Observing alpine cryosphere: advanced monitoring station network at High elevations to Improve Knowledge of a susceptible tErritory
Il Progetto Hike
nasce per rispondere alle sfide poste dai cambiamenti climatici,
in particolare riguardo alla gestione delle risorse idriche nelle Alpi italiane.
Il ritiro dei ghiacciai e la riduzione della copertura nevosa stanno causando impatti significativi,
influenzando attività umane come la produzione idroelettrica e il turismo invernale. HIKE mira a colmare le
lacune di conoscenza esistenti con un sistema di monitoraggio integrato ad alta quota (oltre 3000 m s.l.m.) nell'area del Monte Rosa, tra Piemonte e Valle d'Aosta
La sfida
Le Alpi, spesso descritte come "torri d'acqua" per il loro ruolo cruciale nel fornire risorse idriche, stanno subendo profondi cambiamenti.
Questi includono la riduzione della neve stagionale e l'erosione glaciale, con conseguenze dirette su risorse vitali.
Per affrontare questa criticità, HIKE introduce un approccio innovativo per monitorare complesse dinamiche meteoclimatiche e glaciali.
I partner
Obiettivi tecnici e innovazione
L’elemento centrale di HIKE è lo sviluppo di tecnologie avanzate e il loro impiego in contesti di alta quota. I sistemi di monitoraggio, che includono sia sensori fisici che ottici, permetteranno:
- • Quantificazione della precipitazione solida: Utilizzo di pluviometri a peso riscaldato e strumenti innovativi per misurare l'equivalente in acqua della neve (Snow Water Equivalent).
- • Monitoraggio del manto nevoso: Integrazione di sensori ottici e spettroradiometrici per analizzare il comportamento ottico della neve e la sua distribuzione spaziale attraverso la fotografia terrestre.
- • Dinamiche glaciali: Implementazione di stazioni fotografiche per monitorare in tempo reale il movimento dei ghiacciai tramite tecniche di Digital Image Correlation (DIC).
WP0: Coordinamento tecnico e reporting periodico
Il coordinamento tecnico è un aspetto cruciale per garantire il corretto svolgimento delle attività di monitoraggio ambientale. Questo processo prevede la gestione e l’integrazione delle diverse fasi operative, dall'acquisizione dei dati sul campo all'analisi dei risultati, assicurando che tutti i team coinvolti lavorino in maniera armonizzata e secondo gli standard definiti. Parte integrante del coordinamento è la redazione di report periodici, che riassumono i dati raccolti, i progressi del progetto e le eventuali criticità. Questi report non solo forniscono una panoramica dettagliata delle condizioni ambientali monitorate, ma servono anche come strumento di valutazione e decisione per eventuali azioni correttive, coinvolgendo tutte le parti interessate nel processo decisionale.
WP1: Piattaforma osservativa innovativa
Le attività di questo WP sono imperniate sulla realizzazione di un sistema per la quantificazione della precipitazione solida, sul monitoraggio delle proprietà ottiche del manto nevoso e delle dinamiche glaciali. L’area di studio si concentra su un altopiano innevato a quota a 3600 m slm ubicato in prossimità del Rifugio Mantova (Monte Rosa), da cui è possibile osservare il ghiacciaio di Indren e quello del Lys.
Le variabili oggetto di monitoraggio sono: lo spessore del manto nevoso (HS), l’equivalente in acqua della neve (SWE), la temperatura del manto nevoso, la tipologia di idrometeora e diversi altri parametri meteorologici tradizionali a supporto (precipitazione totale, pressione atmosferica, temperatura dell’aria, umidità relativa, radiazione solare e misura della velocità e della direzione del vento).
Come ulteriore obiettivo il sistema di monitoraggio ha quello di impiegare tecniche di telerilevamento al suolo che colmino il gap multi-scala esistente tra il rilevamento da satellite e le misure automatiche in sito. Nell’ambito degli studi meteo-climatici d’alta quota e nell’ottica di un approccio multi-scala, la combinazione di fotografia terrestre e di spettroradiometria automatica che ricavi informazioni essenziali come albedo e distribuzione della copertura nevosa su base giornaliera è uno degli aspetti originali del progetto.
Il monitoraggio del manto nevoso è basato su sensoristica ottica IoT che integra estensione del manto nevoso e informazione relativa al comportamento ottico.
L’analisi delle dinamiche glaciali, si basa invece sulla comparazione automatica (DIC) di riprese fotografiche utili a valutare lo spostamento superficiale del ghiacciaio con cadenza giornaliera.
I sistemi automatici, preliminarmente calibrati e collaudati in laboratorio, effettuano elaborazioni fotogrammetriche con trasferimento automatico delle immagini near real-time.
WP2: Sviluppo di servizi dati smart
Le attività di questo WP consistono nell’analisi e implementazione di procedure automatiche di controllo qualità e cross-validazione delle sorgenti informative.
I parametri nivometeorologici registrati dagli strumenti installati in alta quota vengono sottoposti ad un innovativo QC volto ad evidenziare errori dovuti a malfunzionamenti nella registrazione della variabile in modo da intervenire con opportune correzioni strumentali senza alterarne il reale contenuto informativo.
Per l’analisi dei dati da fotografia terrestre sono state selezionate librerie e componenti informatiche in grado di risolvere problemi di omografia e di orto-rettifica delle immagini digitali; la scelta di utilizzare risorse open-source consente di usufruire di licenze di utilizzo compatibili con gli ambienti di sviluppo selezionati.
Per poter descrivere la dinamica della copertura nevosa è stato definito un protocollo di analisi dell’immagine e del dato spettro-radiometrico al fine estrarre i parametri informativi utili.
Le immagini raccolte vengono elaborate con algoritmi di Digital Image Correlation e Computer Vision con l’obiettivo di stimare la velocità superficiale dei ghiacciai.
È stata quindi sviluppata una piattaforma scalabile ed interoperabile di Edge/Cloud Computing in grado di gestire gli output mediante strumenti di analisi utilizzati in ambito scientifico.
WP3: Comunicazione e divulgazione
Le attività di questo WP prevedono l’opportuna configurazione dell’infrastruttura informatica volta a consentire la condivisione dei risultati di progetto. In particolare, per il Laboratorio di Climatologia Alpina, a livello tecnologico, verranno implementati nuovi strumenti di comunicazione e di divulgazione scientifica.
L’analisi funzionale, la progettazione e lo sviluppo dell’infrastruttura informatica si è focalizzata sull’ottimizzazione e sull’implementazione delle procedure che coinvolgono i dati e le immagini; in particolare, si è riservata particolare attenzione ai processi di upload dei dati di campo, allo studio e alla realizzazione dell’architettura del sistema normalizzato di archiviazione. L’infrastruttura informatica è stata progettata per poter integrare strumenti di analisi e di calcolo, algoritmi di import e di cross-validazione, di post-elaborazione nonché sono state potenziate applicazioni di condivisione e di pubblicazione delle informazioni disponibili.
Il sito web del Laboratorio di Climatologia Alpina è stato opportunamente aggiornato al fine di integrarsi con l’infrastruttura informatica di nuovo sviluppo: aspirando a diventare un riferimento per ricercatori, studenti, professionisti e operatori del settore, incorpora nuovi strumenti di comunicazione e divulgazione rivolti al grande pubblico.
Impatti attesi e ricadute sul territorio
Il progetto HIKE avrà un impatto significativo sia a livello scientifico che a livello socio-economico, con particolare attenzione alla gestione sostenibile delle risorse naturali e alla protezione del territorio alpino.
Gli obiettivi principali del progetto sono di migliorare la conoscenza dei fenomeni legati alla criosfera alpina e di fornire strumenti innovativi per la gestione delle risorse idriche, in un contesto di cambiamento climatico:
Miglioramento della gestione delle risorse idriche
Grazie alla rete di stazioni di monitoraggio avanzato, HIKE fornirà dati in tempo reale sulla precipitazione solida, la neve e la dinamica glaciale. Queste informazioni saranno fondamentali per migliorare la gestione delle risorse idriche alpine, ottimizzando l'uso dell'acqua per attività essenziali come la produzione idroelettrica e l'agricoltura, e per mitigare il rischio di eventi estremi come siccità o inondazioni.
Supporto alla pianificazione territoriale e alla gestione ambientale
Grazie alla rete di stazioni di monitoraggio avanzato, HIKE fornirà dati in tempo reale sulla precipitazione solida, la neve e la dinamica glaciale. Queste informazioni saranno fondamentali per migliorare la gestione delle risorse idriche alpine, ottimizzando l'uso dell'acqua per attività essenziali come la produzione idroelettrica e l'agricoltura, e per mitigare il rischio di eventi estremi come siccità o inondazioni.
Coinvolgimento della comunità e degli stakeholder
Il progetto si impegna a coinvolgere attivamente le comunità locali, le autorità pubbliche e gli operatori economici della regione alpina. Attraverso workshop, conferenze e giornate divulgative, HIKE promuoverà una maggiore consapevolezza sui cambiamenti climatici e sugli impatti che questi avranno sul territorio montano. Le attività di sensibilizzazione contribuiranno a educare e informare sia i cittadini che gli attori istituzionali, fornendo strumenti per affrontare le sfide future con un approccio proattivo.
Innovazione tecnologica e nuove opportunità di business
HIKE non si limita a produrre dati e conoscenze, ma mira a creare nuove opportunità di sviluppo economico per le aziende locali e le PMI. Le tecnologie di monitoraggio sviluppate nel progetto, come i sensori IoT e i sistemi di gestione dei dati cloud, apriranno nuove possibilità per l'applicazione di soluzioni innovative in altri contesti montani e remoti, sia a livello nazionale che internazionale. Questo potrà portare alla creazione di nuovi servizi a valore aggiunto e a un'espansione del settore delle tecnologie ambientali.
Un modello replicabile per altre regioni montane
HIKE si propone come un modello innovativo e replicabile per la gestione delle risorse ambientali in alta quota. Le soluzioni sviluppate nel progetto, sia a livello tecnologico che metodologico, potranno essere facilmente adattate e implementate in altre regioni montane soggette a rischi naturali o pressioni climatiche, contribuendo alla creazione di reti di monitoraggio globali che supportino le comunità montane.
