Considerazioni sugli effetti direzionali in aree urbane

Le variazioni di temperatura radiante rilevata da remote sensing dovute all‟angolo di ripresa dipendono dalla struttura tridimensionale della temperatura all'interno dell‟urban canopy, insieme con le proprietà direzionali dei materiali presenti in superficie. Vi sono due principali fattori che contribuiscono a tali variazioni: il primo riguarda la presenza del Sole e degli elementi in ombra all'interno della copertura urbana, e all‟interno di esso la configurazione di visualizzazione e la posizione del Sole, il secondo fattore è legato alla maggior dispersione che si verifica all'interno dell‟ambiente urbano (denominato “effetto cavità” o canyoning urbano). La misura della temperatura di superficie è pertanto soggetta a diverse fonti di errore, e nel caso di superfici ruvide sono soggette a variazioni angolari che sorgono a causa del sottocampionamento tridimensionale (Voogt e Oke, 1997). Di conseguenza, le condizioni geometriche di acquisizione possono variare drasticamente per il luogo e la data. Gli effetti angolari devono quindi essere rimossi, da quei dati considerati affidabili, se si vogliono valutare le variazioni spaziali o temporali delle temperature superficiali.

Li, nel 1999, ha proposto un modello concettuale per l'emissività direzionale di superfici non isoterme. Egli propone di combinare all‟emissività gli effetti della geometria ottica (di aree soleggiate ed in ombra a differenti temperature viste dal sensore) e di multiple scattering1. In questo modo tutta la dipendenza angolare è condensata all‟interno dell‟emissività ed il recupero della temperatura superficiale non mostrerà più distorsioni dovute all‟angolo di ripresa.

Lagouarde (2004) suggerisce un approccio alternativo che consiste nel considerare arbitrariamente l'emissività come lambertiana con valori grossolani ed uniformi, concentrando tutti gli effetti direzionali nella temperatura superficiale, attribuendo all‟emissività le sole variazioni di dispersione relative al multiple scattering.

1 _{Lo scattering, o diffusione, si ha quando un‟onda elettromagnetica di opportuna lunghezza} colpisce una particella sospesa in un fluido; a causa dell‟impatto una parte dell‟energia incidente viene diffusa e quindi ridistribuita in altre direzioni. Il problema di fondo della diffusione è la conoscenza della probabilità di ridistribuzione del flusso radiante nello spazio, sulla base di meccanismi che possono essere singoli, coinvolgendo cioè una singola particella, o multipli, attraverso una serie di interazioni a catena che coinvolge più particelle, in un percorso di tipo conservativo, per cui risulta essere minimale la frazione di energia assorbita e una parte va comunque a ricongiungersi o continua la sua trasmissione secondo la direzione originale di propagazione (Brivio et al., 2006).

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La configurazione di veduta di un satellite su di una specifica area di studio, ad ogni data permette di determinare la differenza tra la temperatura di off-nadir e nadir. La differenza può quindi essere aggiunta alla temperatura atmosferica corretta per derivare il valore di temperatura che vi sarebbe stata al nadir. Tuttavia, una correzione accurata necessiterebbe la conoscenza continua delle variazioni angolari, il ché attualmente non è disponibile. Alcune indicazioni operative sono fornite da Lagouarde (2004): in pratica, per correggere questo effetto in un progetto che abbia come obiettivo la rilevazione dell‟isola di calore urbano, si devono adottare angoli di visualizzazione compreso tra 0 ° a 30 °, in ogni caso comunque non superiori a 40 °, oppure si deve tenere in considerazione tutti gli angoli utilizzati per le riprese, senza eccezioni.

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Telerilevamento termico dell’ambiente urbano

A partire dal primo dopoguerra ad oggi il mondo ha assistito ad un consistente aumento della popolazione, e come conseguenza, l’urbanizzazione ed il suo impatto sul paesaggio è diventata una delle maggiori cause di alterazione del territorio, provocata dall’uomo. L’espansione delle città, sia per numero di abitanti che per vastità areale, sembra ad oggi essere un processo inarrestabile: si prevede infatti che nel 2030 la popolazione mondiale raggiungerà i 5 miliardi di individui (UNIS, 2004) e che più del 61% di questi risiederà all’interno di zone urbane.

Si deve considerare inoltre che l’ambiente urbano è un ambiente molto complesso, costituito da una miscela di materiali e di coperture diverse, che concorrono a caratterizzare differenze morfologiche, geografiche, culturali, e climatologiche anche molto rilevanti da città a città. Tuttavia, è possibile riscontrare, nella maggior parte delle città, una comune struttura interna (pavimenti, tetti, strade ecc..).

Perciò, nonostante la complessità del tessuto urbano trascenda i processi biofisici che alterano la conformazione del paesaggio, è possibile studiare l’ambiente antropizzato dal punto di vista degli ecosistemi, cioè nelle interconnessioni dei singoli sistemi che si uniscono a formare l’intero ambiente urbano.

Il telerilevamento satellitare, grazie alle sue capacità di rilievo a scale differenti (spaziali, temporali, spettrali e radiometriche), offre una capacità unica di creare conoscenze quantitative sulle caratteristiche dell’ecosistema urbano ed il suo funzionamento. In particolare, la possibilità di osservare dati multispettrali consente di comprendere meglio gli aspetti legati agli scambi energetici locali e globali.

Il telerilevamento termico ha dimostrato di essere un’ottima risorsa per identificare le trasmissioni di energia termica che stanno modificando l’intero

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ecosistema urbano. Purtroppo, come accennato nel capitolo precedente, l’estrema eterogeneità del tessuto urbano complica non poco la raccolta e l’interpretazione di dati sinottici che hanno lo scopo di evidenziare l’influenza delle varie componenti sul bilancio e sul flusso energetico dell’area indagata. Ciononostante, i dati ottenuti da satellite o da piattaforma aerea possono essere efficacemente utilizzati in analisi multiscala dell’ambiente urbano (si veda per esempio i risultati ottenuti da Weng & Quattrochi, 2007). Le informazioni quantitative ottenute mediante telerilevamento termico sono quindi importanti per poter modellare e comprendere come le componenti del paesaggio urbano influenzino le dinamiche della radiazione termica, espresse dalle differenti coperture e tipologie di superfici impiegate su tutto l’ambiente urbano.

Un esempio applicativo dell’importanza del Thermal Remote Sensing per l’analisi multiscala del tessuto urbano, per quanto riguarda la scala di città, è lo studio dell’isola di calore urbano.

3.1 Isola di calore urbano