Utilizzo di Radar Costiero ad alta frequenza (HF) per la misura di ...

16/04/2012
Utilizzo di Radar Costiero ad alta
frequenza (HF) per la misura di
correnti superficiali e moto ondoso
Simone Cosoli, M. Gačić, A. Mazzoldi
OGS – Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica
Sperimentale, Trieste
scosoli@ogs.trieste.it
L’IMPORTANZA DEL RADAR COSTIERO HF
I radar costieri a radio frequenza (onde corte) negli ultimi 20 anni si sono dimostrati gli strumenti più
adatti alla misura in tempo reale della corrente marina superficiale su ampie aree.
La conoscenza della circolazione superficiale (fino a profondità di 1 – 2 m) è di fondamentale utilità per
il monitoraggio dell'ambiente costiero, sia negli aspetti di emergenza ambientale (oil spill) sia nella
previsione dell'evoluzione di lungo periodo (ad es. trasporto costiero di sedimenti), ed è ormai un
requisito indispensabile per intraprendere corrette strategie di gestione del patrimonio ambientale.
Conoscere la velocità e la direzione delle correnti nel regolare ritmo delle maree, ma soprattutto in
presenza di eventi meteorologici particolari, consente di esercitare un maggiore controllo e quindi di
intervenire con maggiore efficacia nelle situazioni di emergenza, in seguito ad esempio agli incidenti di
navigazione che possono coinvolgere le navi in transito.
L’ampio spettro di problemi sociali ed ambientali dipendenti dalla situazione delle coste (inquinamento
costiero, erosione delle spiagge, trasporto di sedimenti) richiede perciò di migliorare la capacità di
monitoraggio dei processi costieri e di sviluppare modelli in grado di predirne le evoluzioni.
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Come funziona un “Radar” HF
Segnali Radio (3-30 MHz) vengono trasmessi in direzione del mare e
riflessi dalle onde marine.
Lo Spettro Doppler viene analizzato per ricavare le mappe di corrente
superficiale e onde
Risonanza di Bragg:
interferenza costruttiva tra segnale trasmesso / segnale
riflesso dalla superficie marina
Condizione di risonanza λ SEA = λ RADAR / 2
Come funziona un “Radar” HF
Onde trasportate
dalla
corrente verso il
Radar
Eco marino
in assenza
di corrente
Energia
dell’eco
eco
Onde in
allontanamento
Segnale
trasmesso
Onde in
avvicinamento
Frequen
za
Eco marino
in presenza
di corrente
• Spettro Doppler: Picchi di Bragg in assenza di corrente marina --
posizioni fisse e note da relazioni di dispersione
• Spettro Doppler: Picchi di Bragg spostati a destra da correnti in
avanzamento (shift della frequenza)
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16/04/2012
Sistemi HF: come sono fatti
CODAR SeaSonde 4 MHz - Bodega Bay (California)
Sistemi HF: come sono fatti
Trasmettitore
Ricevitore
CODAR SeaSonde 4 MHz - Bodega Bay (California)
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16/04/2012
Sistemi HF: come sono fatti
CODAR SeaSonde 12MHz
Naval PostGraduate School, Monterey (Ca), Point Sur
Sistemi HF: come sono fatti
CODAR SeaSonde 12MHz
Naval PostGraduate School, Monterey (Ca), Point Sur
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16/04/2012
Sistemi HF: come sono fatti
Sistema Radar VHF “PortMap”
James Cook University, Townsville (AU), impiegato al Faro Nord “Pagoda”, Bocca di Porto di Lido.
Ottobre-Novembre 2005.
Sistemi HF: come sono fatti
Sistema Radar VHF “PortMap”
James Cook University, Townsville (AU), impiegato al Faro Sud “Lido”, Bocca di Porto di Lido. Ottobre-
Novembre 2005.
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16/04/2012
Sistemi HF: come sono fatti
~4 m
~50m
Sistema Radar HF “WERA” di tipo “Phased Array”, impiegato a Po di Goro (Ra) nel Progetto
“DOLCEVITA”
(OGS-ONR-NPS)
Sistemi HF: come sono fatti
Sistema Radar HF “WERA” di tipo “Phased Array”, impiegato a Po di Goro (Ra) nel Progetto
“DOLCEVITA”
(OGS-ONR-NPS)
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Sistemi HF: come sono fatti
Modulo Trasmettitore
Modulo Ricevitore
Laptop
Antenna TX-RX
CODAR SeaSonde 25 MHz
TX-RX combinato: prototipo sviluppato
per CNR ISDGM
Impiegato sulla Piattaforma
Oceanografica “Acqua Alta”
Caratteristiche dei sistemi
Frequenza
Trasmissione
(MHz)
Lunghezza
d’onda
Radar
(m)
Lunghezza
d’onda
in mare (m)
Periodo dell’
onda in mare
(s)
Profondita’
di misura 1
(m)
Distanza
massima 2
(km)
Risoluzione
spaziale 3
(km)
Altezza d’
onda
massima 4
(m)
5
60
30
4.5
2
180-200
6-12
25
12
25
12.5
2.5
1-1.5
75-90
1.5-5
13
25
12.5
6
2
.5-1
35-50
1-3
7
48
6
3
1.5

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RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
1995 – 1997 PRISMA –II project
Ancona – Italia centrale
2001 – 2006 CUMVELA – Venice Lagoon
2002 – 2004 DOLCEVITA project
2007 – 2010 NASCUM project
1 st effective identification and backtracking-forward oil-spill detection
2010 freshwater test (Garda Lake)
2011 – 2013 TOSCA project
2011 – CALIPSO project
Lido
Punta
Sabbioni
Pellestrina
Piattaforma
ocenografica
Monitoraggio Area Costiera Veneziana
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Trasmettitore (Tx)
Ricevitore (Rx)
22 km
22
km
Ricevitore (Rx)
Trasmettitore (Tx)
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28 km
Antenna TX-RX
Antenna Radar
Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato
Rt Zub (Punta Dente), Porecka Rivera, Croazia
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16/04/2012
Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato
Savudrija, Croazia
Sistema RADAR di tipo CODAR 25MHz TX-RX combinato
Bibione – P.ta Tagliamento
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16/04/2012
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
2007 – 2010 NASCUM
Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward
oil-spill detection
Tracciati AIS – Nord Adriatico
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16/04/2012
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
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RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
Backtracking - animazione
Backward (Hindcast) modeling & Foreward Simulations basati sui dati radar
HF e sul database VTS aumenta la possibilita’ di identificare i responsabili!
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
2007 – 2010 NASCUM
Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward
oil-spill detection
…..da un punto di vista della ricerca, questo e’ stato il primo caso di utilizzo di
correnti da sistemi HF per simulazioni di tipo “progressive & hind-cast” di un oil
spill.
E’ dimostrato che l’utilizzo di dati di corrente da sistemi HF hanno permesso una
“progressive simulation” molto precisa. Lo stesso nel caso di backtracking, finche’
l’olio si trova alla superficie del mare.
Da un punto di vista del training e’ un buon esempio da usare come scenario per
ottimizzare le strategie di risposta agli eventi disastrosi.
Questo esempio sottolinea l’importanza di un monitoraggio continuo, in tempo reale
e a lungo termine -come anche richiesto da CleanSeaNet (European Maritime
Safety Agency)
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Conclusioni
• Il radar costiero garantisce misure accurate e precise delle correnti
superficiali:
– In modo automatico e non invasivo
– In qualsiasi condizione atmosferica ed in tempo reale
– In aree estese centinaia di km2
• Il radar costiero:
– Ha dimensioni contenute e limitati consumi
– Non e’ pericoloso per la salute umana
• Il radar costiero fornisce informazioni essenziali:
– Per lo studio della circolazione superficiale
– Per il monitoraggio delle aree costiere
– Per la sicurezza in mare: sversamenti accidentali di olii, naufragi o incidenti
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16/04/2012
RADAR COSTIERO HF: l’esperienza maturata
2007 – 2010 NASCUM
Primo esperimento di Identificazione e backtracking-forward
oil-spill detection
…..from the research aspect of this case, it is important to note that this was the first
time HF radar currents data were used for progressive and hind-cast simulation of
an oil spill.
It was proven that HF currents data used here enabled a very precise progressive
simulation. The same is expected to be the case for backtracking, but this is only
possible when floating oil is close to the surface.
From the training aspect this is again a good example which may be used as a scenario
for improving crisis management response of stakeholders.
A case like this underscores the importance of long term monitoring systems in the
CleanSeaNet service run by the European Maritime Safety Agency
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