5 Aprile 2023
7:30

Mappare le foreste con i satelliti, ecco come si fa e quali parametri si possono misurare

In questo spazio vi raccontiamo l'importanza delle foreste e come siamo in grado di conoscere il loro stato di salute osservandole da molto, molto lontano...

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Mappare le foreste con i satelliti, ecco come si fa e quali parametri si possono misurare
foreste satellite

Le foreste ricoprono un terzo delle terre emerse ma sono continuamente minacciate da processi naturali come incendi, risalita del livello del mare o, soprattutto, dalla deforestazione. Dal suolo può essere difficile quantificare gli effetti della deforestazione o, al contrario, della riforestazione. In quest'articolo vi spieghiamo come siamo in grado di monitorare l'estensione e lo stato di salute delle nostre foreste tramite l'uso delle immagini satellitari.

Dov'è l'interesse nel monitorare le foreste?

Prima di tutto dobbiamo capire le ragioni per cui vi é l'interesse a monitorare e preservare questi ecosistemi:

  • riducono l'effetto dei cambiamenti climatici tramite la rimozione di CO2 dall'atmosfera;
  • ospitano quasi l'80% della biodiversità terrestre;
  • proteggono il suolo dall'erosione riducendo il rischio di fenomeni come le frane;
  • forniscono cibo, materie prime ed energia per molti dei nostri prodotti e mezzi di sussistenza per oltre un miliardo di persone.

Allo stesso tempo, le foreste rappresentano degli ambienti molto fragili, dinamici nel corso dell'anno e sensibili ai cambiamenti climatici. Quindi rilevare qualsiasi alterazione non appena si manifesta può essere la chiave per trovare una soluzione.

foresta importante

Le carte inventario delle foreste

Uno studio del 2022 condotto dall'università del Maryland, utilizzando immagini satellitari (del programma spaziale Landsat) ha calcolato che nel 2020 l'estensione globale delle foreste era di circa 40.2 milioni di km2, circa un terzo delle terre emerse. Rispetto al 2000, l'estensione mondiale delle foreste si è ridotta di 1 milione di km2.
Quando mappiamo una foresta però non siamo interessati solo a conoscere la sua estensione ma anche il tipo di vegetazione e le relative condizioni al variare delle stagioni e del clima. Queste informazioni vengono raccolte nelle cosiddette carte inventario delle foreste: ogni nazione ne possiede una e anche l'Italia quindi ha la propria carta.

Gli inventari sono importanti per le strategie politiche necessarie ad esempio per rispettare gli obiettivi del PNRR per supportare la transizione energetica, favorire lo stoccaggio e il sequestro del carbonio, attenuare gli effetti dell'inquinamento atmosferico sulla salute umana e porre un freno alla perdita di habitat e specie.

Come vengono mappate le foreste?

Fino agli anni 2000, la maggior parte degli inventari si basava sull'analisi di immagini aeree (tecnica nota come fotointerpretazione) e rilievi di campo. Questi approcci però hanno due svantaggi: richiedono tempo e costano tanto.

Negli ultimi due decenni, la presenza di nuovi satelliti e lo sviluppo di Intelligenza Artificiale ci permette di mappare le foreste dallo spazio automaticamente, con il vantaggio di ridurre i tempi e le spese necessarie a formare gli inventari delle foreste.
Raccolte a distanze comprese fra 600 e 700km da terra, infatti, le immagini satellitari sono in grado di catturare in pochi secondi informazioni su aree estese centinaia o migliaia di km2. In aggiunta, grazie ad i tempi di rivisitazione degli ultimi satelliti, siamo in grado di aggiornare questi inventari con cadenze anche mensili – se non settimanali!

Nell'immagine sottostante un esempio della mappa della più vasta foresta pluviale al mondo: la foresta Amazzonica. Questa si estende su oltre 6 milioni di km2, venti volte le dimensioni dell'Italia. La mappa é stata prodotta analizzando le immagini raccolte nel 2018 dal sensore Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo del satellite Terra della NASA.

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Mappa della foresta amazzonica per l’anno 2018 e confronto con le dimensioni dell’Italia | Credit: NASA

Che parametri analizziamo?

Per misurare oggetti sul terreno che si trovano a centinaia di chilometri di distanza dalle piattaforme spaziali nella gran parte dei casi ci affidiamo al Sole. In particolare alle radiazioni elettromagnetiche emesse dalla nostra stella che vengono riflesse dagli oggetti posti sulla superficie terrestre e che colpiscono poi i satelliti.

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La radiazione elettromagnetica emessa dal sole e riflessa dal nostro pianeta viene usata per produrre immagini satellitari | Credit: NASA

Ogni oggetto sulla terra riflette la luce solare in maniera diversa ed unica a seconda della lunghezza d'onda: un fenomeno noto come firma spettrale. Dobbiamo immaginare la firma spettrale di un oggetto come l'impronta digitale di una persona: sono caratteristiche fisiologiche uniche per ogni individuo.

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Le diverse firme spettrali di vegetazione, suolo ed acqua | Credit: SEOS

Cos'è l'indicatore NDVI?

Il Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) è il principale indicatore utilizzato per valutare la presenza e condizione della vegetazione. Misurando l'NDVI – ossia l'intensità della luce riflessa dalla vegetazione per specifiche lunghezze d'onda (visibile ed infrarosso) possiamo comprendere la capacità di fotosintesi e quindi all'assorbimento di energia delle chiome degli alberi: un'area contenente una fitta ed attiva vegetazione avrà valori NDVI maggiori rispetto ad un'area con vegetazione scarsa oppure non in ottime condizioni di salute (e.g., biomassa consumata in seguito ad un incendio).

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Valore di NDVI durante l’inverno 2007 dell’intero pianeta ricostruito dal satellite Terra | Credit: NASA

Nel telerilevamento questo indice viene utilizzato per evidenziare le aree di crescita delle piante, le aree in sofferenza o anche zone che vengono disboscate (più o meno legalmente), permettendo di valutare rapidamente la salute delle foreste. Inoltre, avendo a disposizione un archivio di quasi 50 anni di dati NDVI, siamo anche in grado di comprendere la risposta della vegetazione ai vari cambiamenti climatici e l'efficacia delle varie politche di decarbonizzazione.

I dati o i prodotti satellitari sono già utilizzati regolarmente a livello europeo: ad esempio per aggiornare continuamente inventari forestali in Portogallo, rilevare abbattimenti illegali e pratiche di cattiva gestione in Svezia. Questi esempi non sono più un'eccezione e guidano la gestione delle foreste verso l'era digitale.

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