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Ricercatori dell'Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell'Ambiente (IREA) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) presentano a Vienna un nuovo servizio operativo sviluppato per il monitoraggio delle deformazioni nei vulcani attivi
 

CF

Monitorare le deformazioni della superficie terrestre in aree vulcaniche attive, in luoghi spesso di difficile accesso, può non essere un compito facile. Il telerilevamento satellitare può fare la differenza rispetto alle tecniche in-situ, grazie alla sua capacità di coprire aree molto vaste, con una densità di punti di misura molto elevata e a costi relativamente bassi. Questi risultati saranno presentati il 9 aprile a Vienna in una conferenza scientifica (Sala M2 alle 9:30) e una conferenza stampa (alle 13:00) nel corso della prossima Assemblea Generale dell'Unione Geofisica Europea (EGU) che si terrà dal 7 al 12 aprile.

L'interferometria SAR differenziale satellitare (DInSAR) permette di misurare le deformazioni del suolo con un'elevata precisione e in qualsiasi condizione atmosferica. La crescente diffusione dell'uso di questa tecnica è dovuta alla recente disponibilità di grandi archivi di dati SAR facilmente accessibili, come quelli forniti, dalla fine del 2014, dalla costellazione Copernicus Sentinel-1. Attualmente Sentinel-1 fornisce dati SAR con una cadenza fino a 6 giorni su tutta la Terra. È quindi chiaro che con una disponibilità di dati così ampia, globale, costante e affidabile è possibile utilizzare la tecnica DInSAR per scopi di monitoraggio, come quelli relativi alle misurazioni del movimento del suolo nelle aree vulcaniche.

In questo campo i ricercatori dell'IREA-CNR hanno sviluppato un servizio operativo per monitorare la deformazione crostale nei vulcani attivi attraverso l'uso della tecnica DInSAR e dei dati Sentinel-1. Il sistema progettato è completamente automatico e il processo è attivato dalla disponibilità, per ogni sito vulcanico monitorato, di nuovi dati Sentinel-1. I dati satellitari vengono acquisiti ed elaborati attraverso la nota tecnica DInSAR P-SBAS (Parallel Small BAseline Subset), completamente sviluppata presso l’IREA-CNR, che permette la generazione delle serie temporali di deformazione dell'area investigata.

In qualità di Centro di Competenza (CdC) del Dipartimento di Protezione Civile (DPC), l’IREA utilizza tale servizio per monitorare la deformazione del suolo dei principali vulcani italiani attivi, come la caldera dei Campi Flegrei, il Vesuvio, Ischia, l’Etna e lo Stromboli, e fornisce aggiornamenti mensili sullo stato di deformazione dei vulcani al Dipartimento e altri Centri di Competenza dedicati al monitoraggio dei vulcani.

Sebbene il servizio sia destinato al DPC, esso è stato realizzato per essere facilmente trasferibile e replicabile per altri vulcani della Terra, beneficiando così pienamente delle funzionalità di monitoraggio DInSAR di Sentinel-1.
 

Figura

 Mappa di velocità media di deformazione verticale dei Campi Flegrei (Italia) generata utilizzando i dati acquisiti dai satelliti Sentinel-1.
Il grafico mostra l'evoluzione temporale della deformazione che, da marzo 2015, ha portato a un sollevamento massimo di circa 25 cm. Contiene dati Copernicus modificati © 2019.
 
 
Ringraziamenti
Questo lavoro è supportato dall'accordo 2019-2021 fra IREA-CNR e Protezione civile italiana, dal progetto H2020 EPOS-IP (GA 676564), dal progetto I-AMICA (PONa3_00363) e dall'accordo IREA-CNR / DGS-UNMIG.

 


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Il terremoto dello scorso 29 dicembre in Croazia ha causato una deformazione del suolo di circa 40 centimetri. E’ quanto emerso dallo studio un team di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche utilizzando i dati acquisiti dal satellite europeo Sentinel-1.
 
Il 29 dicembre 2020 alle ore 11:19:54 UTC (Coordinated Universal Time) un terremoto di magnitudo 6.4 ha colpito la Croazia centrale, nei pressi della città di Petrinja, causando 7 vittime, numerosi feriti e ingenti danni agli edifici. Si tratta del più forte terremoto verificatosi in Croazia dall'avvento dei moderni sismometri.

L’evento si è verificato lungo una faglia trascorrente destra, nota in letteratura come faglia di Petrinja, ed è stato preceduto da due scosse sismiche di magnitudo 4.7 e 5.2, verificatesi il 28 dicembre. Nelle ore e nei giorni successivi si sono inoltre verificate numerose scosse di assestamento che hanno raggiunto una magnitudo massima di 4.8.

Tramite la tecnica dell’Interferometria Differenziale Radar ad Apertura Sintentica (DInSAR), un team di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IREA-CNR) ha studiato il campo di deformazione superficiale indotto dall’evento sismico. In particolare, sono stati utilizzati i dati acquisiti dal satellite europeo Sentinel-1 il 18 e il 30 dicembre 2020 lungo orbita ascendente e il 23 dicembre 2020 e il 4 gennaio 2021 lungo orbita discendente, che hanno permesso di produrre gli interferogrammi mostrati in Figura 1a e 1b. In essi, ogni fascia di colore (frangia) indica uno spostamento del suolo di circa 2.8 centimetri, con una deformazione massima di circa 40 centimetri.

A partire dagli interferogrammi generati, sono state poi derivate le corrispondenti mappe di deformazione (vedi Figura 1c e 1d) tramite appropriate procedure note come phase unwrapping. Nel caso dell’orbita ascendente, la mappa mostra una deformazione caratterizzata da valori negativi fino a un massimo di -32 cm e valori positivi fino a un massimo di 38 cm, che indicano rispettivamente l’aumento e la diminuzione della distanza tra il sensore e il suolo. Nel caso dell’orbita discendente, la mappa mostra una deformazione caratterizzata da valori negativi fino a un massimo di -16 cm e valori positivi fino a un massimo di 29 cm.

Inoltre, combinando le mappe di deformazione ottenute dalle immagini Sentinel-1 ascendenti e discendenti, è stato possibile stimare gli spostamenti, sia per quanto concerne la componente verticale (Figura 1e), sia nella direzione est-ovest (Figura 1f). La mappa di spostamento verticale mostra un’area affetta da una subsidenza massima di -13 cm e da una zona in sollevamento con valori massimi di 19 cm; inoltre, la mappa di spostamento orizzontale mostra spostamenti massimi di 43 cm verso ovest e di 42 cm verso est.

L’attività svolta è stata realizzata nell’ambito nell'ambito dell'Accordo 2019-2021 fra CNR-IREA e il Dipartimento della Protezione Civile (DPC), del progetto EPOS (European Plate Observing System) e del progetto "Infrastruttura di Alta tecnologia per il Monitoraggio Integrato Climatico-Ambientale" (I-AMICA) finanziato dal MIUR nell'ambito del Programma Operativo Nazionale (PON). I risultati presentati contengono dati acquisiti nell’ambito del programma Copernicus 2015.
 
interferogramma croazia
 
Figura 1. a) Interferogramma co-sismico da dati radar Sentinel-1 relativo alla coppia 18122020-30122020 ascendente (Track 146). b) Interferogramma co-sismico da dati radar Sentinel-1 relativo alla coppia 2312020-04012021 discendente (Track 124). Il rettangolo bianco indica l’area rappresentata nei pannelli successivi. c) Mappa di deformazione co-sismica in linea di vista relativa all’interferogramma Sentinel-1 mostrato in Figura 1a. d) Mappa di deformazione co-sismica in linea di vista relativa all’interferogramma mostrato in Figura 1b. Mappe delle componenti verticale (e) ed Est-Ovest (f) dello spostamento del suolo. La stella bianca indica la posizione dell’epicentro del terremoto di magnitudo 6.4 avvenuto il 29 dicembre 2020.
 

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Sei ricercatori IREA compaiono nella lista dei World's Top Scientists redatta dalla Stanford University. Si tratta di Romeo Bernini, Gianfranco Fornaro, Riccardo Lanari, Francesco Mattia, Francesco Soldovieri ed Eugenio Sansosti.
 

La rivista internazionale Plos Biology ha pubblicato recentemente uno studio che individua i ricercatori scientifici più citati al mondo nelle varie discipline nel corso della loro carriera. Lo studio si basa sui dati ricavati da Scopus, il principale database per le pubblicazioni scientifiche, relativi a 7 milioni di ricercatori di università e centri di ricerca di tutto il mondo in 22 aree scientifiche e 176 sottocategorie.

L'elenco, redatto da tre ricercatori della Stanford University, contiene circa 160.000 nomi e include gli scienziati che sono tra i primi 100.000 in tutti i campi e quelli che sono nel 2% al top nelle loro specifiche aree di ricerca.

Nell'elenco dei “Top Scientist” mondiali figurano 6 ricercatori dell’IREA-CNR, a conferma della qualità della ricerca scientifica dell’Istituto. Sono Romeo Bernini, Gianfranco Fornaro, Riccardo Lanari, Francesco Mattia, Francesco Soldovieri ed Eugenio Sansosti.

Romeo Bernini è Dirigente di ricerca presso l’IREA di Napoli. La sua attività di ricerca è rivolta allo sviluppo di sensori in fibra ottica e sensori optoelettronici ed optofluidici integrati per applicazioni ambientali, industriali, biochimiche e biomedicali. E’ stato visiting scientist presso il DIMES (Delft Institute of Microelectronics and Submicrontechnology), Technical University of Delft. Nel 2001 ha vinto il best Doctoral Thesis Award in Optoelectronics del IEEE-LEOS Italian Chapter. E’ autore di oltre 100 pubblicazioni su riviste internazionali.

Gianfranco Fornaro è Dirigente di ricerca presso l’IREA di Napoli e svolge attività di ricerca nel campo dell’elaborazione di dati Radar ad Apertura Sintetica (SAR). Ha tenuto corsi in qualità di Professore Aggiunto in diverse Università nell’area Telecomunicazioni, attualmente presso l’Università Federico II. E’ stato visiting scientist presso l’Ente Spaziale Tedesco ed il Politecnico di Milano, e consulente scientifico per conto delle Nazioni Unite. Ha svolto attività di docenza anche in diverse Scuole di Alta formazione presso Enti di Ricerca internazionali, tra cui l’Agenzia Aerospaziale Giapponese a Tokyo e l’Agenzia Spaziale Argentina per conto della IEEE. E’ stato docente delle Lecture Series della NATO e dal 2013 svolge lezione presso la “Summer School on Radar/SAR” del Fraunhofer Institute a Bonn. Dal 2017 è Fellow della IEEE. Ha ricevuto diversi premi e riconoscimenti internazionali tra cui il premio Mountbattern della IEE nel 1997 ed il premio “Best Paper Award” della rivista IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters nel 2011.

Riccardo Lanari è Dirigente di ricerca e Direttore del CNR-IREA dal dicembre 2010. I suoi interessi di ricerca riguardano principalmente l’elaborazione numerica dei dati Radar ad Apertura Sintetica (SAR). E’ autore di più di 120 lavori pubblicati su riviste internazionali, di un libro edito dalla casa editrice americana CRC-PRESS e di due brevetti. E’ stato visiting scientist presso l’Istituto per le Scienze Spaziali ed Astronautiche (ISAS, Giappone), l’Istituto per le Radio-Frequenze dell’Ente Spaziale Tedesco (DLR, Germania), il Jet Propulsion Laboratory (JPL, USA); in quest'ultimo caso ha ricevuto dalla NASA una Recognition (nel 1999) ed un Award (nel 2001). E’ Distinguished Speaker della Geoscience and Remote Sensing Society della IEEE (IEEE-GRSS) e Fellow della IEEE society. Nel 2015 ha vinto il premio “Guido D’Orso” per la sezione Ricerca. Nel novembre 2016 è stato nominato dalla European Geosciences Union (EGU) vincitore della Christiaan Huygens Medal 2017 della EGU. E’ stato insignito nel 2020 dell’IEEE GRSS Fawwaz Ulaby Distinguished Achievement Award per gli eccezionali contributi e la leadership nei settori della elaborazione di dati SAR e InSAR.

Francesco Mattia è Primo Ricercatore del CNR-IREA e responsabile della Sede secondaria dell‘IREA di Bari. E’ stato visiting scientist presso la University of California, Santa Barbara (USA) e presso la Ohio State University (USA). E’ stato membro dell’Earth Science Advisory Committee dell'ESA e del Comitato consultivo dell'ASI per le attività di osservazione della terra italiane in ESA. La sua attività scientifica riguarda principalmente l'interpretazione fisica e la modellizzazione dello scattering elettromagnetico da superfici terrestri e l'inversione di dati SAR in parametri biogeofisici come il contenuto di umidità del suolo, la rugosità del suolo e la biomassa della vegetazione.

Eugenio Sansosti è Dirigente di ricerca presso l’IREA di Napoli dove si occupa di tecniche di elaborazione dei segnali SAR e le loro applicazioni alla geofisica. È stato Professore a Contratto di Teoria dei Segnali presso l’Università degli Studi di Reggio Calabria e di Comunicazioni Elettriche e Teoria dei Segnali presso l’Università degli Studi di Cassino. Ha collaborato con l’Agenzia Spaziale Tedesca (DLR, Germania), con il Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California (JPL, USA) ed è stato Image Processing Adviser presso l’Istituto Tecnologico de Aeronautica (ITA), Sao José dos Campos, SP, Brasile, per conto delle Nazioni Unite (ONU). È stato membro del team italiano di supporto scientifico alla Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) della N.A.S.A. E’ Senior Member dell’IEEE.

Francesco Soldovieri è Dirigente di ricerca presso l’IREA di Napoli. I suoi principali interessi di ricerca riguardano la diagnostica elettromagnetica, la diffusione elettromagnetica inversa, le applicazioni di radar imaging, la diagnostica di antenne, il monitoraggio dello stato del mare da dati radar. E’ stato Principal Investigator/Technical Manager di progetti nazionali ed Internazionali, tra i quali ISTIMES (FP7), HERACLES (H2020) e AMISS (FP7-Marie Curie Action), e Presidente della Division on Geosciences Instrumentation and Data Systems della European Geosciences Union. Ha fatto parte del team di Marsis coinvolto nell’attività di ricerca che ha condotto alla scoperta dell’acqua liquida su Marte; i risultati sono stati pubblicati su Science e Nature Astronomy. Inoltre, è stato coinvolto nello studio della stratigrafia del sottosuolo, a mezzo georadar, della faccia nascosta della Luna, come testimoniato dal lavoro pubblicato su Science Advances. E’ autore di circa 240 lavori riviste internazionali, di 10 capitoli di libro e curatele ed è stato Editor dei libri “Sensing the Past” e “ICT for Smart Water Systems: Measurements and Data Science”, editi da Springer nel 2017 e 2021.

L’articolo, dal titolo “Updated science-wide author databases of standardized citation indicators” è pubblicato al link:

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000918

I dati sono ricavabili dalla tabella Table-S6-career-2019.xlsx scaricabile a questo link: https://data.mendeley.com/datasets/btchxktzyw/2

 
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Una recente analisi relativa al ponte Morandi mostra l’assenza di deformazioni, prima del suo crollo, nei risultati ottenuti dai dati radar satellitari della costellazione italiana COSMO-SkyMed. A mostrare questa evidenza uno studio condotto da un team di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente del CNR pubblicato su Remote Sensing. I risultati mostrati sono in contrasto con una precedente indagine pubblicata sulla stessa rivista.
 
Il 14 agosto del 2018 il ponte sul torrente Polcevera sull'autostrada A10 Genova-Savona, costruito negli anni '60 su progetto dell'ingegnere Morandi, è crollato procurando la morte di 43 persone.

A seguito del tragico avvenimento, un team di ricercatori dell’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente (IREA, Napoli) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) ha condotto uno studio approfondito, basato sull’elaborazione di dati radar satellitari, sui possibili movimenti pre-crollo associati all’area interessata dal disastroso evento nell’ambito delle attività svolte in qualità di Centro di Competenza per il Dipartimento di Protezione Civile Italiana per lo studio da satellite dei fenomeni di deformazione del suolo e del costruito. Tale studio ha dimostrato l’assenza di significativi spostamenti precursori del crollo del ponte Morandi, nelle osservazioni radar satellitari, in evidente contrasto con quanto riportato nel lavoro di Milillo et al. (2019) dal titolo “Pre-Collapse Space Geodetic Observations of Critical Infrastructure: The Morandi Bridge, Genoa, Italy”, pubblicato sulla rivista scientifica Remote Sensing, aprendo così nuovi margini di discussione.

 

Ponte Morandi

Mappe in falsi colori delle velocità medie di deformazione rilevate (A), sovrapposte ad un’immagine di Google Earth, e relativi plot dei punti in corrispondenza delle carreggiate Nord (B) e Sud (C) del ponte Morandi di Genova. Tali risultati, ottenuti elaborando i dati radar satellitari acquisiti dalla costellazione satellitare COSMO –SkyMed dell’ASI (orbite ascendenti e discendenti) nel periodo immediatamente prima del crollo del ponte Morandi (Gennaio 2011-Agosto 2018) con le tecniche InSAR avanzate SBAS e TomoSAR, non mostrano significative deformazioni che possano rappresentare precursori del crollo del ponte Morandi.
 
“Attraverso l’elaborazione tramite tecniche InSAR avanzate di dati SAR acquisiti dalla costellazione COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana nel periodo immediatamente precedente al crollo (Gennaio 2011 – Agosto 2018)” spiega l’ing. Riccardo Lanari, direttore facente funzioni del CNR-IREA, “sono state generate serie temporali di deformazione relative all’area del viadotto che hanno rilevato l’assenza di movimenti superficiali precursori del crollo del ponte”.

“Le caratteristiche di questi sensori, in particolare la risoluzione spaziale molto spinta (pochi m) e la lunghezza d’onda molto corta (circa 3 cm)” aggiunge l’ing. Diego Reale, ricercatore IREA partecipante al team, “hanno consentito di effettuare un’analisi dettagliata delle deformazioni relative ad un’infrastruttura complessa come il ponte Morandi, in termini di densità di punti di misura e di capacità di monitorare nel tempo il comportamento dell’intera struttura, con accuratezze millimetriche”.

“I prodotti delle elaborazioni interferometriche ottenute utilizzando due approcci indipendenti e alternativi, quali la tecnica Small BAseline Subset (SBAS) e la tecnica di Tomografia SAR, hanno mostrato una significativa consistenza e similarità tra loro in termini sia di copertura spaziale sia di entità della deformazione misurata” sottolinea l’ing. Manuela Bonano, altro ricercatore IREA membro del team, “confermando la sostanziale assenza di movimenti superficiali precursori del crollo del ponte Morandi”.

I risultati ottenuti sono stati presentati nel lavoro dal titolo “Comment on “Pre-Collapse Space Geodetic Observations of Critical Infrastructure: The Morandi Bridge, Genoa, Italy”, by Milillo et al. (2019)", pubblicato a Dicembre 2020 sulla stessa rivista scientifica Remote Sensing.

Foto in copertina: LaPresse


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