Osservazioni satellitari e l’influenza del clima sul pianeta

Allargando i confini dell'universo, l'uomo continua a rivolgere lo sguardo verso le stelle. Questo percorso, tracciato da pensatori, scienziati e, naturalmente, scrittori di fantascienza, attrae l'umanità da secoli. È sempre stata una sfida, spinosa e competitiva, ma l'uomo è una fantastica particella del cosmo, va sempre avanti, scoprendolo, conquistandolo e trasformandolo nella sua propria casa. I programmi spaziali richiedono sempre più risorse, che ormai sono troppo gravose per singoli paesi, persino quelli più grandi. Ciò li spinge a una cooperazione internazionale sia nello spazio vicino che in quello lontano. Agenzie spaziali come ESA, NASA, ecc., aprono un nuovo capitolo nella ricerca climatica globale, lanciando progetti integrati di monitoraggio per sviluppare politiche efficaci nell'affrontare la crisi climatica e nel risolvere i problemi ambientali. Il programma a lungo termine include una serie di missioni spaziali esplorative: Osservazioni della Terra (OT).

Secondo il Rapporto UNEP, "il mondo si trova nell'epicentro di una tripla crisi planetaria legata ai cambiamenti climatici, alla perdita di biodiversità, all'inquinamento e ai rifiuti. Il percorso verso lo sviluppo sostenibile diventa sempre più ripido e stretto, mentre la finestra di opportunità si chiude". La Terra è un sistema estremamente complesso che si autoriproduce grazie a un equilibrio unico, il cui squilibrio potrebbe causare processi irreversibili di distruzione dell'ecosistema planetario. Secondo l'ultimo Bollettino informativo europeo del 2024, il 2023 è stato l'anno più caldo di sempre; le comunità biologiche diventano sempre più omogenee, portando alla diminuzione della biodiversità e all'estinzione di moltissime specie; negli ultimi 50 anni si è verificato un aumento irreversibile dei fattori antropici diretti e indiretti che influenzano la biosfera. L'importanza dei cambiamenti climatici e del loro impatto sulla biodiversità del pianeta è spaventosamente evidente.

Le osservazioni satellitari (OS) sono il processo di analisi della Terra tramite il telerilevamento, che consiste nella misurazione della radiazione elettromagnetica proveniente dalla Terra e dall'atmosfera. A seconda degli strumenti, i satelliti conducono un rilevamento passivo o attivo. In modalità passiva, misurano la radiazione propria della terra o la luce solare riflessa, nello spettro visibile o infrarosso. In modalità attiva, scansionano l'area con radar (radiazioni a microonde o laser) e ricevono un segnale riflesso per misurare l'altezza della vegetazione, la profondità dei ghiacciai, di livello del mare. I satelliti EO (Earth Observation) sono divisi in orbitali e geostazionari. Quelli orbitali seguono orbite polari a bassa o media altitudine, coprendo l'intera superficie terrestre, mentre quelli geostazionari si trovano a circa 35.786 km sopra l'equatore terrestre e sembrano fermi nel cielo poiché si muovono alla stessa velocità angolare della Terra.

Le osservazioni satellitari (OS) attraverso il telerilevamento (TR) includono il monitoraggio del clima, le previsioni meteorologiche, lo studio dei cambiamenti negli ecosistemi e nell'atmosfera e il loro impatto l'uno sull'altro. In particolare: Atmosfera: temperatura, pressione, contenuto di gas serra; Oceani e mari: temperatura dell'acqua, correnti, livello del mare; Calotte glaciali: cambiamenti nei ghiacciai e livello di fusione; Suoli e vegetazione: condizioni del suolo, vegetazione, foreste; Città e cambiamenti antropogenici, impatto ambientale; Inquinamento atmosferico: composizione, concentrazione di inquinanti; Eventi anomali: uragani, siccità, inondazioni; Biodiversità: monitoraggio della diversità degli organismi viventi e degli ecosistemi. Queste linee di ricerca consentono di ottenere una visione completa dello stato del nostro pianeta e dei suoi cambiamenti. Sei di queste aree sono diventate prioritarie anche nelle missioni Copernicus e costituiscono la base per le OS.

La tecnologia di OS si è molto evoluta nei sessant'anni dal lancio del primo satellite Sputnik-1 nell'orbita terrestre bassa nel 1957 con un semplice trasmettitore radio a bordo. I progressi nella scienza, nelle telecomunicazioni, e lo sviluppo di nuove tecniche di telerilevamento, come strumenti passivi multi- e iperspettrali, nonché LiDAR e sensori radar ad apertura sintetica (SAR) attivi, ha permesso nel corso degli anni di adattare le missioni satellitari a una gamma più ampia di applicazioni per affrontare compiti sempre più complessi. Il satellite ambientale dell'ESA (Envisat), lanciato nel 2002, trasportava molti sensori diversi, fornendo una vasta gamma di dati chiave su oceani, terra, atmosfera e criosfera. L'ESA ha già sviluppato e implementato la famiglia Sentinel di satelliti OS per supportare il progetto Copernicus, che ad oggi è il programma più ambizioso d'Europa. Una curiosità è l'introduzione dell'intelligenza artificiale AI nei programmi di rilevamento satellitare.

Gli scienziati dell'Università di Leeds hanno presentato una rete neurale che riesce a individuare rapidamente e con precisione i grandi iceberg antartici sulle immagini satellitari in soli 0,01 secondi. Questo nuovo metodo migliora notevolmente i laboriosi processi esistenti. Utilizzando il radar Copernicus Sentinel-1, i dati satellitari vengono trasmessi all'intelligenza artificiale per l'analisi e la mappatura degli iceberg. A causa della loro fusione con il bianco terreno circostante, è difficile definire i contorni esatti degli iceberg. Tuttavia, l'IA affronta bene questa sfida adattando i suoi algoritmi. La sua architettura si basa sul design U-net, e l'addestramento avviene su diversi dati Sentinel-1. Dopo la correzione automatica dei parametri per ottenere prestazioni ottimali, il sistema raggiunge un'accuratezza del 99%.

L’OS svolge un ruolo importante nello studio e nella gestione degli ecosistemi e della biodiversità. I satelliti Landsat, veterani dell'EO dal 1972, sono una serie di satelliti ad alta risoluzione lanciati dalla NASA. Le loro innovative tecnologie permettono di monitorare la salute delle piante, la densità della popolazione, le migrazioni delle specie e lo stato della biodiversità. L'integrazione dei dati Landsat con i sensori a terra consente di studiare la dinamica degli ecosistemi nello spazio e nel tempo e di prendere decisioni per gestire il territorio e conservare la natura. Dal suo lancio iniziale, Landsat ha condotto diverse missioni che forniscono un flusso continuo di dati. Con un trio di satelliti più piccoli in grado di rilevare ciascuno 26 diverse lunghezze d'onda, la missione Landsat Next è radicalmente diversa dai suoi predecessori in 50 anni di OT.

I ricercatori dell'Università di Griffith hanno scoperto che meno del 13% dell'habitat degli opossum australiani nel Queensland è sull'orlo dell'estinzione a causa delle piogge abbondanti e degli incendi boschivi. Per mappare le coperture forestale, hanno utilizzato i dati di telerilevamento Landsat, per mappare l'altezza della foresta i dati lidar GEDI e per valutare la densità e la biomassa delle foreste i dati di GlobBiomass. I dati satellitari hanno aiutato a creare una mappa delle caratteristiche e della maturità delle foreste che consente di individuare le aree favorevoli agli opossum. I risultati della ricerca sono stati comunicati al governo del Queensland e sono stati fondamentali per prendere misure volte all'espansione di aree protette e alla conservazione della biodiversità, al fine di tutelare gli opossum e altre specie animali.

Proteggere il nostro pianeta e la sua atmosfera è una priorità assoluta. A questo scopo, sono state lanciate varie missioni satellitari (condotte da EUMETSAT, ESA e NASA), miranti al monitoraggio e alla protezione di tutte le forme di vita presenti sulla Terra, nonché allo studio dei cambiamenti atmosferici, climatici ed ecosistemici. Di seguito una breve panoramica di alcune missioni operative: satelliti geostazionari Meteosat di seconda e terza generazione; nuova missione NASA Landsat Next; missioni di ESA Vigil: osservazione del Sole; missione Copernicus: da Sentinel-2 a Sentinel-6; GOCE: missione gravimetrica ESA; SMOS: missione ESA sull'acqua; CryoSat: missione ESA sui ghiacci; Swarm: missione ESA sul campo magnetico; Aeolus: missione ESA sui venti; EarthCARE: missione ESA sull'osservazione delle nuvole e degli aerosol; Biomass: missione ESA sulle foreste; FLEX: missione ESA sulla fotosintesi.

L’approccio scientifico di 3Bee per valutare l’impatto sulla biodiversità permette di ottenere una valutazione preliminare della biodiversità presente nell'area (Biodiversity Site Assessment). L’analisi combina i dati dai satelliti Sentinel I e II, l’analisi satellitare e le informazioni da database pubblici, e consente di generare indicatori sintetici che riflettono lo stato attuale della biodiversità e la capacità dell'area di supportare impollinatori selvatici. Sulla base di questi risultati, vengono pianificati interventi sito-specifici e vengono formulate strategie per rigenerare la biodiversità.