Stima dell'evapotraspirazione effettiva mediante modelli di bilancio energetico e immagini telerilevate

La carenza di risorsa idrica costituisce una delle problematiche di maggiore interesse tecnico-scientifico, anche a causa delle implicazioni economiche e sociali ad essa collegate. In condizioni di scarsità, i vari comparti idrici (residenziale, sociale e pubblico, industriale e agricolo) devono far fronte a possibili riduzioni delle disponibilità idrica. La competizione che nasce tra questi settori può portare a sperequazioni che devono essere limitate attraverso interventi di mitigazione e di regolamentazione. Nelle zone aride e semiaride, come quelle dei paesi della fascia del Mediterraneo, uno degli approcci più adottati per far fronte alla mancanza di risorse idriche consiste prevalentemente nella riduzione dei consumi in campo agricolo, mediante l’ottimizzazione delle pratiche irrigue per migliorare l’efficienza nell’uso della risorsa stessa in questo settore. Obiettivo del progetto di ricerca è la messa a punto di tecniche per la stima dell'evapotraspirazione effettiva mediante l’uso di modelli, di immagini telerilevate e di misure in zone opportunamente identificate. Tutto ciò al fine di stimare il fabbisogno irriguo delle colture e di ottimizzare l'uso della risorsa idrica. Per la calibrazione dei modelli si farà uso di misure realizzate mediante una stazione microclimatica del tipo Eddy-covariance in possesso del Dipartimeno. Le misure acquisite dalla stazione saranno utilizzate per una migliore comprensione dei fenomeni a scala locale e per la validazione di modelli di bilancio energetico che fanno uso di dati telerilevati da sensori posti su piattaforme aeree e satellitari. Ciò renderà possibile l’applicazione su vaste aree e a costi contenuti se comparati con le classiche tecniche di misura puntuale. L’utilizzo dei dati telerilevati, che per loro stessa natura sono di tipo distribuito, permetterà la stima della distribuzione spaziale e temporale (nel caso di acquisizioni ripetute nel tempo) dei parametri fondamentali per il bilancio energetico superficiale quali: la temperatura (LST), l’umidità superficiale, la copertura vegetale, l’albedo, l’emissività, ecc. Per fare ciò occorrerà affrontare il problema della disponibilità delle immagini telerilevate ad una adeguata risoluzione temporale. Allo stato attuale sono acquisibili con relativa facilità immagini rilevate dai sensori MODIS e NOAA-AVHRR (risoluzione geometrica di circa 1 km). Poiché la risoluzione geometrica di queste immagini appare non compatibile con la frammentazione presente sul territorio, saranno messe a punto tecniche di downscaling (disaggregation) del dato termico ad una risoluzione spaziale adeguata (dell’ordine di 100 m). La messa a punto delle metodologie suddette permetterà di stimare i fabbisogni irrigui delle colture agricole, di individuare situazioni di stress vegetativo , costituendo uno utile strumento per la gestione della risorsa idrica in condizioni di scarsità.

Gli obiettivi del programma di ricerca possono essere sintetizzaticome segue: - messa a punto di modelli di Bilancio Energetico del sistema suolo-vegetazione-bassa atmosfera con lo scopo di stimare il flusso di calore latente e, quindi, l'evapotraspirazione effettiva; - messa a punto di algoritmi e procedure di calibrazione di immagini telerilevate con lo scopo di ricavare grandezze bio-fisiche quali indici di vegetazione, temperatura superficiale, albedo, emissività, umidità superficiale, ecc; - installazione di una torre micrometeorologica presso un'area sperimentale e utilizzo dei dati rilevati della torre per la calibrazione dei modelli di bilancio suddetti; - applicazione dei modelli di stima della distribuzione dell'evapotraspirazione effettiva a scala di comprensorio irriguo e di bacino. Il bilancio energetico superficiale è basato sugli scambi tra calore latente, calore sensibile e flusso di calore nel suolo rispetto alla radiazione netta incidente. Alcuni dei dati utili alla applicazione del bilancio (temperature, copertura vegetale, albedo, ecc.) possono essere ricavati a partire da immagini satellitari multispettrali. In particolare, si intende mettere a punto ed applicare modelli di bilancio energetico a partire sia da dati acquisiti da sensori ad alta risoluzione temporale e moderata risoluzione spaziale, quali MODIS e NOAA-AVHRR, sia da sensori ad elevata risoluzione spaziale quali ASTER e LANDSAT. Ovviamente tali dati vanno calibrati e corretti dall'influenza atmosferica prima di una loro effettiva utilizzazione. In particolare saranno messi a punto algoritmi: 1) per le bande nella regione riflessiva dello spettro si prevede la messa a punto di una catena di processi atta a produrre immagini calibrate in radianza ed in riflettanza, corrette dell’influenza della colonna atmosferica e georeferenziate; 2) per quanto riguarda invece la parte emissiva dello spettro elettromagnetico si prevede la messa a punto di procedure per la calibrazione in potenza emessa, in temperatura radiometrica e per la determinazione della temperatura superficiale dei suoli (LST). Saranno messi a punto metodi semi-automatici di calibrazione e correzione in modo tale da definire una catena di calcolo robusta. L’istallazione di una torre micrometeorologica in una zona opportunamente scelta, al fine di raccogliere una mole sufficiente di dati meteo standard e di flussi energetici, permetterà il confronto con valori di flusso stimati attraverso modelli di bilancio energetico che facciano uso di dati telerilevati. Infine l’implementazione di una metodologia operativa di downscaling del dato termico a bassa risoluzione spaziale, con lo scopo di ottenere un dato termico sintetico avente una più idonea dimensione del pixel, permetterà una più dettagliata stima dei flussi evapotraspirativi a scala di comprensorio e di bacino.