Uso del telerilevamento nell'adattamento ai cambiamenti climatici

Il telerilevamento si riferisce all'acquisizione di dati e informazioni su un fenomeno e un territorio, senza un contatto diretto con esso. È un'alternativa all'osservazione in situ. Le tecniche di telerilevamento sono utilizzate in numerosi campi, tra cui la geografia, l'idrologia, l'ecologia, la meteorologia, l'oceanografia, la glaciologia, la geologia, nonché per scopi militari, l'intelligence, le applicazioni commerciali, economiche, di pianificazione e umanitarie.

Le tecnologie di telerilevamento possono essere basate su satelliti o aeromobili e sono in grado di rilevare e classificare oggetti e caratteristiche del sistema terrestre attraverso segnali propagati (ad esempio radiazioni elettromagnetiche). Inoltre, sta emergendo l'uso di droni grazie ai dati ad alta risoluzione che possono essere raccolti in breve tempo per il monitoraggio in tempo reale. Le tecniche di telerilevamento "attive" si riferiscono a un segnale emesso direttamente da un satellite o da un aeromobile, che viene riflesso da un oggetto ed è, a sua volta, rilevato dal sensore (ad esempio RADAR e LiDAR), mentre il telerilevamento "passivo" si riferisce a sensori in grado di rilevare la radiazione emessa o riflessa da un oggetto o da aree circostanti (ad esempio fotografia a pellicola, infrarossi, dispositivi ad accoppiamento di carica e radiometri).

Recentemente, il telerilevamento è stato utilizzato per migliorare la comprensione del sistema climatico e dei suoi cambiamenti. Consente di monitorare la superficie terrestre, l'oceano e l'atmosfera a diverse scale spazio-temporali, consentendo così osservazioni del sistema climatico, nonché di indagare i processi legati al clima o fenomeni a lungo e breve termine, come ad esempio la deforestazione o le tendenze di El Niño. Inoltre, il telerilevamento è utile per raccogliere informazioni e dati in aree pericolose (ad esempio durante eventi di incendio) o inaccessibili (ad esempio aree impermeabili). Esempi specifici di usi del telerilevamento connessi anche alle pratiche di adattamento ai cambiamenti climatici comprendono: i) gestione delle risorse naturali, ii) gestione delle pratiche agricole, ad esempio relative all'uso del suolo, alla conservazione del suolo e allo stock di carbonio nel suolo, iii) operazioni tattiche di lotta agli incendi boschivi nei sistemi di supporto decisionale in tempo reale, iv) monitoraggio della copertura del suolo e dei suoi cambiamenti su diverse scale temporali e spaziali, anche dopo un evento di catastrofe, v) gestione delle foreste e delle risorse idriche più informata, vi) valutazione degli stock di carbonio e delle dinamiche correlate, vii) simulazione della dinamica del sistema climatico, viii) miglioramento delle proiezioni climatiche e dei prodotti di rianalisi meteorologica, ampiamente utilizzati per studi di ricerca sui cambiamenti climatici.

Infine, il telerilevamento può essere utilizzato per migliorare l'allerta e la preparazione, essendo quindi utile anche nella gestione del rischio di catastrofi. I sistemi di informazione geografica (GIS) che utilizzano la tecnologia satellitare possono essere utilizzati per lo sviluppo di sistemi di allarme rapido e di previsione per ridurre e gestire il rischio di catastrofi legate al clima (ossia preparare una migliore previsione delle tracce di cicloni e inondazioni, degli eventi di siccità, dell'insorgenza di incendi), nonché per aiutare a prepararsi alle azioni. La tecnologia di telerilevamento può essere utile anche per il rilevamento dei danni post-catastrofe, sulla base di un'analisi comparativa delle immagini prima e dopo il disastro. I dati e le informazioni di telerilevamento sono utili anche per gli operatori di emergenza.

Diversi programmi e iniziative sono in atto in Europa e nel mondo per guidare l'uso e la condivisione di dati remoti. Copernicus è il programma di osservazione della Terra dell'UE coordinato e gestito dalla Commissione europea. Consiste in un complesso insieme di sistemi che raccolgono dati da più fonti: satelliti di osservazione della terra e sensori in situ come stazioni di terra, sensori aerei e marittimi. Copernicus elabora questi dati e fornisce agli utenti informazioni attraverso una serie di servizi che riguardano sei aree tematiche: terra, mare, atmosfera, cambiamenti climatici, gestione delle emergenze e sicurezza. Copernicus Climate Change Service (C3S) fornisce servizi sui cambiamenti climatici che sostengono le politiche e le azioni europee in materia di clima, contribuendo a costruire una società europea più resiliente in un clima che cambia indotto dall'uomo. Il Global Earth Observation System of Systems (GEOSS) è un insieme di sistemi di osservazione, informazione ed elaborazione della Terra coordinati e indipendenti che forniscono accesso alle informazioni per il settore pubblico e privato. Il "portale GEOSS"offre un unico punto di accesso a Internet per gli utenti che cercano pacchetti di dati, immagini e software analitici pertinenti a tutte le parti del mondo.

Il telerilevamento è utilizzato per produrre conoscenze o anche sistemi di supporto decisionale per utenti mirati (ad esempio operatori coinvolti nella gestione del rischio di catastrofi, pianificatori urbani, pianificatori del territorio, agricoltori, ecc.). Il coinvolgimento degli utenti finali come stakeholder lungo l'intero processo di conoscenza e progettazione e creazione dei prodotti è essenziale per produrre output realmente utilizzati e utili, secondo il paradigma della coproduzione.

Le tecniche di telerilevamento, e in particolare le immagini satellitari, sono già state utilizzate con successo in un'ampia gamma di campi relativi ai cambiamenti climatici, ad esempio per: i) studiare le tendenze della temperatura globale, sia sulla superficie dell'oceano che nell'atmosfera, ii) rilevare i cambiamenti della radiazione solare che incidono sul riscaldamento globale, iii) monitorare gli aerosol, la concentrazione di vapore acqueo e i cambiamenti nel regime delle precipitazioni, iv) studiare le dinamiche dell'estensione della neve e della copertura di ghiaccio, v) monitorare i cambiamenti del livello del mare e le modifiche costiere, vi) monitorare lo stato e i cambiamenti della vegetazione, vii) monitorare le risorse idriche e l'impatto dovuto alla siccità e ai periodi di siccità, viii) monitorare gli eventi incendi e le emissioni di incendi, ix) prevedere il rischio di catastrofi, come cicloni, inondazioni e siccità, x) guidare i processi decisionali in materia di adattamento ai cambiamenti climatici. L'uso dei dati rilevati a distanza è in rapida evoluzione, sia in termini di tecniche disponibili che di risoluzione, e altri usi pertinenti per l'adattamento ai cambiamenti climatici dovrebbero emergere nel prossimo futuro.

Alcune preoccupazioni, tuttavia, sono state sollevate sull'uso del telerilevamento. Lo studio e il monitoraggio dei cambiamenti climatici richiedono serie temporali di osservazioni a lungo termine, mentre i dati satellitari sono spesso disponibili per un breve periodo. Inoltre, alcune incertezze e distorsioni dei fotogrammi ricevuti a causa di vibrazioni e turbolenze possono derivare da distorsioni nei sensori e negli algoritmi di recupero, quindi l'uso di osservazioni satellitari negli studi sui cambiamenti climatici richiede una chiara identificazione di tali limitazioni. Altre possibili limitazioni includono: (i) costi elevati per l'acquisizione di dati ad alta risoluzione di aeromobili e droni; (ii) in alcuni casi, accesso limitato alle tecnologie necessarie a causa di costi o vincoli di competenze; (iii) discontinuità temporale dei dati di aeromobili e satelliti; mentre il primo può essere particolarmente costoso e quindi disponibile per un numero limitato di indagini, il secondo viene raccolto a intervalli fissi a seconda del tempo di ritorno del satellite.

Le osservazioni dirette sul terreno sono in genere limitate nella copertura spaziale, mentre le tecniche di telerilevamento consentono di monitorare una scala maggiore. I dati satellitari hanno un'ampia copertura, capacità multitemporali e multispettrali, fornendo dati e informazioni sui cambiamenti climatici per aree estese. Ciò consente miglioramenti nella comprensione del sistema climatico, nello studio e nella previsione dell'effetto dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi e nel monitoraggio dell'efficacia delle misure di adattamento attuate.

Il telerilevamento consente anche la raccolta di dati in aree pericolose o inaccessibili, senza disturbi per il sito e fornisce aggiornamenti frequenti. L'acquisizione dei dati è spesso meno costosa e più veloce della raccolta diretta dei dati da terra. Inoltre, l'uso dei droni aggiunge flessibilità nel monitoraggio del tempo e dello spazio e il vantaggio di non correre rischi umani.

Il prezzo delle immagini satellitari varia a seconda della risoluzione spaziale. Le immagini di archivio a bassa risoluzione (> 10 m) sono solitamente gratuite, mentre il prezzo aumenta da 1 a 8 $ per km ² passando da una risoluzione di 5-10 m a una risoluzione di 0,3-1 m (prezzi 2019; vedi ad esempio Geocento). I costi sono leggermente più alti per le immagini scattate da aerei e droni; quest'ultimo può arrivare a una risoluzione < 0,05 m. Naturalmente, i prezzi aumentano se sono richieste immagini personalizzate. Sono inoltre necessarie risorse per elaborare i dati e sviluppare le applicazioni. Infine, sono necessarie competenze e capacità sufficienti per utilizzare i dati di telerilevamento.

Il tempo di implementazione si riferisce all'elaborazione dei dati e alla fornitura di conoscenze o prodotti finali. Dipende in larga misura dalla portata e dall'uso specifici delle tecniche di telerilevamento, dal livello delle competenze disponibili, dalla disponibilità degli strumenti necessari e dalla collaborazione tra i diversi portatori di interessi coinvolti.

L'uso di tecniche di telerilevamento per studiare i cambiamenti climatici e sostenere la definizione di azioni per la mitigazione e l'adattamento ai cambiamenti climatici può essere effettuato sia a breve che a lungo termine.