Migliorare il monitoraggio degli ecosistemi con l’intelligenza artificiale
L’Artico perde 74.000 chilometri quadrati di ghiaccio marino estivo ogni anno, con un calo di quasi il 13% ogni decennio . Con il continuo declino del ghiaccio marino artico, la regione diventa più accessibile per attività marittime come la navigazione e la pesca, che generano rischi come la pesca eccessiva e i danni ambientali derivanti dall’estrazione delle risorse. Monitorare queste minacce è sempre più difficile, poiché le condizioni meteorologiche estreme dell’Artico, le condizioni del mare in rapida evoluzione e lo scioglimento dei ghiacci marini creano rischi per la sicurezza e ostacoli logistici per i ricercatori in loco.
Per affrontare queste sfide, il progetto ARCOS ha esaminato diverse modalità per migliorare il monitoraggio della regione. Nell’ambito del progetto, i ricercatori hanno creato un sistema di monitoraggio che combina i dati di EO dei satelliti Copernicus Sentinel con misurazioni in situ, analisi di esperti e tecniche avanzate di intelligenza artificiale. L’obiettivo finale era migliorare la consapevolezza situazionale dell’UE sui parametri ambientali vitali dell’Artico. Il sistema risultante migliora il monitoraggio delle tendenze artiche, come i cambiamenti nel traffico navale, nell’attività industriale e nelle condizioni del ghiaccio, fornendo allerte tempestive sui rischi ambientali e per la sicurezza.
Oltre all’Artico, altri habitat importanti sono minacciati su più fronti. In Europa, l’espansione urbana incontrollata, l’agricoltura non sostenibile e l’inquinamento mettono a rischio gli ecosistemi . Nel frattempo, il Sud America ha perso circa 20.000 chilometri quadrati di foresta tropicale matura nel 2023 , un’area grande quanto la Slovenia.
I dati EO possono svolgere un ruolo importante nella comprensione e nel monitoraggio di tali cambiamenti nell’ambiente terrestre e nell’uso del suolo. Il progetto RapidAI4EO ha compiuto un ulteriore passo avanti, combinando il telerilevamento con i progressi dell’intelligenza artificiale per migliorare il monitoraggio dell’uso e della copertura del suolo in tutto il mondo.
Affinché i modelli di intelligenza artificiale rilevino efficacemente i cambiamenti nella copertura del suolo, devono essere addestrati utilizzando sequenze di immagini satellitari ad alta frequenza temporale e dati multisensore. Riconoscendo la mancanza di set di dati esistenti che soddisfino questi requisiti, il consorzio RapidAI4EO ha sviluppato il corpus RapidAI4EO, un set di dati di addestramento contenente immagini satellitari di circa mezzo milione di località distribuite in tutta Europa.
I dati utilizzati per creare questo corpus provengono dalla missione satellitare Sentinel-2 e da Planet Fusion, un prodotto commerciale di dati satellitari ad alta risoluzione. Il set di dati del corpus RapidAI4EO è disponibile gratuitamente per il download da chiunque sia interessato. Originariamente progettato per addestrare modelli di intelligenza artificiale per la classificazione dell’uso e della copertura del suolo, supporta una vasta gamma di applicazioni di ricerca, tra cui il rilevamento dei cambiamenti e il monitoraggio ambientale.
Sfruttare le capacità del CMEMS per un migliore monitoraggio degli oceani
I nostri oceani svolgono un ruolo fondamentale nel sostenere la vita sulla Terra. Assorbono il 30% delle emissioni di carbonio e il 90% del calore in eccesso, fornendo al contempo il 17% delle proteine animali mondiali . Proteggerli è fondamentale per la vita marina e la sicurezza alimentare. Il Copernicus Marine Service (CMEMS) fornisce dati oceanici essenziali, che costituiscono la spina dorsale di molti modelli marini utilizzati per prevedere e monitorare processi e fenomeni fisici e biogeochimici come la proliferazione algale, le variazioni di temperatura e l’innalzamento del livello del mare. Tuttavia, questi modelli faticano a prevedere con precisione gli eventi dannosi.
Il progetto SEAMLESS si proponeva di migliorare le capacità del CMEMS sviluppando nuovi metodi per combinare dati satellitari (EO) e in situ, colmando le lacune esistenti nella capacità predittiva dei modelli. Utilizzando nuove tecniche di assimilazione dei dati per gestire l’incertezza del modello, il sistema prototipo collega meglio diversi processi e variabili simulati. Ciò contribuisce a collegare indicatori chiave dell’ecosistema, come la dinamica del plancton e il ciclo del carbonio, con altri processi importanti.
Armonizzare i dati per un migliore monitoraggio della qualità dell’acqua
Le risorse idriche europee sono sottoposte a gravi pressioni. Secondo l’Agenzia Europea dell’Ambiente (AEA), nel 2021 meno del 40% delle acque superficiali, come fiumi e laghi, era classificato come avente uno stato ecologico buono o elevato ai sensi della Direttiva Quadro sulle Acque .
I dati EO aiutano a monitorare oceani, mari, laghi e fiumi, che forniscono acqua potabile alle comunità. Tuttavia, gli scienziati incontrano difficoltà nella scelta del servizio Copernicus più adatto, poiché i dati sulla qualità dell’acqua sono resi disponibili da tre servizi: CMEMS, Copernicus Climate Change Service (C3S) e Copernicus Land Monitoring Service (CLMS).
È necessario armonizzare questi dati e CERTO , un altro progetto Horizon, si è posto proprio questo obiettivo. Il progetto ha sviluppato tecniche di elaborazione dati per produrre dati utilizzabili sulla qualità dell’acqua e li ha resi facilmente accessibili su una piattaforma dedicata di visualizzazione di dati sperimentali .
In un altro progetto chiamato WQeMS , i ricercatori hanno utilizzato i dati di Copernicus per creare un nuovo servizio di monitoraggio di emergenza della qualità dell’acqua. Il loro obiettivo era aiutare le aziende di servizi pubblici a monitorare da remoto i bacini idrici superficiali aperti. Per garantire la realizzazione di un servizio che soddisfacesse le esigenze degli utenti, il team ha collaborato a stretto contatto con le aziende di servizi idrici e le agenzie governative.
Il servizio WQeMS risultante è in grado di tracciare gli eventi di alluvione e inviare avvisi su minacce in rapida evoluzione, come fioriture algali dannose, afflussi di fango e fuoriuscite di petrolio. Utilizza dati aggiornati di frequente provenienti dalle missioni satellitari Sentinel-1 e Sentinel-2 ed è ora pienamente operativo in tutta Europa.
Allo stesso tempo, il progetto Water-ForCE si è concentrato sull’utilizzo dei dati di EO per migliorare il monitoraggio delle acque dolci. Il team ha valutato i servizi di Copernicus e proposto soluzioni per migliorare i prodotti relativi all’acqua, creando una tabella di marcia per il futuro miglioramento dei prodotti e dei servizi Copernicus. Le linee guida di Water-ForCE analizzano la componente idrica di Copernicus, suggeriscono soluzioni per migliorarla e offrono raccomandazioni per supportare al meglio responsabili politici, ricercatori, organizzazioni internazionali, autorità locali, industria e pubblico in generale.
Migliorare le previsioni sulla qualità dell’aria con nuovi set di dati
Come per l’acqua, la qualità dell’aria che respiriamo gioca un ruolo importante per la nostra salute e il nostro benessere. Questo ci porta al problema dell’inquinamento atmosferico, che tradizionalmente è stato valutato utilizzando dati raccolti a terra e modelli statistici. Questi dati, tuttavia, tendono ad essere difficili da valutare e convalidare in modo indipendente.
Progetti come SEEDS sfruttano i dati di Copernicus per migliorare la nostra capacità di monitorare e gestire la qualità dell’aria. Utilizzando l’avanzato strumento di monitoraggio troposferico (TROPOMI) a bordo del satellite Sentinel-5P, i ricercatori del progetto hanno introdotto nuovi set di dati satellitari sulle emissioni, migliorato le previsioni sulla qualità dell’aria e fornito una dimostrazione pratica.
Il team ha combinato dati provenienti da diverse fonti per produrre nuove stime degli inquinanti, tra cui ossido di azoto, ammoniaca e ozono, in tutta Europa. Hanno creato 18 diversi set di dati, disponibili a tutti gli utenti tramite un portale dati interattivo . Combinando modelli di superficie terrestre con dati atmosferici, il progetto ha migliorato la comprensione di come l’inquinamento influisce sugli ecosistemi e ha gettato le basi per il monitoraggio delle emissioni in tempo reale con futuri satelliti come Sentinel-4.
Creare strumenti per un futuro a basse emissioni di carbonio
Con l’accelerazione del cambiamento climatico, è più importante che mai che l’UE si impegni a mitigarne gli effetti. Ciò richiede di rafforzare la resilienza delle comunità, migliorare le previsioni climatiche e monitorare le emissioni. Attraverso diversi progetti Horizon 2020, i ricercatori hanno dimostrato che i dati di Copernicus possono aiutarci a raggiungere tutti questi obiettivi.
Con le città che ora ospitano oltre la metà della popolazione mondiale, renderle resilienti ai cambiamenti climatici è sempre più urgente. Il progetto Copernicus for Urban Resilience in Europe (CURE) si è posto l’obiettivo di affrontare questa questione. Gli scienziati del progetto volevano vedere come trasformare i dati di Copernicus EO in strumenti pratici da utilizzare da parte degli urbanisti per costruire la resilienza climatica. Elaborando dati provenienti da varie fonti Copernicus e di terze parti, il team ha creato 11 applicazioni di facile utilizzo .
Questi strumenti affrontano sfide come l’adattamento e la mitigazione dei cambiamenti climatici, la salute urbana e lo sviluppo economico. Testate in dieci città europee pilota, le app forniscono informazioni pratiche, come l’identificazione di hotspot per lo sviluppo di strategie di raffreddamento e il monitoraggio delle emissioni per informare i piani di riduzione dei gas serra.
CONFESS è un altro progetto Horizon 2020 per l’azione climatica che si propone di migliorare le previsioni climatiche con i dati dell’osservazione della Terra. L’aumento della frequenza e della gravità degli eventi meteorologici estremi è uno dei segnali più visibili del cambiamento climatico. Pertanto, un monitoraggio e una previsione climatica accurati non sono mai stati così cruciali. I ricercatori di CONFESS hanno creato un record pluridecennale di aerosol per supportare le future previsioni stagionali e le rianalisi atmosferiche.
Il team ha anche armonizzato i set di dati sull’uso del suolo, la copertura del suolo e la vegetazione, mostrando il loro ruolo chiave nelle tendenze e negli estremi della temperatura superficiale. Questi miglioramenti ora supportano servizi come il Copernicus Climate Change Service (C3S) nel fornire previsioni più accurate.
La riduzione delle emissioni è un elemento fondamentale della strategia dell’UE per la transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio. Per sostenere questo obiettivo, il progetto CoCO2 si è concentrato sullo sviluppo di un sistema per monitorare le emissioni di gas serra causate dall’uomo. Tra il 2021 e il 2023, il team ha sviluppato prototipi di sistemi per monitorare le emissioni di CO2 e CH4.
Ha creato una capacità di supporto al monitoraggio e alla verifica (MVS) nell’ambito di Copernicus, combinando dati satellitari, osservazioni in situ e modelli per monitorare le emissioni a livello globale, regionale e locale. Entro il 2023, CoCO2 ha consegnato gli elementi chiave del suo prototipo MVS, gettando le basi per un sistema pienamente operativo che, con i dati che saranno resi disponibili dalla prossima missione di espansione CO2M Sentinel, dovrebbe essere disponibile nel 2026.
Informazioni più dettagliate su questi progetti sono disponibili nel CORDIS Results Pack sull’evoluzione dei servizi Copernicus .
Fonte: Copernicus
Il team editoriale di Economia dello Spazio Magazine, il magazine di riferimento della Space Economy Made in Italy.
