Nuove frontiere per il monitoraggio della vegetazione forestale

In un contesto ambientale così mutevole, aumenta l’esigenza di utilizzare tecnologie innovative che fungano da supporto alle decisioni gestionali in campo forestale. Il telerilevamento satellitare è considerato uno strumento essenziale per l’analisi a scala territoriale ampia, per la produzione di carte tematiche a bassi costi e monitorare l’evoluzione e il cambiamento della vegetazione forestale.

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© Riedelmaier on Pixabay

Il cambiamento climatico è un fenomeno estremamente complesso che implica una vasta gamma di interazioni tra eventi climatici estremi sempre più frequenti e le componenti naturali che antropiche. Negli ultimi decenni gli eventi estremi hanno interessato porzioni sempre più elevate di superfici forestali, modificando la capacità di fornire servizi ecosistemici e in molti casi alterando le caratteristiche strutturali delle formazioni arboree. I disturbi legati ai cambiamenti climatici, sommati a quelli antropici, rendono sempre più difficile l’implementazione di misure di gestione sostenibile dei soprassuoli forestali nel medio e lungo termine. In un contesto ambientale così mutevole, aumenta l’esigenza di utilizzare tecnologie innovative che fungano da supporto alle decisioni gestionali in campo forestale.

Tra le diverse tecnologie a disposizione per lo studio dei processi e delle dinamiche ecosistemiche, il telerilevamento satellitare è considerato uno strumento essenziale per l’analisi a scala territoriale ampia, per la produzione di carte tematiche a bassi costi e monitorare l’evoluzione e il cambiamento della vegetazione forestale. Queste informazioni possono essere utilizzate per la stima dei danni ai popolamenti forestali, per pianificare interventi di ripristino post-disturbo, per la valorizzazione della funzione turistico-ricreativa e tanti altri aspetti legati alla gestione di un ecosistema forestale.


Cos’è il telerilevamento?

Il telerilevamento, in inglese “remote sensing” è una modalità di osservazione della terra basata sulla risposta spettrale di superfici o di oggetti di diversa natura da remoto, cioè a distanza. Il principio base è quello di captare a distanza la radiazione elettromagnetica che può essere riflessa o emessa dall’oggetto osservato.

Pertanto, un sistema di telerilevamento si basa su 3 elementi indispensabili:

1. la superficie o un oggetto da osservare (nel nostro caso: la vegetazione forestale);

2. una piattaforma che sostiene lo strumento per il monitoraggio;

3. un sensore ottico in grado di rilevare la quantità e la qualità della radiazione elettromagnetica riflessa o emessa da superfici o oggetti.

Principio di funzionamento – ©  Arbeck, CC BY 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by/3.0, via Wikimedia Commons

Volendo semplificare anche fotografare un albero tramite uno smartphone è una forma di telerilevamento. L’albero è l’oggetto, noi siamo la piattaforma che sostiene lo smartphone e la fotocamera è il sensore ottico in grado di rilevare la radiazione elettromagnetica riflessa dalla superficie dell’albero.

Gli scienziati non fanno altro che impiegare il telerilevamento per analizzare e studiare da remoto (cioè a distanza) le proprietà degli oggetti presenti sulla superficie terrestre, utilizzando diverse piattaforme che sostengono i sensori come i satelliti, i droni oppure aerei. I sensori possono essere passivi (usano come sorgente di radiazione elettromagnetica la radiazione solare) ma anche attivi cioè “illuminano” l’oggetto attraverso una sorgente in grado di emettere radiazione elettromagnetica a determinate frequenze e di registrarne la risposta come nel caso dei sistemi radar.

Come viene monitorata la vegetazione?

I sensori passivi misurano la capacità della vegetazione di riflettere la luce incidente proveniente dal sole nelle diverse zone dello spettro elettromagnetico definite bande, restituendo per ciascuna banda un’immagine caratterizzata da un diverso livello di riflettanza, cioè di energia riflessa.

L’area dello spettro elettromagnetico che va dalle bande del campo del visibile (blu, verde e rosso) al vicino infrarosso, è sensibile allo stato della vegetazione.

In particolare, l’analisi delle bande del rosso e dell’infrarosso vicino permettono di analizzare lo stato della vegetazione. Nel caso di vegetazione sana, in presenza di attività fotosintetica, la radiazione elettromagnetica incidente nella banda del rosso viene assorbita dai pigmenti fotosintetici, mentre l’infrarosso viene fortemente riflesso da parte del mesofillo spugnoso della foglia. Invece, nella vegetazione sottoposta a stress, una diminuzione dell’attività clorofilliana porta ad un minore assorbimento nel rosso.

Queste variazioni nella risposta della vegetazione alla radiazione incidente permettono di calcolare, attraverso delle semplici combinazioni algebriche tra la banda del rosso e dell’infrarosso, uno dei principali indici spettrali utilizzati per l’analisi della vegetazione: il Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).

Molteplici sono le costellazioni satellitari che acquisiscono dati disponibili sia con licenze commerciali che su piattaforme open-source. In questo ultimo caso, sono ben note, le piattaforme spaziali come quella europea Copernicus (ESA – European Space Agency), e statunitense National Aeronautics and Space Admnistration (NASA) – Landsat e Terra/Aqua. Grazie alla loro diversa risoluzione spaziale (l’area a terra che corrisponde al pixel dell’immagine), tali dati possono essere utilizzati per monitorare le risorse forestali a scala locale, regionale, nazionale e/o continentale.

Landsat e Sentinel ad oggi sono ampiamente utilizzati per l’analisi del cambiamento della copertura della vegetazione forestale, in grado quindi di rilevare fenomeni quali i tagli boschivi, gli incendi, schianti causati da neve o da vento e più in generale di monitorare lo stato di salute delle foreste e l’impatto dei disturbi ambientali.

Incendio in Sardegna – Immagini Sentinel2 pre- e post-incendio – © Maria Floriana Spatola

Oltre ai dati satellitari, i più recenti sviluppi tecnologici hanno aperto nuove frontiere mediante l’utilizzo dell’informazione tridimensionale fornita da sensori attivi che utilizzano tecniche LIDAR (misura delle distanze tramite impulsi laser), oppure i Sistemi Aerei a Pilotaggio Remoto (i cosiddetti droni), che sono in grado di fornire dati ad alta precisione.

L’integrazione di specifiche tecnologie innovative basate sui dati satellitari, fornisce un ottimo supporto nelle attività decisionali e alle applicazioni di campo sito-specifiche. Questo tipo di approccio può giocare un ruolo importante nello stimolare una gestione efficacemente sostenibile delle risorse forestali all’interno di scenari di cambiamento climatico.

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