Il radar ad alta frequenza (HF), installato a Monterosso, ha permesso di ottenere dati sulle correnti costiere superficiali relative alla porzione di mare antistante la costa delle Cinque Terre sottoforma di mappe di corrente. Queste mappe sono costituite da un insieme di vettori da cui è possibile ottenere informazioni sulla direzione principale e sull’intensità della corrente. Per tutte le giornate d’avvistamento, condotte con esito positivo, sono state quindi scaricate le mappe di corrente relative alla/e fascia/e oraria/e in cui i tursiopi erano presenti nell’area. Delle 21 mappe ottenute sono state considerate solamente quelle che presentavano una corrente medio-alta (intensità compresa fra 0.35 e 0.6 m/s): giornata del 29 Giugno (Fig. 3.4) dalle ore 09:00 alle ore 10:00, giornata del 27 Luglio dalle ore 09:00 alle ore 10:00 (Fig. 3.5) e dalle ore 10:00 alle ore 11:00 (Fig. 3.6). Si è deciso di procedere in questo modo per indagare l’eventuale esistenza di un’influenza da parte di correnti intense sul comportamento dei tursiopi, soprattutto per quanto riguarda la direzione di movimento. Le altre giornate di avvistamento erano caratterizzate da correnti troppo deboli (intensità uguale o inferiore a 0.1 m/s) per poter ipotizzare un’influenza sul comportamento degli animali. L’analisi sulle correnti mostra un chiaro esempio di integrazione di dati raccolti da due diversi strumenti radar: le immagini raccolte dal radar in banda X hanno permesso di ricostruire il tracciato dei target sulle mappe di corrente ottenute con il radar HF evidenziando la direzione di spostamento degli animali rispetto a quella della corrente superficiale.
38 Fig. 3.4 mappa di corrente relativa alla giornata del 29-06 dalle 09:00 alle 10:00
39 Fig. 3.6 mappa di corrente relativa alla giornata del 27-07 dalle 10:00 alle 11:00
Per queste due giornate ho ricreato sulle mappe satellitari di Google Earth, utilizzando le immagini raccolte dal radar in banda X, il tracciato dei target identificati ricavando il radar-scale (ampiezza del raggio radar utilizzata in quella data giornata) e calcolando, attraverso apposite formule IDL, l’esatta posizione del target nel tempo. Da ciò è emerso che per entrambe le giornate i tursiopi si muovevano in direzione opposta rispetto ai vettori corrente come mostrato nelle figure 3.7, 3.8 e 3.9. Aspetto importante è che questo comportamento non è stato esibito solo dai target registrarti dal radar, ma da tutti gli individui avvistati in quelle giornate, il cui comportamento è stato seguito da terra con l’ausilio del binocolo. Nello specifico nelle due giornate considerate sono stati avvistati complessivamente 25 tursiopi che si spostavano tutti nella stessa direzione.
40 Fig. 3.7 mappa di corrente del 29-06 con dettaglio del tracciato dei target TT4 e TT5 che si spostano in direzione
esattamente opposta ai vettori corrente
Fig. 3.8 mappa di corrente del 27-07 ore 09:00-10:00 con dettaglio del tracciato dei target TT2 e TT3 che si spostano in direzione esattamente opposta ai vettori corrente
41 Fig. 3.9 mappa di corrente del 27-07 ore 10:00-11:00 con dettaglio del tracciato dei target TT1 e TT8 che si
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4 Discussione
4.1 Attività di avvistamento
L’attività di avvistamento, condotta nei sei mesi di tirocinio, ha portato all’avvistamento di circa 70 tursiopi (adulti e giovani) nella porzione di mare antistante la costa di Corniglia e Vernazza confermando la presenza della specie Tursiops truncatus a livello dell’Area Marina Protetta delle Cinque Terre, a ulteriore supporto dei numerosi dati raccolti negli anni dall’Acquario di Genova e dal Centro CE.TU.S di Viareggio durante campagne di monitoraggio. Per tutto il periodo di attività sul campo i delfini sono stati avvistati ad una distanza approssimativa dalla costa normalmente compresa fra gli 800 m e 1,5 km, confermando le abitudini prevalentemente costiere di questa specie nel Mar Mediterraneo (Notarbartolo di Sciara & Demma, 2004). Solo in due occasioni, durante i mesi estivi, gli animali si sono spinti molto vicino a costa ad una distanza di circa 250/300 m, permettendo di osservarli ad occhio nudo. Questo comportamento è tipico del tursiope che è spesso stato osservato durante il periodo estivo in acque con batimetria inferiore ai 15 m (Würsig & Würsig, 1977; Würsig B., 1978; Irvine et al. 1981; Kenney, 1990). Altro aspetto che è emerso dall’attività di avvistamento riguarda le dimensioni dei gruppi. In media i gruppi avvistati erano costituiti da 6 individui, in linea con diversi studi che avevano evidenziato che i tursiopi che si trovano molto vicini a costa formano gruppi generalmente costituiti da un numero di individui compreso fra 2 e 15 o comunque da un numero di individui minore rispetto ai gruppi che questa specie forma più al largo (Shane, 1977; Wells et al., 1980; Leatherwood & Reeves, 1982; Shane et al., 1986). Oltre ad essere gruppi piccoli, questi erano spesso frammentati e in diverse occasioni sono stati osservati individui isolati. L’attività sul campo è stata condotta alla mattina fra le 08:00 e le 14:00. Non si può però escludere la presenza di individui nell’area anche nelle altre fasce orarie pomeriggio, sera e notte. Questa tecnica di monitoraggio potrebbe essere infatti impiegata per il rilevamento dei cetacei in assenza di visibilità (buio, foschia, ecc..) data l’indipendenza del radar dalla luce.
Gli avvistamenti effettuati in prima mattinata sembrano concordare con lo studio condotto da Shane nel 1977 dove si era evidenziata la tendenza di questi piccoli gruppi o individui solitari ad avvicinarsi molto a costa alla mattina presto o nel tardo pomeriggio per cacciare. La distanza del sito da cui è stata condotta l’osservazione non ha permesso di determinare con esattezza il comportamento esibito dai target e quindi definire quale fosse la motivazione che spingesse i delfini ad essere maggiormente presenti sotto costa in quella determinata fascia oraria. Essendo una zona molto turistica, una possibile spiegazione potrebbe essere l’elevato traffico navale che interessa l’area: i cetacei tenderebbero a transitare/cacciare nell’area alla mattina presto per ridurre il disturbo prodotto dalle numerose imbarcazioni in circolazione anche se in diverse occasioni gli animali sono stati osservati molto vicino a imbarcazioni sia a vela sia a motore come mostrato nelle figure 4.1 e 4.2. Il traffico navale non sembrerebbe quindi infastidire più di tanto gli animali. Tuttavia è necessario considerare il comportamento tipicamente opportunista del tursiope, che lo porta a ricercare e seguire il cibo anche in aree fortemente antropizzate e disturbate.
43 Fig. 4.1 tursiope a lato della prua di una barca a vela
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4.2 Radar in banda X
Il radar in banda X si è rivelato uno strumento estremamente valido ed efficace per il monitoraggio e la raccolta dati (presenza/assenza, comportamento, tempi di respirazione, ecc..) sul tursiope. Nonostante i limiti che lo strumento presenta (condizioni meteo/marine ottimali e distanza tra i target superiore ai 6 m per la corretta identificazione del cetaceo) i risultati ottenuti, seppur preliminari, sono soddisfacenti. Già l’osservazione delle immagini radar mostra chiare differenze fra un target cetaceo e un bersaglio comune come un’imbarcazione o un ostacolo fisso: il target cetaceo che compie ripetute alternanze di apnee per la respirazione viene identificato dal radar come una nuvola di punti (meno intensa di un’imbarcazione dato che la superficie organica ha una capacità riflettente minore) e che compare, nei momenti in cui l‘animale emerge dall’acqua, e scompare, nella fasi di immersione. La nuvola di punti che identifica invece un’imbarcazione si presenta come molto più intensa (perché dotata di capacità riflettente maggiore) e risulta essere sempre presente durante la sequenza di immagini radar. Per identificare correttamente il target cetaceo è stata analizzata un’area di circa 1,2/1,3 nm da costa, inferiore all’area complessiva che può essere spazzata dal radar (2,5 nm) per ottenere il massimo della risoluzione nelle immagini acquisite. Infatti a distanza superiore ad 1,3 miglia nautiche non è più possibile distinguere correttamente un target di piccole dimensioni. L’analisi delle tracce lasciate dai tursiopi e da diversi bersagli standard ha reso ancora più evidente la capacità dello strumento radar di riconoscere il target cetaceo. La traccia lasciata da un delfino è infatti caratterizzata da un alternanza di picchi e valori prossimi allo zero a testimonianza dell’alternanza di fasi di emersione ed immersione; la traccia lasciata invece da un altro bersaglio risulta essere molto più lineare con lievi oscillazioni legate a semplici fluttuazioni del radar. Vista l’incapacità del radar di percepire come separati due bersagli posti a distanza inferiore a 6 m non è da escludere che alcuni target cetaceo rappresentino due delfini che nuotavano affiancati.
Per tutti i bersagli di cui sono state estratte le tracce sono poi stati calcolati i valori di deviazione standard dell’intensità del segnale riflesso e la frequenza dei picchi ed entrambe queste misure hanno confermato nuovamente la differenza fra le due diverse categorie di bersagli:
I valori di deviazione standard ottenuti per i tursiopi sono circa più del doppio di quelli ottenuti per gli altri bersagli (es: dev. St. TT1= 8859.15; dev. St. B5= 2349.22 l.q.) a sostegno della maggiore oscillazione della traccia dovuta al classico movimento degli animali.
Le frequenze ottenute per i tursiopi sono molto piccole (es: TT6= 0.08 Hz), ad indicare una limitata produzione di picchi in un secondo, dato che il bersaglio compare e scompare dall’immagine radar, mentre i valori delle frequenze ottenute per gli altri bersagli sono molto più elevati (es: B3= 0.41 Hz), ad indicare una maggiore produzione di picchi dovuta alla costante presenza di questa tipologia di target nell’immagine radar.
45 Un aspetto molto interessante riguarda invece i tempi di respirazione. Sapendo che l’intervallo che intercorre fra la registrazione di due immagini consecutive da parte del radar è di circa 2,41” è stato possibile estrapolare dalle tracce anche alcune informazioni riguardo ai tempi di respirazione dei delfini. Quello che è emerso è che i tempi con cui gli animali compiono emersioni per respirare varia fra i due e i quindici secondi in accordo con i dati ottenuti da numerosi autori (Schreer & Kovacs, 1997; Klatsky et al., 2007; Ponganis, 2011). I risultati relativi ai tempi di respirazione si sono però rivelati inadatti per ottenere informazioni sul comportamento esibito dai target perché estremamente simili fra loro.
Nonostante si sia verificata l’efficacia di questo strumento per la ricerca sui mammiferi marini sono state riscontrate alcune problematiche. Sebbene infatti, si sia evidenziato molto bene il comportamento di alternanza delle apnee e si siano ottenuti dati sui tempi di respirazione degli animali, la limitata quantità di rilevamenti non ci ha permesso di identificare altri comportamenti, come ad esempio caccia e riproduzione, eseguiti dai delfini. L’estrazione del valore massimo, il calcolo della frequenza dei picchi e della deviazione standard, e gli stessi tempi di respirazione sono tutte informazioni utili ma, non sufficienti a determinare il comportamento del target: permettono solamente di distinguerlo in maniera sicura da altri bersagli. Per ottenere informazioni precise sul comportamento dell’animale è necessario verificare ad esempio la presenza di pesci (caccia), posizioni rispetto agli altri individui/salti (accoppiamento). Questo dato è imprescindibile da un accesso visivo ravvicinato agli animali, possibile da una imbarcazione o dalla vicinanza estrema alla costa (evento raro), ed in ogni caso dalla presenza di un operatore sul posto. Inoltre la presenza di un operatore sul posto è necessaria per raccogliere riferimenti spaziali e temporali indispensabili per validare il dato registrato dal radar. Tuttavia, nonostante in questa tesi si sia utilizzato un approccio manuale, questa attività preliminare ha consentito di mettere le basi per lo sviluppo di una tecnica completamente automatica per l’individuazione ed il tracciamento dei cetacei.
4.3 Radar HF
I risultati ottenuti incrociando le mappe di corrente con il tracciato dei target sembrano identificare l’influenza da parte di correnti di marea intense sulla direzione di spostamento dei delfini. Per tutte le giornate di avvistamento, dove le correnti costiere superficiali avevano intensità medio-alta, in grado quindi di produrre un effetto, è stato visto che i tursiopi si spostavano in direzione opposta a quella dei vettori corrente. Il fatto che a muoversi contro corrente non fossero solo i target registrati dal radar ma tutti gli individui (isolati o meno) avvistati supporta ciò che era stato osservato dal gruppo di ricerca di Irvine nel 1981 e cioè che i gruppi costieri di tursiopi, estremamente dinamici perché costituiti da elementi per lo più isolati che interagiscono fra loro solo occasionalmente, tendono comunque a spostarsi sempre tutti nella stessa direzione.
Oltre a ciò, negli anni, diversi studiosi avevano ipotizzato effetti diretti da parte di correnti di marea intense sul movimento e sulle attività svolte dai cetacei sotto costa (Norris & Prescott, 1961; Irvine & Wells, 1972; Würsig & Würsig, 1979; Hussenot, 1980; Irvine et
46 al., 1981; Hanson & Defrag, 1993; Harzen, 1998; Shane, 1977,1980). Vari studi condotti in diverse parti del mondo hanno dimostrato che in presenza di correnti tidali intense i tursiopi tendono a spostarsi prevalentemente contro corrente (Norris & Prescott, 1961; Hussenot, 1980; Shane, 1977,1980; Irvine et al., 1981). Come specificato dalla letteratura, spesso, un comportamento di questo tipo potrebbe essere legato all’alimentazione: i tursiopi si avvicinano a costa e si muovono contro corrente perché seguono le migrazioni giornaliere di alcune prede. Nonostante le condizioni oceanografiche del Mediterraneo non siano comparabili con questi studi non è da escludere che i tursiopi utilizzino le correnti costiere superficiali per la caccia, traendone un qualche vantaggio. Per poter testare questa ipotesi sono però necessari ulteriori studi in quanto i dati in nostro possesso sono troppo esigui.
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5 Conclusione
Questo lavoro di tesi ha confermato la presenza di tursiopi all’interno dell’area marina delle Cinque Terre sottolineando ancora di più le abitudini costiere di questa specie. Ha, inoltre, evidenziato l’efficacia e la validità dello strumento radar in banda X nel campo della ricerca sui mammiferi marini. L’elevata sensibilità e definizione dell’apparecchiatura hanno infatti permesso di rilevare il passaggio di diversi tursiopi nell’area di studio, e la successiva analisi delle tracce ha mostrato come effettivamente il radar sia in grado, grazie all’ausilio di algoritmi ad hoc sviluppati durante questo elaborato di tesi, di distinguere il target cetaceo da altri bersagli comuni essendo in grado di registrare con buona precisione l’alternanza delle fasi di emersione/immersione tipiche del comportamento del delfino. I risultati ottenuti nei 6 mesi di lavoro sebbene rappresentino solo un’analisi preliminare del problema hanno dimostrato, attraverso un’analisi di validazione, la validità del progetto e soprattutto le potenzialità che questo dispositivo può offrire nell’ambito del monitoraggio dei cetacei e nella comprensione del loro comportamento. La scelta del sito delle Cinque Terre si è rivelata strategica grazie alla possibilità, unica nel suo genere in Italia, di poter usufruire contestualmente di un’altra tecnologia radar, nella banda HF, che integrata a quella nella banda X, ha consentito di analizzare altri aspetti del comportamento dei tursiopi legati alla corrente superficiale e che trovano riscontro nella letteratura scientifica. Anche in questo caso, sarà necessario uno studio più ampio che confermi i risultati, incoraggianti ma preliminari, già ottenuti.
Ad oggi, attività di ricerca di questo tipo si conoscono solo per il Nord Atlantico (Deprospo et al., 2004; McCann & Bell, 2017), l’Est Pacifico (Curry & Edwards, 1998). Questo lavoro di tesi, condotto con queste modalità, rappresenta la prima applicazione in Europa, ed in particolare in Toscana e Liguria, di un tale studio ed è servito a mettere le basi per l’implementazione di un algoritmo innovativo che possa permettere al radar di riconoscere ed individuare in modo completamente automatico la presenza di mammiferi marini nell’area spazzata dal radar senza l’ausilio di un operatore e che possa permettere di comprendere sempre in modo autonomo il comportamento del cetaceo. Le applicazioni di questa tecnica sembrano quindi essere molteplici soprattutto nell’ambito della protezione e della salvaguardia dei cetacei: la rilevazione tempestiva degli animali, l’installazione di strumenti di questo tipo su traghetti o grandi imbarcazioni permetterebbe di far deviare la rotta prevenendo il rischio di collisioni e riducendo il disturbo prodotto dal rumore del motore e di ottenere informazioni sulle altre specie di cetacei presenti nel Santuario Pelagos con lo scopo di evidenziare differenze sia a livello di tracce radar sia comportamentali.
Per raggiungere questo obiettivo, sarà necessario continuare il lavoro partendo dai risultati ottenuti ed estenderlo a periodi di tempo più lunghi con lo scopo di raccogliere una quantità di dati più elevata necessaria per affinare e migliorare l’analisi delle immagini e delle tracce radar, così da permettere l’estrapolazione di una maggiore quantità di informazioni di natura biologica indispensabili per poter creare un algoritmo di identificazione automatica non esclusivo per i piccoli cetacei, ma che permetta al radar di discriminare tra cetacei di piccole e grandi dimensioni.
48 APPENDICE I
In questa appendice è riportato il codice dei programmi scritti in linguaggio IDL ed utilizzati per l’analisi del dato radar.
Il programma “Leggi Dato” ha permesso di creare una matrice 1024x1024 all’interno della quale sono state caricate tutte le registrazioni radar di una specifica giornata di avvistamento.
LEGGI DATO:
pro LEGGI_DATO
;parametri di conf
path=['C:\Users\Matteo\Desktop\RADAR\dati delfini\27-09\917_929\']
npath=n_elements(path)
;dimesione dell'immagine radar
dimx=1024
dimy=1024
ap=uintarr(dimx,dimy)
for j=0,npath-1 do begin
;cerco i dati nella direc
imm=file_search(path(j)+'imm_*')
dimz=n_elements(imm) ;definiamo stack di imm im=uintarr(dimx,dimy,dimz) ;goto,jump
;apro e leggo immagini radar
for i=0,dimz-1 do begin
openr,1,imm(i) readu,1,ap close,1 im(*,*,i)=rotate(ap,7) endfor ;jump: ;restore,'C:\Users\Matteo\Desktop\RADAR\stack_j'
save,filename=strcompress('C:\Users\Matteo\Desktop\RADAR\stack_'+string(j
)+'.sav',/remove_all),im
endfor
stop
49 Il programma “Elabora Dato” ha permesso di identificare, in ogni matrice, i target
cetacei ed estrarre le tracce corrispondenti.
ELABORA DATO: pro Elaboradato restore,'C:\Users\Matteo\Desktop\RADAR\stack_0.sav' dimx=(size(im,/dimension))(0) dimy=(size(im,/dimension))(1) dimz=(size(im,/dimension))(2) ;visualizzo imm window,1,xs=dimx,ys=dimy
for i=0,dimz-1 do begin
tv,bytscl(congrid(im(*,*,i),dimx,dimy,1),5000,30000)
wait,.4
endfor
;estraggo sub matrici data 29_06 (TT=delfini, b=bersgli standard)
TT4_TT5=im(190-40:190+40,324-40:324+40,70:100)
TT4b_TT5b=im(149-100:149+100,429-100:429+100,156:200)
TT4c_TT5c=im(151-100:151+100,500-100:500+100,290:317)
b4=im(453-40:453+40,46-40:46+40,9:35)
;estraggo la traccia dei target data 29_06 (TT=delfini, b=bersagli standard)
upTT4_TT5=fltarr(31)
upb4=fltarr(27)
for i=0,30 do upTT4_TT5(i)=max(smooth(TT4_TT5(*,*,i),[2,2]))
for i=0,26 do upb4(i)=max(smooth(b4(*,*,i),[2,2]))
;elimino gli spyke dalla traccia dei tursiopi
for i=0,30 do begin if n_elements(where(TT4_TT5(*,*,i) gt 9000)) gt 22
then begin upTT4_TT5(i)=max(smooth(TT4_TT5(*,*,i),[5,5]))
;visualizzo su grafico la traccia dei target 29_06 (TT=delfini, b= bersagli standard)
plot,TT4_TT5
plot,upb4
;calcolo la stdev. per le tracce dei target 29_06 (TT=delfini, b=bersagli standard)
print,stdev(upTT4_TT5) print,stdev(upb4)
;visualizzo la sub matrice window,2,xs=200,ys=200
for i=0,dimz-1 do begin
tv,bytscl(congrid(ss(*,*,i),200,200,1),1000,22000)& wait,.4
endfor end
Nota: per le giornate successive il procedimento utilizzato è stato il medesimo; le uniche cose che cambiano sono lo “stack_0” su cui si lavora e il numero di target identificati.
50 APPENDICE II
Nella seguente appendice sono riportate le immagini radar all’interno delle quali sono stati individuati i target delfini. Le immagini sono state elencate in ordine crescente utilizzando il ”nome” assegnato a ciascun cetaceo. I target identificati come tursiopi sono stati evidenziati da un cerchio rosso. Per ogni immagine sono riportate inoltre alcune importanti informazioni:
“Nome” assegnato al target identificato (indicato dalla sigla TT seguita da un numero).
La data relativa alla giornata in cui è stata effettuata la registrazione.
L’ora corrispondente al momento in cui si è evidenziato il target nell’immagine. L’immagine radar corrispondente alle figure.
56 APPENDICE III
In questa appendice sono inseriti i grafici delle tracce, rilevate dal radar, di tutti i tursiopi individuati e di diversi bersagli standard utilizzati per il confronto. A tutti i grafici è stata associata la serie di patch corrispondente in modo da enfatizzare la differenza fra la traccia di un delfino (composta da marcate oscillazioni) e la traccia di un’imbarcazione (uniforme) e per rendere evidente che i picchi indicano la presenza del bersaglio. I cerchi rossi pieni presenti in alcuni dei grafici indicano la presenza di picchi dovuti a spyke o ad altri bersagli che non è stato possibile eliminare. Tutti i grafici sono elencati in ordine crescente utilizzando i “nomi” assegnati ai delfini ed alle imbarcazioni.
In ogni grafico sono riportate alcune importanti informazioni:
“Nome” del bersaglio (composto da TT e numero per i cetacei e B più numero per i bersagli standard).
La data in cui è stata effettuata la registrazione radar.
L’ora in cui è iniziata la registrazione della traccia per quello specifico target.
GRAFICI TURSIOPI:
57 Traccia tursiope TT2; 27/07/2018; inizio traccia ore: 09:21.
Traccia tursiope TT3; 27/07/2018; inizio traccia ore: 09:28.
58 Traccia tursiope TT6; 20/07/2018; inizio traccia ore: 09:35.