Metodologia per l'analisi della torbidità dell'acqua di mare attraverso il telerilevamento satellitare e la sua applicazione nel Golfo di La Spezia

Abstract

La torbidità è una proprietà ottica dell'acqua di mare ed è una misura della quantità di luce diffusa dalle particelle nell'acqua. La torbidità è un parametro importante perché influenza diversi processi dell'ecosistema marino e, in generale, un aumento della concentrazione di sedimenti sospesi, alghe e materia organica provoca un aumento della torbidità. I metodi tradizionali, come il monitoraggio in situ, hanno limiti spaziali e temporali, pertanto le tecniche di telerilevamento satellitare hanno il potenziale per fornire un sistema di monitoraggio completo, veloce ed economico per osservare le condizioni biofisiche e biochimiche dei corpi idrici. Lo scopo di questo studio è sviluppare un modello semi-empirico per la previsione della torbidità dell'acqua di mare combinando i dati del telerilevamento satellitare e i campioni di torbidità raccolti da ARPAL e ARPAT lungo il Mar Tirreno settentrionale e il Mar Ligure orientale, in Italia. Inoltre, è emersa la necessità di identificare i parametri più appropriati per poter effettuare la correzione atmosferica delle immagini satellitari e i software testati per la correzione atmosferica sono stati QGIS, GRASS GIS e SNAP. Per quanto riguarda la metodologia per il modello predittivo, la procedura si compone di questi passaggi principali: il confronto tra la torbidità misurata sul campo e la riflettanza superficiale delle immagini satellitari, la calibrazione del modello di torbidità, la sua validazione ed infine, la sua applicazione attraverso la creazione di mappe di torbidità. I risultati finali hanno mostrato che la torbidità superficiale stimata dal satellite ha una buona correlazione con la torbidità misurata sul campo e le mappe di torbidità consentono una rapida quantificazione della qualità dell'acqua superficiale del mare.

Turbidity is an optical property of sea water, and it is a measure of the amount of light scattered by particles in water. Turbidity is an important parameter because it affects a variety of aquatic ecosystem processes, and generally, an increase in the concentration of suspended sediments, algae, and organic matter cause an increase in turbidity. Traditional methods, as in-situ monitoring, have shown their constraint due to their time and space limitations therefore satellite remote sensing techniques have a potential to provide a comprehensive, fast and inexpensive monitoring system to observe the biophysical and biochemical conditions of water bodies. The aim of this study is to develop a semi-empirical model for predicting sea water turbidity by combining satellite remote sensing data and turbidity samples collected by ARPAL and ARPAT along the North Tyrrhenian Sea and Eastern Ligurian Sea, Italy. Therefore, there was the necessity to identify the most appropriate parameters for the atmospheric correction of satellite images and the tested software for the atmospheric correction were QGIS, GRASS GIS and SNAP. Regarding the methodology for the predicting model, the procedure consists of these main steps: the comparison between field measured turbidity and surface reflectance of satellite imagery, the calibration of the turbidity model, its validation and finally, its application through the creation of turbidity maps. The final results have shown that the estimated satellite derived surface turbidity had good agreement with field measured turbidity and the turbidity maps allow a fast quantification of water quality of the sea surface.