo descrive i dati e l’analisi dei “Bollettini climatici” mensili su temperatura, ghiaccio marino e variabili idrologiche. Si applica ai bollettini che coprono da aprile 2019 in poi, che si basano principalmente sulla rianalisi ERA5.
Le mappe e i grafici riportati nel presente bollettino ,sono basati sulla versione ERA5T della rianalisi C3S/ECMWF ERA5 dal 1979 a oggi. Sono soggetti a modifiche nel caso in cui venisse riscontrato un problema rilevante a livello di produzione. Il rilascio delle mappe e dei grafici avviene di solito pochi giorni dopo che sono state fatte le ultime osservazioni di ogni mese. I dati finali dell’ERA5 vengono rilasciati circa due mesi dopo il tempo reale e differiscono dai dati in tempo quasi reale, solo se si verifica un problema di produzione rilevante e facilmente risolvibile. Il set di dati ERA5 in tempo quasi reale (ERA5T) è disponibile per il download presso il Climate Data Store (CDS https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/search?text=ERA5T ) a complemento della fornitura esistente della versione finale dei prodotti ERA5.
I bollettini precedenti ad aprile 2019 si basavano sulla rianalisi ERA-Interim. Le sezioni sui dati per questi bollettini, così come i confronti tra ERA-Interim e altri set di dati possono essere trovati qui: temperatura https://climate.copernicus.eu/node/74 , ghiaccio marino https://climate.copernicus.eu/node/8 e variabili idrologiche https://climate.copernicus.eu/node/181.
Le principali differenze tra ERA5 e ERA-Interim sono descritte qui https://climate.copernicus.eu/era5-new-dataset-monthly-climate-bulletin.
Definizioni
Definizioni delle regioni
Le regioni europee vengono così definite.
Europa: 25W-40E, 34N-72N
Europa sud-occidentale: 25W-15E, 34N-45N
Europa nord-occidentale: 25W-15E, 45N-72N
Europa sudorientale: 15E-40E, 34N-45N
Europa nord-orientale: 15E-40E, 45N-72N
Europa centrale: 2E – 24E, 45N – 55N
Artico europeo: 25W-60E, 66N-90N
Medie di zona
Le temperature medie sulle regioni europee si riferiscono esclusivamente alla terraferma, a meno che non sia indicato diversamente. Tutte le altre medie d’area, riguardano i domini in cui viene definita la variabile media. Le maschere terra-mare vengono invece definite in base alla griglia nativa del set di dati utilizzato.
Definizione delle stagioni
Le stagioni vengono così definite:
Di seguito le stagioni 2018: inverno, dicembre 2017 – febbraio 2018 (DJF); primavera, marzo 2018 – maggio 2018 (MAM); estate, giugno 2018 – agosto 2018 (JJA); autunno, settembre 2018 – novembre 2018 (SON). Per i grafici relativi alle serie storiche, viene utilizzata la stessa analogia per gli anni precedenti.
Periodi di riferimento e anomalie
Da gennaio 2021 in poi, il periodo di riferimento usato principalmente è quello del 1991-2020. Per un periodo di transizione, i grafici e i dati relativi al periodo di riferimento precedente (1981-2010) possono essere trovati utilizzando la funzione tab sopra ogni grafico. Per gli indicatori chiave, il valore 1981-2010 è incluso quando si passa sopra il valore 1991-2020. Per quanto riguarda le anomalie per una particolare variabile e mese, quest ultime rappresentano la differenza tra il valore della variabile per quel mese e il valore medio della variabile dal 1991 al 2020 per quel mese dell’anno.
Set di dati
ERA5
Dati (medie mensili dei campi originali) | Documentazione
ERA5 è una rianalisi atmosferica globale realizzata a partire dal 1979. La risoluzione è oraria, ma per questo rapporto vengono utilizzate le “medie mensili delle medie giornaliere”. La griglia orizzontale nativa è di ~31 km (griglia gaussiana ridotta N320), ma i dati possono essere scaricati su una griglia lat/lon regolare di 0,25 gradi. I dati ERA5 sono utilizzati per la temperatura dell’aria di superficie, le precipitazioni, l’umidità del suolo e il ghiaccio marino. Le serie storiche contenute nel bollettino sono calcolate dalla griglia nativa, le mappe sono prodotte dalla griglia regolare di 0,25 gradi lat/lon. Attualmente è possibile scaricare campi medi orari e mensili per ERA5. Le anomalie mensili grigliate e le climatologie (compresi eventuali aggiustamenti) utilizzate per il Climate Bulletin sono anche disponibili per il download presso il Climate Data Store (CDS).https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/ecv-for-climate-change?tab=overview
ERA5 temperatura dell’aria di superficie
La temperatura dell’aria superficiale ERA5 è determinata su tutto il dominio globale e su tutte le superfici, tutti i valori sono riportati. Per le serie storiche la temperatura dell’aria superficiale ERA è basata sulla versione originale dei dati.Per le mappe e i campi grigliati, i dati della temperatura dell’aria di superficie ERA sono basati su una versione personalizzata dei dati. In questa versione, le temperature dell’aria superficiale sono state corrette per il periodo 1979-2013 per compensare un errore di produzione involontario utilizzando analisi basate su osservazioni delle temperature dell’acqua dei Grandi Laghi. Poiché tali dati sono stati utilizzati nella precedente rianalisi ECMWF ERA-Interim, le temperature medie mensili dell’aria superficiale sui Grandi Laghi da ERA5, sono state corrette in base alla media delle differenze tra le temperature ERA-Interim (corrette come segue) e ERA5 nel periodo 1981-2010 per il mese interessato. Queste analisi corrette sono utilizzate per calcolare i campi climatologici mensili necessari per definire le anomalie. L’aggiustamento è applicato solo sui Grandi Laghi; altrove, le temperature medie mensili e le corrispondenti climatologie sono derivate interamente dalle analisi ERA5. La serie storica globale non ha quasi nessun effetto su questo aggiustamento, quindi non viene applicato alla serie temporale globale.
Le sintesi pubblicate per i mesi precedenti a marzo 2019 erano basate sui dati ERA-Interim aggiustati per compensare due problemi di produzione: I valori sul mare sono stati presi dal modello di previsione di fondo e non dall’analisi per evitare un effetto dannoso dell’analisi delle osservazioni distorte delle temperature dell’aria dalle navi.
I valori d’oltremare precedenti al 2002 sono stati ulteriormente corretti sottraendo 0,1°C. Questo ha tenuto conto di un cambiamento nella distorsione causata dal cambiamento della fonte dell’analisi della temperatura della superficie del mare. Utilizzato per la temperatura, il ghiaccio marino e le panoramiche idrologiche.
Era 5 precipitazioni
I valori delle precipitazioni provengono da una sequenza di previsioni di fondo di 12 ore. Queste previsioni devono la loro efficienza a molti tipi di dati, i più direttamente legati alle precipitazioni sono quelli provenienti dal telerilevamento satellitare nelle microonde a partire dal 1987 e i totali compositi di precipitazione radar a terra assimilati dal 2009. Le osservazioni dei pluviometri non sono assimilate, ma le loro stime a griglia, che possono soffrire di lacune di copertura e di errori di misurazione, forniscono serie di dati indipendenti per la valutazione.
ERA5 umidità relativa dell’aria prossima alla superficie
Sulla terraferma, i valori di umidità relativa dell’aria superficiale sono determinati in modo relativamente diretto dalle registrazioni osservative nelle aree in cui è stato fatto un gran numero di osservazioni dell’umidità dell’aria superficiale. Altrove, il modello di previsione di fondo gioca un ruolo più grande, permettendo ai valori di umidità relativa vicino alla superficie di essere dedotti meno direttamente da altri tipi di osservazioni assimilate. Come mostrato di seguito, i valori sono meno affidabili dove le osservazioni dell’umidità superficiale sono scarse e dove le previsioni delle variabili correlate, come le precipitazioni, sono distorte nel modello di fondo.
ERA5 umidità del suolo
I valori dell’umidità del suolo si riferiscono ai primi 7 cm del suolo come descritto dal Hydrology Tiled ECMWF Scheme for Surface Exchanges over Land (H-TESSEL). HTESSEL utilizza diverse classi di struttura del suolo con proprietà specifiche come la capacità di infiltrazione e il punto di essiccazione.
I calcoli delle serie temporali per l’umidità del suolo di ERA5 tengono conto dei valori frazionari nella maschera terra-mare. Per tutti i calcoli dell’umidità del suolo , viene applicata una maschera per le regioni che hanno una copertura di ghiaccio permanente (incluso l’Antartide e gran parte della Groenlandia) o nessuna vegetazione, o che altrimenti hanno un tasso medio climatologico di precipitazione annuale inferiore a 0,3 mm/giorno. Queste regioni sono visualizzate in grigio sulle mappe. Inoltre, per le mappe dell’umidità del suolo, dove alcuni punti di terra risultano indefiniti a causa della mancata corrispondenza tra il dataset e la risoluzione mappa-costa, questi punti di terra vengono reimpostati utilizzando l’interpolazione con i valori del mare limitrofo e sovrapponendo successivamente la maschera terra-mare.
L’umidità del suolo da ERA5 è inclusa nello Stato europeo del clima 2018 per fornire un quadro qualitativo delle principali anomalie e per mostrare la sua coerenza con le altre variabili.
ERA5 ghiaccio marino
ERA5 al momento non analizza direttamente le osservazioni del ghiaccio marino. Invece, incorpora analisi di frazioni di copertura (o concentrazione) di ghiaccio marino prodotte altrove, con ulteriori fasi di elaborazione per garantire una certa coerenza nell’intero periodo di tempo. Maggiori dettagli possono essere trovati in questo rapporto (sezione 3.6.2 Condizioni limite della superficie del mare).
I valori medi mensili della copertura del ghiaccio marino dell’ERA5 sono interpolati in una griglia regolare di 1°x1° che viene utilizzata per tracciare le mappe. I dati ERA5 sono definiti solo per i punti della griglia del modello che sono designati come punti mare o lago. Una risoluzione molto più alta è usata per definire le linee di costa usate per tracciare le mappe. I valori costieri che sono indefiniti sulla griglia 1°x1° sono reimpostati usando i valori immediatamente vicini della copertura di ghiaccio. Altri valori indefiniti sono impostati su una copertura di ghiaccio pari a zero. Le mappe della copertura media del ghiaccio marino per un particolare mese, includono un bordo di ghiaccio climatologico per quel mese. Questo bordo di ghiaccio è definito dalla posizione del valore del 15% della copertura media per il 1981-2010.
Le serie temporali riguardanti il ghiaccio marino sono riportate come valori mensili per l’area del ghiaccio marino o l’estensione del ghiaccio marino per l’Artico e l’Antartico, che sono calcolati dalla variabile originale ERA5 della copertura del ghiaccio marino come segue:
Sia per l’area di ghiaccio marino che per l’estensione del ghiaccio marino viene applicato un limite, con le concentrazioni di ghiaccio marino impostate su 0 per tutti i valori inferiori al 15%.
Il ghiaccio di lago non è preso in considerazione nei calcoli, ma è anch’esso impostato su 0.
L’area di ghiaccio marino mensile è derivata dalla media mensile della copertura di ghiaccio marino.
L’estensione giornaliera del ghiaccio marino è derivata dalla copertura giornaliera del ghiaccio marino, impostando tutti i valori maggiori o uguali al 15% a 1.
L’estensione mensile del ghiaccio marino è quindi calcolata a partire dall’estensione giornaliera del ghiaccio marino.
L’area e l’estensione del ghiaccio marino “Artico” e “Antartico” mostrati nei grafici, consistono nella somma della risultante copertura frazionaria del ghiaccio di ogni casella della griglia moltiplicata per l’area della casella della griglia, presa su tutte le caselle della griglia a nord di 20°N e a sud di 20°S.
EUMETSAT OSI SAF Sea Ice Index v2.1
Dati e documentazione
Le serie temporali mensili dell’estensione del ghiaccio marino e le anomalie dell’area del ghiaccio marino, sono basate sul prodotto EUMETSAT OSI SAF Sea Ice Index v2.1 (OSI-420). Questo prodotto fornisce serie temporali dell’estensione del ghiaccio marino e dell’area con frequenza giornaliera e mensile. E’ derivato dai prodotti giornalieri OSI SAF Sea Ice Concentration v2.0 (OSI-450 e OSI-430-b) e copre il periodo dal 1979 in poi. I dati OSI-450 e OSI-430-b sono prodotti da EUMETSAT OSI SAF con il contributo di R&S dell’ESA Climate Change Initiative. Per il C3S Climate Bulletin, un’ulteriore elaborazione viene fatta da C3S per ricavare le climatologie per i periodi di riferimento 1981-2010 e 1991-2020, così come le anomalie mensili rispetto a questi due periodi.