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Martedì 04 Luglio 2017

Nuovo approccio all'uso sinergico di dati di ozono e radiazione UV dallo spazio


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Progetto AURORA del programma quadro Horizon 2020 dell’Unione Europea

Si chiama AURORA ed è una piattaforma innovativa che mira, in un futuro non troppo remoto, a potenziare e agevolare l’utilizzo dell’ingente quantità di dati di satelliti operativi del programma Copernicus dedicati al monitoraggio dell’atmosfera.

AURORA sta per Advanced Ultraviolet Radiation and Ozone Retrieval for Applications, letteralmente ‘stima avanzata di radiazione ultravioletta e ozono per applicazioni’, ed è un progetto triennale (2016-2019) del programma quadro Horizon 2020 dell’Unione Europea.

Il progetto è incentrato sullo sviluppo di un sistema in grado di combinare informazioni complementari associate a dati da diversi sensori e da diverse missioni in un prodotto geofisico unico con caratteristiche ancor più avanzate.

Questo permetterà

  • di stimare il profilo verticale dell’ozono dalla superficie al limite superiore dell’atmosfera,
  • di derivarne valori di ozono troposferico e della radiazione ultravioletta (UV) alla superficie terrestre,
  • di valutarne la qualità rispetto a quella prevista dei dati satellitari di Copernicus.

AURORA consentirà agli utenti europei e non-europei di gestire l’archiviazione, il processamento, l’accesso e la condivisione dei dati, offrendo uno strumento prezioso per affrontare le grandi sfide socio-economiche attuali.

All’interno del progetto sarà realizzato un prototipo che combinerà osservazioni in regioni spettrali differenti, dall’UV all’infrarosso, ottenute da strumenti che operano a bordo del satellite geostazionario Sentinel-4 e dei satelliti ad orbita terrestre bassa Sentinel-5 e Sentinel-5p.

Lo scopo è dimostrare la capacità del prototipo di lavorare con dati simulati in condizioni che riproducano il più possibile quelle dell’ambiente operativo. In questo modo sarà possibile assemblare procedure e moduli per un uso sinergico delle informazioni quando saranno disponibili i dati reali.

La comunità scientifica negli ultimi anni ha fatto grandi sforzi per sfruttare in maniera sinergica le informazioni associate a misure multiple, simultanee e indipendenti della stessa massa d’aria, ma solo in un numero limitato di casi gli algoritmi derivati sono stati applicati in un contesto operativo.

Una più estesa diffusione di queste tecniche richiede un ulteriore consolidamento e la verifica delle stesse. Il progetto AURORA risponde per molti aspetti esattamente a questa esigenza, favorendo il passaggio da prodotti di ricerca a prodotti operativi dei risultati ottenuti da un uso combinato dell’informazione da più sorgenti di misura.

La strategia proposta dal sistema AURORA consiste in un processo a due fasi. Un nuovo algoritmo di fusione dei dati garantirà l’ottimizzazione dell’informazione da misure simultanee in intervalli spettrali differenti acquisite da sensori posti su piattaforme diverse. Queste misure diventeranno il dato di input di un sistema di assimilazione dati, che potrà beneficiare del vantaggio sia della riduzione dei dati di ingresso, sia della loro migliorata accuratezza.

L'impatto di combinare le capacità complementari delle osservazioni delle Sentinelle atmosferiche, in particolare per quanto riguarda la sensibilità verticale, ha la potenzialità di offrire prestazioni avanzate che sono di grande rilevanza per il monitoraggio della distribuzione verticale dell’ozono troposferico e della radiazione UV alla superficie terrestre, entrambi particolarmente dannosi per l’uomo. L’ozono troposferico è infatti un importante gas serra, le cui concentrazioni, altamente variabili spazialmente e temporalmente, sono difficili da controllare. Alte concentrazioni di ozono negli strati bassi dell’atmosfera danneggiano piante e coltivazioni e sono causa di gravi problemi respiratori nell’uomo. Sono ben noti gli effetti negativi della radiazione UV-B (280-320 nm), legati in particolare alla sua capacità di danneggiare il DNA e di dar luogo a tumori cutanei.

Per questo, il monitoraggio accurato reso possibile dall’innovativa gestione dei dati satellitari garantita da AURORA offre opportunità per significativi progressi in applicazioni per la tutela della salute del cittadino europeo.

Dal punto di vista tecnologico, all’interno del progetto saranno create banche dati con estensione geografica (geo-database) e servizi web con strumenti di visualizzazione allo stato dell’arte. In questo modo le informazioni saranno rese accessibili alla comunità scientifica e commerciale in maniera semplice e immediata.

Sarà creata una infrastruttura tecnologica che sfrutterà macchine virtuali e la condivisione dei dati cloud per implementare la catena di processamento. Questa infrastruttura garantirà un uso esteso dei dati satellitari delle Sentinelle di Copernicus sia per la ricerca che per l’industria.

Saranno inoltre sviluppate e validate, a scopo dimostrativo, due applicazioni per la dosimetria UV personale e il monitoraggio dell’ozono troposferico e della qualità dell’aria.

Il progetto AURORA ha preso avvio da un'iniziativa congiunta del nucleo iniziale del consorzio proponente, costituito da rappresentanti della ricerca (Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” (IFAC-CNR), Sesto Fiorentino) e dell’industria (Flyby S.r.l., Livorno). Sotto il coordinamento di IFAC-CNR opera poi una partnership di istituzioni scientifiche di massimo rilievo nel settore quali ECMWF, BIRA-IASB, KNMI ed FMI e di PMI da Italia (Flyby), Paesi Bassi (S[&]T and Datacraft) e Grecia (Epsilon).

Lo sviluppo del progetto e le iniziative che intorno a questo verranno promosse nei mesi a venire, tra cui la pubblicazione di una Call for Ideas per stimolare la creazione di applicazioni basate sui dati AURORA da parte di spin-off o di studenti universitari, possono essere seguite facendo riferimento al sito Web del progetto o agli altri canali predisposti del consorzio a fini di comunicazione e disseminazione (Twitter, Facebook).

Testo a cura di Ugo Cortesi (coordinatore scientifico) e Cecilia Tirelli (project manager)


Organizzazione con sistema di gestione certificato e laboratori accreditati
Maggiori informazioni all'indirizzo www.arpat.toscana.it/qualita




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