Accanto agli strumenti che misurano le caratteristiche del fondo marino (ecoscandagli e LIDAR batimetrici) e a quelli a loro direttamente asserviti (assetto e posizione), si affiancano la velocità del suono, necessaria per i sistemi acustici, e l’oscillazione del livello verticale del pelo libero dell’acqua.
La velocità del suono
I sistemi di misura geometrica del fondale rilevano tempi e differenze di tempo. Al fine di passare da tempi a distanze è necessario tener conto della velocità nel mezzo. Un altro fenomeno va inoltre tenuto in considerazione, la rifrazione dei raggi dovuta proprio a diverse condizioni del mezzo, a loro volta funzione della velocità del suono32. La misura della velocità del suono è quindi necessaria sia per la variazione del tempo di propagazione dell’onda, sia per la sua reale traiettoria nel mezzo, che ne influenza tempo e angolo di trasmissione e ricezione.
Il processo che ricostruisce la traiettoria dei raggi acustici è detto ray tracing, e applica la legge di Snell-Cartesio in acqua.
Nell’ipotesi che nell’area di rilievo l’acqua sia stratificata orizzontalmente e tale stratificazione sia uniforme nell’intorno di misura, durante il rilievo idrografico si misurano le variazioni verticali di velocità del suono con profilatori che vengono calati in acqua.
Gli strumenti stimano o misurano la profondità e la associano alla velocità del suono, anch’essa a sua volta misurata, derivata o stimata.
La profondità è misurabile direttamente attraverso un sensore di pressione installato sul profilatore, oppure stimabile attraverso velocità di caduta in acqua del sensore.
31 L’ALB ha alti costi fissi di MOB-DEMOB rispetto al MBES ma bassi costi variabili a parità di superficie rilevata.
32 Si considera il modello di propagazione lineare in cui non si hanno potenze del segnale tali da distorcere la velocità di propagazione.
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La velocità del suono è misurabile direttamente attraverso un sensore acustico dotato di base misurata33 oppure calcolata misurando conducibilità e temperatura in combinazione alla già citata pressione.
Rimane la possibilità, inoltre, di stimare il profilo di velocità del suono da modelli senza misure in situ.
La velocità del suono sul trasduttore assume un ruolo fondamentale nel ray tracing, soprattutto per gli angoli più lontani dalla verticale dove la rifrazione è più marcata. Essa determina infatti l’angolo di trasmissione e ricezione dei raggi acustici. Viene spesso utilizzato quindi un sensore a scafo in prossimità del trasduttore che monitora la sound velocity in continuo (indicato con sound velocity sensor, SVS). Il profilo di velocità del suono lungo la colonna d’acqua, misurato o stimato con le modalità già descritte, è invece indicato con sound velocity profile (SVP).
Il livello del mare
La misura di profondità, affinché possa essere rappresentativa ed interoperabile, ha bisogno di essere riferita ad un particolare vertical reference frame. Il continuo movimento verticale del pelo libero dell’acqua non permette questa operazione senza tener conto e correggere opportunamente tali movimenti verticali.
Tra le molteplici posizioni che il pelo libero dell’acqua può assumere, ne va scelta una di riferimento che sia materializzabile e materializzata nell’area del rilievo al momento della misura batimetrica. Giova ricordare che un numero registrato senza il necessario collegamento ad un sistema di riferimento non è nemmeno una misura.
La misura del livello del mare nell’area del rilievo assume quindi due differenti finalità: la prima di materializzare il livello verticale scelto come riferimento, la seconda di misurare la differenza tra il livello istantaneo e quello di riferimento al fine di correggere i dati acquisiti.
Il livello verticale di riferimento più utilizzato, direttamente o indirettamente, in idrografia è il livello medio del mare locale. Tale livello viene poi collegato localmente al datum ellissoidico con modelli o misure dirette in situ.
33 Un segnale acustico emesso viene riflesso da una piastra a distanza nota dal trasduttore. Si misura quindi il travel time, calcolando la velocità del suono.
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La misura del livello medio mare locale può avvenire con mareografi installati lungo la costa, boe in mare o sistemi satellitari attivi. Ogni sistema ha le sue incertezze e risoluzioni, ma la combinazione di tutte le misure appare la metodologia migliore. Un modello a scala almeno nazionale, con incertezze compatibili con l’Ordine Speciale e che individui la posizione del MSL rispetto ad al reference frame ellissoidico è oggi un requisito idrografico strategico imprescindibile.
I mareografi sono installati lungo la costa con riferimento indiretto alla quota ellissoidica, misurata con sessioni statiche GNSS da capisaldi terrestri. Possono avere sensori di pressione immersi, per i quali vanno corretti gli effetti della pressione atmosferica sulla misura del livello34, oppure sensori radar emersi.
Misurare il livello verticale con il GNSS permette invece di materializzare il datum direttamente in prossimità del sistema batimetrico. Oltre a considerare misure con incertezze tali da essere confrontabili con quelle degli altri strumenti, e quindi selezionare le opportune modalità di posizionamento, nell’utilizzo della GNSS tide si correggono le misure rispetto al datum ellissoidico, ma non si collega tale datum ad un riferimento fisico. La conoscenza della separazione verticale locale tra ellissoide e MSL, approssimabile ad una distanza lineare costante per piccole zone, appare comunque essere ancora necessaria.
Potrà essere conosciuta da precedenti misurazioni, modelli oppure tramite misure dirette.
34 Il livello del mare varia per effetto della pressione atmosferica, statisticamente di circa un centimetro per ettopascal. L’aumento di pressione atmosferica provoca l’abbassamento del livello, ma per effetto della quasi incomprimibilità dell’acqua la pressione totale sul sensore immerso rimane pressoché la stessa. Va misurata la pressione atmosferica e corretto il suo effetto.
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