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Tesi etd-04122005-164056


Thesis type
Tesi di laurea vecchio ordinamento
Author
Coli, Alessandro
email address
ale_coli_78@hotmail.com
URN
etd-04122005-164056
Title
Analisi multitemporale e spettrale del recupero della vegetazione nelle aree colpite da incendi nella Provincia di Pisa: i casi di San Giuliano Terme e delle Cerbaie nell’estate del 2001.
Struttura
INTERFACOLTA'
Corso di studi
SCIENZE AMBIENTALI
Commissione
relatore Fornaciai, Alessandro
relatore Mazzarini, Francesco
Parole chiave
  • incendio
  • recupero
  • telerilevamento
  • Pisa
Data inizio appello
29/04/2005;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Il monitoraggio delle aree boschive percorse da incendi rappresenta un tema di estrema attualità e di primaria importanza, per le politiche di tutela e di gestione sostenibile del patrimonio forestale nazionale.<br>L’approvazione della legge quadro n.353/2000 può essere interpretata nell’ottica di una salvaguardia attiva di questo patrimonio, da attuarsi anche attraverso l’impiego di sistemi di monitoraggio satellitare (art. 3, com. 1).<br>Lo scopo di questa tesi è di studiare la rigenerazione della vegetazione boschiva colpita da incendi, attraverso un’analisi diretta del segnale riflesso dalla copertura interessata, e mediante il calcolo di una serie di indici vegetazionali sensibili a differenti lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico.<br>I dati, forniti dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, sono stati acquisiti dai sensori Landsat Thematic Mapper 5 e Landsat Enhanced Thematic Mapper 7, nel periodo dal 2001 al 2004.<br>L’ambito di studio corrisponde al territorio della Provincia di Pisa dove sono stati individuati, attraverso una procedura semiautomatica, quegli eventi potenzialmente idonei alle finalità della tesi. Tra questi sono stati scelti due incendi di riferimento avvenuti nell’estate del 2001 nell’ANPIL Monte Castellare di San Giuliano Terme (incendio “01_07”), e sulle colline delle Cerbaie in un’area compresa nei Comuni di Santa Maria a Monte e Castelfranco di Sotto (incendio “01_08”).<br>Alla fase di pretrattamento delle immagini satellitari, necessaria per la lettura dei dati mediante i programmi Erdas Imagine 8.5 ed Envi Imagine 3.6, è seguita l’operazione di rettifica che ha permesso di confrontare i valori dei pixels omologhi, sulle nove scene a disposizione, con un margine di errore di 60 m.<br>Una parte del lavoro è stata incentrata sulla conversione dei numeri digitali in valori di riflettanza corretti, attraverso la tecnica del Dark Object Subtraction (Chavez, 1988), per ridurre l’effetto dello scattering atmosferico. In questo modo, rispetto ai precedenti studi: “Rilevamento delle aree percorse da incendio mediante l’utilizzo di immagini satellitari Landsat ETM. Il caso della Toscana.” (Biagioni, 2004) e “Sistemi informativi territoriali e telerilevamento: una applicazione per le aree percorse da incendi nella Provincia di Livorno” (Favilli, 2004), è stato possibile impiegare dei dati svincolati dalle diverse condizioni di illuminazione e di ripresa caratteristiche di ciascuna immagine satellitare.<br>La consistenza dei risultati conseguiti dall’analisi spettrale e dagli indici di vegetazione è stata valutata, infine, con escursioni direttamente sulle aree incendiate scelte come riferimento. I segnali di recupero della vegetazione sono stati riscontrati, in entrambi i casi, anche sul campo, inoltre la visione delle zone colpite ha permesso la ricostruzione delle dinamiche e dell’entità degli incendi, permettendo di avere ulteriori informazioni per l’analisi dei dati spettrali.<br>Gli incendi “01_07” e “01_08” hanno interessato rispettivamente le seguenti formazioni boschive:<br>• bosco misto di leccio e sughera degradante in gariga<br>• pineta a prevalenza di pino marittimo e/o domestico<br>L’analisi delle nove scene Landsat a disposizione è stata mirata a tracciare un profilo dell’evoluzione spettrale delle aree incendiate di cui sopra, nel periodo di osservazione 2001 – 2004. Il confronto tra i valori di riflettanza antecedenti e successivi alla data degli incendi campionati ha messo in luce i seguenti aspetti:<br>1. i danni prodotti dal fuoco su entrambe le coperture determinano una forte perdita di segnale nell’infrarosso vicino, attribuibile alla degradazione dei tessuti fogliari responsabili della riflessione della radiazione incidente<br>2. la disidratazione dei tessuti e il danneggiamento dei pigmenti fotosintetici sono le cause principali dell’aumento della riflettanza nello SWIR e nel rosso visibile rispettivamente<br>3. nel bosco misto tendente alla gariga sono stati rilevati segnali di recupero della vegetazione già a due mesi dagli incendi<br>4. nella pineta delle Cerbaie il primo evidente segnale di recupero è stato registrato a quasi un anno dall’incendio<br>5. a tre anni e due mesi dagli incendi campionati entrambe le coperture mostrano caratteristiche spettrali confrontabili a quelle antecedenti al fuoco, anche se la firma spettrale del bosco misto presenta delle leggere differenze di riflettanza soprattutto nel NIR (4%), rispetto allo status iniziale<br>6. l’analisi temporale delle fasi successive al recupero dell’attività vegetativa ha mostrato l’esistenza di fluttuazioni anche significative nell’infrarosso vicino e nell’infrarosso a onda corta; nel primo caso è possibile che abbiano influito le variazioni fenologiche stagionali, mentre nello SWIR il segnale, probabilmente, ha risentito oltreché degli stress idrici della vegetazione, anche della rimozione dei prodotti della combustione che può aver contribuito alla riflessione dell’energia incidente da parte del suolo sottostante.<br>La ricostituzione della vegetazione è stata valutata anche mediante una serie di indici di vegetazione sensibili al LAI (Leaf Area Index). Tali indici sono stati calcolati, sfruttando i valori di riflettanza ricavati dall’analisi spettrale, come funzioni basate sulle lunghezze d’onda del rosso visibile – NIR e dello SWIR – NIR.<br>Nel caso della regione di interesse relativa all’incendio “01_08” (“ROI_01_08”) è stato possibile stimare degli indici di vegetazione (famiglia PVI) che riducono il disturbo causato dalla riflessione della radiazione incidente da parte del suolo sottostante la pineta.<br>Da una analisi qualitativa degli andamenti temporali di ciascun indice, nel periodo di osservazione 2001 – 2004, emergono le seguenti caratteristiche:<br>• in tutti i casi, a partire dalla data dell’incendio, il recupero della vegetazione è confermato dall’aumento del valore degli indici (rosso visibile – NIR), o dalla loro diminuzione (SWIR – NIR)<br>• nel bosco misto i VIs più lontani dall’incendio risultano sempre inferiori a quelli precedenti l’evento<br>• nella “ROI 01_08” i VIs più lontani dall’incendio equivalgono a quelli antecedenti, o addirittura li superano in qualche caso<br>• il MNLI e il “NLI” sono, tra gli indici del bosco misto e della pineta, quelli in cui il recupero della vegetazione risulta meno evidente<br>• la famiglia del PVI (PVI, WDVI, TSAVI), presente nella sola “ROI 01_08”, è caratterizzata da variazioni meno evidenti rispetto agli altri indici<br>• tra gli indici per ridurre il disturbo del suolo, studiati in entrambe le regioni di interesse (SAVI, MNLI, SAVI*SR), quello che ha scandito il recupero della vegetazione in maniera più netta è il SAVI*SR.<br>Al fine di valutare gli effetti degli incendi e la ripresa della vegetazione, sono stati ricavati due indicatori normalizzati detti di effetto (IEN) e di recupero (IRN).<br>L’andamento dell’indicatore IRN, sistematicamente di poco inferiore rispetto a IEN, suggerisce che la vegetazione del Monte Castellare ha subito danni consistenti (“SR” molto elevato nello spazio SWIR – NIR), non del tutto recuperati a distanza di circa tre anni dalla data dell’incendio.<br>Tramite il rilevamento sul campo, infatti, è stata presa visione del fatto che le fiamme abbiano interessato tutto lo spessore della copertura boschiva e arbustiva, inoltre le piante rigermoglianti non hanno ancora raggiunto le dimensioni tipiche degli stadi maturi.<br>Gli indicatori IEN e IRN calcolati per la pineta mostrano che il recupero, a distanza di quasi tre anni, è pressoché completo.<br>L’incendio “01_08”, nella sua vastità, è stato meno distruttivo di quello dell’ANPIL Monte Castellare, infatti, in questo caso, l’indice “SR” è moderatamente maggiore degli altri VIs all’infrarosso. In aggiunta, la riflettanza misurata nello SWIR dopo l’incendio, sebbene più alta nei confronti dei dati precedenti, nei confronti dell’altra regione di interesse è più bassa del 3% e del 6% nella bande ETM 5 e 7 rispettivamente.<br>I valori di riflettanza più recenti che si sovrappongono a quelli iniziali, in tutto lo spettro ETM, e l’indicatore IRN quasi sempre analogo o maggiore a quello IEN, per tutti i VIs analizzati, suggeriscono un recupero perlopiù completo della pineta.<br>L’indagine sul campo ha permesso di osservare che l’incendio “01_08” ha interessato prevalentemente il sottobosco, mentre diversi nuclei di alberi ad alto fusto sono scampati alla distruzione. In questo caso il recupero del sottobosco può aver ristabilito delle condizioni spettrali analoghe a quelle precedenti l’incendio. Non si deve trascurare il fatto che molti degli ettari di bosco bruciati appartenevano alla riserva Statale di Montefalcone. Al recupero di quest’area senz’altro hanno contribuito le opere di manutenzione eseguite dal Corpo Forestale dello Stato.<br>
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