TECNICHE E STRUMENTI PER IL TELERILEVAMENTO AMBIENTALE

Premessa - Indice

Premessa

Il pianeta Terra, insieme di atmosfera, biosfera, criosfera, idrosfera e terra solida, è un sistema talmente complesso, dal punto di vista dei fattori fisici, chimici, geologici e biologici che lo configurano, che l'uomo ne ha tuttora una conoscenza molto limitata e per numerosi aspetti inadeguata alle sue crescenti necessità. Basta pensare alle incerte, e spesso contrastanti interpretazioni, che gli scienziati tuttora danno di alcuni importanti fenomeni geofisici, ed alle egualmente incerte e contrastanti valutazioni dell'incidenza sull' evoluzione del sistema Terra di tal uni fattori derivanti da attività umane. Alcuni esempi di questa inadeguatezza sono l'incapacità di fornire attendibili previsioni meteorologiche oltre un limitato arco temporale e la difficoltà di valutare l'evoluzione del clima e di prevedere gli effetti delle dinamiche fisico-chimiche conseguenti a fenomeni quali i ben noti "effetto serra" e "buco dell' ozono".

La comprensione, e quindi lo studio, dell'ambiente terrestre è perciò una delle grandi sfide con cui si deve oggi confrontare l'uomo. In particolare la superficie terrestre e l'atmosfera costituiscono i principali oggetti di indagine, poichè in esse sono presenti i cicli idrologico e biogeochimico, i processi climatologici, e molti fenomeni in costante interazione che determinano la continua evoluzione del sistema Terra. Comprendere, e possibilmente predire, tale evoluzione, richiede la conoscenza continua e con elevata discriminazione spaziale e temporale delle caratteristiche statiche e dinamiche dell'atmosfera e della superficie terrestre.
Costruire modelli in tale ambito è un obiettivo che misure eseguite localmente ed a tempi diversi non permettono di raggiungere. Da ciò nasce per lo studio del sistema Terra la necessità del telerilevamento, cioè di una tecnica che permette di rilevare a distanza ("remote sensing") le caratteristiche ed i parametri (dimensionali, fisici, chimici, di posizione, di moto,) di entità (corpi solidi, fluidi, gas,) mediante sensori non a diretto contatto di tali entità, e spesso a grandi distanze da esse. Con il telerilevamento è così possibile raggiungere l'obiettivo di disporre in tempi brevi di misure, spesso effettuate su grandi aree, ottenute con strumenti opportunamente calibrati e quindi confrontabili .Le applicazioni del telerilevamento, oltre agli aspetti scientifici, riguardano importanti domini applicativi ed operativi che includono le previsioni meteorologiche, il monitoraggio dei mari, delle coste, dei ghiacci e delle calamità naturali, l'utilizzazione delle risorse terrestri e marine, rinnovabili o no, ed altri.
Il telerilevamento ambientale comprende una vasta gamma di differenti configurazioni di sistema e di tipologie di sensori. Mentre i sistemi con sensori a terra sono essenzialmente rivolti allo studio dell'atmosfera (con la sola eccezione dei radar in onda decametrica che osservano la superficie marina), quelli montati su aereo o satellite possono avere per obiettivo sia la superficie che l'atmosfera. Quanto alla radiazione impiegata per la misura a distanza, questa può essere elettromagnetica, generalmente nel campo che va dalle frequenze radio alle microonde, all'infrarosso termico e infine al visibile, od acustica. La combinazione intelligente ("fusione") dei dati relativi al medesimo ambiente, ma provenienti da differenti sensori, spesso coesistenti su una piattaforma, offre la possibilità di determinare le caratteristiche dell'ambiente osservato con una ricchezza di informazioni difficilmente ottenibile per altra via.
Il riconoscimento dell' importanza del telerilevamento ambientale quale area scientifica e tecnica è alla base dell'iniziativa della Direzione della Scuola Superiore G. Reiss Romoli, che negli anni 1988-92 inserì nel programma della Scuola i corsi "Telerilevamento del territorio" (con 3 edizioni), "Telerilevamento atmosferico e meteorologico" e "Sensori per telerilevamento". Durante questi corsi i docenti fornirono agli allievi del materiale didattico preparato ad hoc.
In tali occasioni si constatò la carenza di libri in lingua italiana che trattassero del telerilevamento ambientale in modo ampio ed adeguato, sopratutto per quanto riguarda l'area delle tecniche e degli strumenti finalizzati a tale scopo. E' così nata l'idea di produrre il presente libro, a cui hanno aderito, partecipandovi quali autori di singoli capitoli, numerosi tra i docenti dei suddetti corsi.
Oggetto della presente opera sono le tecniche e gli strumenti per il telerilevamento; non sono pertanto inclusi argomenti riguardanti le specifiche applicazioni, quali l'elaborazione e l'interpretazione dei dati e delle immagini ed in generale il loro uso, anche se concisi riferimenti a tali aspetti
si possono trovare laddove questi hanno importanza per la comprensione dei motivi che hanno portato allo sviluppo dei vari tipi di sensori.
Pur nella comune impostazione e nell' osservanza delle medesime regole redazionali, è stata lasciata agli autori dei vari capitoli la libertà di privilegiare la forma espositiva che ritenevano più adatta anche in relazione alle loro personali esigenze didattiche. Da ciò risulta un certo grado di disuniformità nella trattazione dei vari argomenti e la presenza di alcune ripetizioni tra i vari capitoli, le quali sono state accettate per dare la possibilità al lettore di leggere o consultare i singoli capitoli in modo ragionevolmente autonomo, senza troppi condizionamenti dalla conoscenza dei precedenti. In tale ottica si sono privilegiati richiami e rinvii, quando un argomento risultava più appropriatamente e dettagliatamente trattato in altra parte del libro.
Il libro consta di II capitoli, ripartiti in due volumi. Il primo volume comprende 5 capitoli, che trattano gli aspetti generali, che sono alla base delle tecniche e degli strumenti del telerilevamento, e cioè le interazioni delle onde elettromagnetiche con la superficie terrestre e con l'atmosfera, incluse le applicazioni radiometriche, la classificazione degli elementi comuni a tutti i sensori , le caratteristiche delle piattaforme osservative aeree e spaziali, che trasportano strumentazione di telerilevamento. I successivi 5 capitoli riguardano specificatamente i vari tipi di sensori: radiometri ottici e a microonde, sensori attivi ottici (lidar), a microonde (radar) ed acustici (sodar). Infine l'ultimo capitolo tratta sinteticamente del trattamento, trasmissione e gestio- ne dei dati telerilevati.
La detta organizzazione del libro, nella quale agli aspetti propedeutici sono dedicati capitoli separati ed apposite appendici contengono argomenti di base o specialistici, lo rende quindi potenzialmente utile non solo come testo didattico per corsi universitari sul telerilevamento ambientale (al livello di laurea, specializzazione o dottorato di ricerca), ma anche come strumento di formazione permanente per addetti a tale settore, attualmente in rapida crescita, e di informazione per chi opera scelte strategiche nell' ambito delle tecniche e degli strumenti per il telerilevamento.

I curatori dell' opera desiderano ringraziare vivamente il Presidente del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Prof. Ing. Lucio Bianco, e gli Organi Direttivi dell'Ente, che ne hanno deciso la pubblicazione quale monografia scientifica del CNR nella serie di Scienze della Terra. Un particolare ringraziamento va al Reparto Pubblicazioni e Informazioni Scientifiche del CNR, che ne ha curato la pubblicazione, e specificatamente al suo Direttore, Dr. Mario Apice, e alla Signora Paola Giugni . Un vivo apprezzamento è dovuto ai colleghi, che, dando prova di grande disponibilità e pazienza, hanno redatto i vari capitoli e che hanno,di buon grado, accettato di rivedere ed ampliare quanto già preparato, e a tutti coloro che hanno contribuito fornendo materiale ed aiuto redazionale agli autori. In particolare il Prof. Solimini, autore dei primi due capitoli, desidera ringraziare Giovanni Schiavon e Paolo de Matthaeis, che hanno fornito diverse figure del Cap.2, Paolo Ferrazzoli, che ha messo a disposizione risultati del modello di scattering ed emissività di Tar Vergata, Antonio Perrone, che ha composto ed elaborato le figure ed il testo dei suddetti capitoli. Il Prof. Galati desidera ringraziare Sergio Pandiscia per l'aiuto fornito nella composizione del capitolo 9.

G. Galati e A. Gilardini