L’acqua è la risorsa più importante per la vita sulla Terra. La sopravvivenza umana, la crescita economica e lo sviluppo delle comunità dipendono dall’accesso a risorse idriche sicure e pulite. L’acqua è tuttavia una risorsa sempre più vulnerabile, minacciata da cambiamenti climatici, pressioni antropiche e una gestione inefficace. Nell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite è incluso l’Obiettivo 6, interamente dedicato all’acqua, con l’intento di “garantire a tutti la disponibilità e la gestione sostenibile dell’acqua e delle strutture igienico-sanitarie”.

Grazie all’evoluzione tecnologica, il monitoraggio satellitare si è rivelato uno strumento prezioso per rilevare i cambiamenti nei livelli delle acque interne, come laghi e fiumi, e per assicurare una gestione sostenibile delle risorse, affrontando al contempo le sfide poste dal cambiamento climatico. Missioni come Swot (Surface water and ocean topography), lanciata nel 2022 dalla Nasa, rappresentano un punto di svolta per colmare le lacune dei dati raccolti in situ, soprattutto in aree remote.

La missione Swot ha due obiettivi principali: monitorare i livelli dei corpi idrici interni e creare mappe bidimensionali ad alta risoluzione della topografia degli oceani. Una delle principali innovazioni della missione è rappresentata dal Ka-Band Radar Interferometer (KaRIn), uno strumento che combina le tecniche del radar ad apertura sintetica (Sar) con l’interferometria. Il Sar è una tecnologia radar che permette di ottenere immagini tridimensionali ad alta risoluzione simulando una grande antenna radar. Quando il satellite si sposta lungo la sua orbita, il radar registra segnali riflessi dalla stessa area da angolazioni diverse, ricostruendo dettagli con una precisione superiore rispetto a un radar tradizionale. L’interferometria, invece, consente di aumentare la risoluzione sfruttando una caratteristica fondamentale dei segnali radar: la fase. Sul satellite Swot, il KaRIn utilizza due antenne montate su un braccio estensibile, che inviano e ricevono segnali radar. Questi segnali, riflessi dalla superficie terrestre, presentano una piccola differenza di fase dovuta alla diversa posizione delle antenne. Analizzando questa differenza, è possibile calcolare con estrema precisione la distanza e le variazioni di altezza della superficie.

Il nostro lavoro di tesi riguarda un’analisi preliminare delle potenzialità e delle sfide legate all’uso di questi dati satellitari per il monitoraggio delle risorse idriche interne. Per verificare l’affidabilità dei dati Swot, è stato effettuato un confronto con misurazioni in situ registrate da idrometri, considerate come dato di riferimento. Un idrometro è un dispositivo installato sulle rive di fiumi o laghi che rileva con precisione le variazioni giornaliere dell’altezza dell’acqua rispetto a un riferimento fisso.

Nella nostra analisi, il dato satellitare Swot è rappresentato da immagini con una struttura a griglia (raster), composte da pixel di 100x100 metri. Ogni pixel contiene un valore di altezza idrometrica, ossia il livello d’acqua al momento del passaggio del satellite, che avviene ogni 21 giorni. Per ogni passaggio, si ottiene un unico valore giornaliero utilizzando la mediana dei valori dei pixel osservati. Questo dato è stato poi confrontato con la media giornaliera registrata dagli idrometri, permettendo di valutare l’accuratezza delle misurazioni satellitari. L’analisi è stata condotta su quattro laghi situati in Italia e Svizzera: Lago di Garda, Lago Maggiore, Lago di Ginevra e Lago di Costanza.

L’analisi ha mostrato una buona corrispondenza tra dati Swot e misurazioni idrometriche. La correlazione tra i due set di dati risulta del 92%, secondo il coefficiente di Pearson che quantifica la correlazione lineare tra due variabili. Si osserva però una differenza media di 42 cm tra livello d’acqua misurato dall’idrometro e livello registrato dal satellite. Questa discrepanza può essere attribuita a due fattori principali: una differenza nel sistema di riferimento e una diversa risoluzione temporale tra i due dataset.

Per quanto riguarda il sistema di riferimento, i livelli idrometrici sono stati convertiti allo stesso riferimento geodetico, ovvero rispetto a un medesimo zero. Tuttavia, mentre il riferimento geodetico di Swot è esplicitamente definito, per i dati idrometrici è stato necessario effettuare un’assunzione basata sulla regolamentazione nazionale relativa al geoide locale. Questa incertezza potrebbe aver contribuito al bias residuo osservato. Per quanto riguarda invece la risoluzione temporale, il dato idrometrico rappresenta una media giornaliera, mentre Swot fornisce un valore istantaneo, mediato spazialmente (utilizzando la mediana per gestire eventuali outlier). Sebbene questa differenza possa introdurre variazioni, non è sufficiente a spiegare discrepanze dell’ordine di decine di centimetri, dato che oscillazioni di tale entità sono raramente osservabili nell’arco di una giornata.

Nonostante queste problematiche, che in futuri studi potranno essere approfondite e risolte, ad esempio includendo un numero maggiore di laghi per ampliare il campione analizzato, la forte correlazione tra i due dataset conferma la potenzialità del dato Swot come strumento efficace per il monitoraggio delle risorse idriche.

L’importanza di questo risultato è legata al ruolo del monitoraggio satellitare nel contesto attuale, in cui la gestione sostenibile delle risorse idriche è necessaria per prevedere e mitigare gli effetti futuri dei cambiamenti climatici. Le misurazioni idrometriche in situ, sebbene precise, sono limitate a un numero ridotto di laghi, soprattutto quelli situati in aree densamente popolate, mentre risultano scarsamente disponibili nelle aree remote del pianeta. Inoltre, la reperibilità di questi dati è spesso ostacolata da questioni di privacy e difficoltà di accesso. Per questo motivo, è indispensabile creare dataset globali completi e accessibili attraverso la tecnologia satellitare che grazie ad una copertura globale contribuisce alla creazione di un sistema di monitoraggio integrato e inclusivo.

Nella sezione “approfondimenti” offriamo ai lettori analisi di esperti su argomenti specifici, spunti di riflessione, testimonianze, racconti di nuove iniziative inerenti agli Obiettivi di sviluppo sostenibile. Gli articoli riflettono le opinioni degli autori e non impegnano l’Alleanza. Per proporre articoli scrivere a redazioneweb@asvis.it. I testi, tra le 4mila e le 10mila battute circa più grafici e tabelle (salvo eccezioni concordate preventivamente), devono essere inediti.