Francesco Bignami (f.bignami@isac.cnr.it) Rosalia Santoleri (r.santoleri@isac.cnr.it) PRIMI Cruise Group

1. La campagna oceanografica del progetto PRIMI: verifica in situ del funzionamento del sistema di monitoraggio dei rilasci di idrocarburi in mare e di previsione del loro spostamento Francesco Bignami (f.bignami@isac.cnr.it) Rosalia Santoleri(r.santoleri@isac.cnr.it) PRIMI Cruise Group

2. Obbiettivi della Campagna PRIMI Verifica in situ del funzionamento del sistema PRIMI per il monitoraggio di rilasci di idrocarburi in mare e la previsione del loro spostamento. In particolare: • Verifica della capacità dei Moduli SAR e Ottico di individuare macchie di idrocarburo in mare • Verifica della capacità del Modulo Previsione di prevedere lo spostamento e la trasformazione delle macchie di idrocarburo • Analisi delle modalità di spostamento, indotto da vento e corrente, delle macchie di idrocarburo mediante rilascio di boe alla deriva nelle macchie stesse • Analisi delle caratteristiche delle macchie di idrocarburo con RADAR e LIDAR in situ (rispettivamente: onde capillari e fluorescenza) • Analisi della composizione, concentrazione e densità degli idrocarburi presenti nelle macchie, mediante campionamenti d’acqua inquinata e analisi chimiche di laboratorio • Acquisizione di dati bio-ottici (modulazione della luce in acqua da parte della biomasssafitoplanktonica e degli idrocarburi) per convalida prodotti satellitari marini • Acquisizione di dati meteo-marini, rotta nave Urania e posizione navi circostanti per verifica calcolo campi di vento e identificazione navi da immagini SAR • Acquisizione dati fisici, chimici e biologici della zona di mare, per convalida modelli di circolazione marina e prodotti satellitari marini

3. Organizzazioneepartecipanti La campagna PRIMI è stata finanziata dal CNR ed organizzata dal CNR-ISAC. Hanno partecipato alla campagna: partners PRIMI istituti/enti esterni al progetto E’ stata impiegata la Nave Oceanografica Urania del CNR Università “Parthenope”, Napoli Università di Bologna CNR-ISSIA, Bari CNR-ISMAR, La Spezia CNR-IAMC, UOS Oristano & UOS Napoli CNR-IBF, Pisa Stazione Zoologica “Anton Dohrn”, Napoli ASI Centro di Geodesia Spaziale, Matera CNR-ISAC, UOS Roma E-GEOS, Matera ENEA, Frascati (RM), Casaccia (RM), Santa Teresa (SP) INGV, Bologna Università Piemonte Orientale, Alessandria

4. Area geografica e periodo E’ stata scelta un’area geografica con alto numero e frequenza di scarichi illegali di idrocarburi, consultando il database storico PRIMI: • Mar Tirreno meridionale • Canale di Sardegna • Canale di Sicilia • Mar Ionio Periodo: 6 Agosto - 7Settembre 2009

5. Strategia di campionamento • Il cruise plan (rottaecampionamenti) èstatoscelto in base alleacquisizionisatellitari SAR pianificate, in modoche la nave sitrovassenellascenasatellitare al momentodell’acquisizione, per massimizzare la probabilitàdiraggiungere le macchiediidrocarburo individuate nelleimmaginistesse. • Satelliti SAR: • ERS-2, • ENVISAT • COSMO-SkyMed • Satelliti con sensoriottici: • MODIS Aqua • MODIS Terra • MERIS ENVISAT COSMO-SkyMed ASAR ENVISAT MODIS ERS-2 MERIS

6. Individuazione rilasci, previsione e ricerca in situ MODULI SAR/OTTICO: INDIVIDUAZIONE MACCHIE DA SATELLITE MODULO PREVISIONE: PREVISIONI CIRCOLAZIONE MARINA (MODELLI MEDITERRANEO E SOTTOBACINI) PREVISIONI SPOSTAMENTO MACCHIE DI IDROCARBURO (MODELLO OIL SPILL) NAVE URANIA: RICERCA MACCHIE IN POSIZIONI PREVISTE CAMPIONAMENTO MACCHIE INDIVIDUATE CAMPIONI ACQUA E IDROCARBURO RILASCIO BOE NELLA MACCHIA MONITORAGGIO TRIETTORIE

7. Stazioni di misura • + stazioneidrologica • macchiacampionata Individuati 30 rilasciidrocarburoda SAR (14 immagini) 8 raggiuntiecampionatida nave Urania Effettuate 165 stazioniidrologichenellazona

8. Strumentazione LIDAR (laser fluorescenza) Stazione meteo Correntometro ADCP Termosalinografo Boe alla deriva Iridium I-SPHERE Campionatore acqua Rosette (24 bottliglie) & CTD (sonda multiparametrica) Boe alla deriva ARGO XBT (sonda temperatura) RADAR in situ Profilatore luce SATLANTIC Boa alladeriva UNIBO

9. Dati • Dati idrologici in stazioni di misura: • CTD: profili verticali di pressione, temperatura, salinità,densità, O2 disciolto, torbidità, fluorescenza • Rosette: campioni d’acqua (diverse profondità) di nutrienti, clorofilla, fitoplancton, CDOM, DOC, O2 • Campionamento manuale: campioni di acqua inquinata (superficie) • Dati bio-ottici in stazioni di misura e rilasci:profili multispettrali SATLANTIC di luce in acqua e superficie (350-700 nm, visibile) • Dati boe alla deriva:posizioni macchie di idrocarburo, correnti, trasmessi tramite comunicazioni satellitari ARGOS e IRIDIUM • Dati da strumenti acquisizione continua: • Dati navigazione • Parametri meteo standard (p, T, umidità, direzione e intensità vento; stazione meteo); • Temperatura e salinità alla superficie (termosalinografo a scafo) • Profili verticali di corrente marina fino a circa 400 m (2 correntometri Doppler ADCP a scafo) • RADAR in situ:scattere.m. altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo) • Ondametro in situ:altezza onde capillari di superficie (acqua pulita e macchie di idrocarburo) • LIDAR in situ: fluorescenza superficiale (acqua pulita e macchie di idrocarburo) • A.I.S nave Urania:identificazione navi circostanti

10. Individuazione rilasci e loro selezione (18/08/09) Immagini SAR processate secondo pre-operatività PRIMI (ASI e-Geos Matera). ENVISAT WS 18-08-09 UTC 9:03 MODIS TERRA 18-08-09 UTC 10:05 Report SAR ricevuto a bordo due ore dopo l’acquisizione (img diurne) o la mattina seguente (img notturne) Scelta macchia da campionare Riscontro su immagini ottiche ENVISAT IMP 27 ago. 2009 UTC 09:20 L’Uraniasidirige verso la macchiascelta, mentre a bordosieffettua la previsione del suospostamento per le ore dinavigazionepreviste

11. Previsione spostamento macchie idrocarburo (18/08/09) Il personalescientifico a bordo produce la previsionedellospostamentodellamacchiadiidrocarburoselezionata, per l’oraprevistadiarrivodella nave sullamacchia. PREVISIONE A 8 ORE POSIZIONE INIZIALE DA SATELLITE

12. Ricerca con LIDAR, RADAR e ondametro in situ (18/08/09) Rotta Urania e segnale LIDAR Il LIDAR su Urania Segnale LIDAR su macchia Il RADAR su Urania tempo (min) segnale RADAR nella macchia Riflettanza (backscatter) RADAR Ondametro: altezzaondemacchiaeacquapulita

13. Ricerca e campionamento dei versamenti di idrocarburo (18/08/09) • La nave raggiungeilpuntoprevisto • Acquisizione RADAR, LIDAR eOndametrosurottachecopre la macchia • Individuazione • Campionamentoidrologicoe bio-ottico Analisidiconcentrazionediidrocarburo Campionamentomanualeacquainquinata

14. Rilascio boe su macchie di idrocarburo (18/08/09) Versamento di forma allungata (4 km x 100 m): rilasciodi 5 boe ARGO e4 boe I-SPHERE nellamacchia, a intervallidi 250 mnelsensodella sua lunghezza. PREDICTED SLICK POSITION : 8 HRS AFTER THE OBSERVATION POSIZIONE REALE E LINEA BOE PREVISIONE A 8 ORE POSIZIONE INIZIALE DA SATELLITE Traiettorieboe Modello

15. Rilascio di idrocarburo (26 – 28 agosto 2009) ENVISAT WS 26 ago. 2009 UTC 21:05 ENVISAT IMP 27 ago. 2009 UTC 09:20 tempo (min) segnale RADAR nella macchia Riflettanza (backscatter) RADAR in situ

16. Individuazione satellitare, in situ, previsione e traiettorie boe (26 – 28 agosto 2009) Individuazioni in situ successive (28/08/09) Previsione (27/08/09 12:00) Boa (28/08/09 12:40) Lancio Boa (27/08/09 12:00) Previsione (27/08/09 09:00) Individuazione in situ (27/08/09 13:10) a 900 m dalla posizione prevista 2 km Seconda individuazione da SAR (27/08/09 09:20) Prima individuazione da SAR (26/08/09 21:06)

17. Natanti identificati con a.i.s. durante l’acquisizione satellitare Dati A.I.S. SAR ship detection L’identificazionedellenavipresentinelleimmagini al momentodelleacquisizionisatellitari ha consentitodiconvalidareglialgoritmi PRIMI di ship detection con SAR

18. La campagna PRIMI èilprimo esperimentosistematicodiverifica in situ di un sistemadimonitoraggio/previsionedirilascidiidrocarburo in mare La strategia di campagna messa a punto dal Gruppo PRIMI ha consentito di campionare 8 rilasci dei 30 indentificati da satellite durante la campagna Le misure in situ hanno confermato la presenza di idrocarburo in tutti gli 8 rilasci, convalidando così il sistema di monitoraggio e previsione PRIMI Alcunirilascisonostatiindividuatisia con SAR che in immagini MODIS e/o MERIS a coperturanuvolosasufficientementebassa L’ispezione in situ ha rivelatoche in alcunicasil’idrocarburo era presente solo come film sottile (fluorescenzaeassenzaondecapillarineisegnali LIDAR e RADAR, debolesegnalediiridescenza ad occhionudo) Le tremacchiepiùinquinate, con idrocarburo in stratispessie in forma solidificatagalleggiante, sono state oggettodirilasciodiboealladerivachehannofornitodatiutilisulruolo del ventoedellacorrentenellospostamentodellemacchiestesse. Conclusioni I risultatidellacampagnaindicanoche: I Moduli SAR eOttico PRIMI possonoindividuareanche zone leggermenteinquinate (film sottilediidrocarburo) Il Modulo Previsione PRIMI ha ottimecapacitàdiprevedereglispostamentidellemacchiediidrocarburo

19. PRIMI Cruise Group ASI : F. Nirchio CNR-ISAC: R. Santoleri, F.Bignami, S. Colella, A. Pisano, E. Böhm, G. Volpe, B. Buongiorno Nardelli CNR-ISMAR: A. Mercatini, A. Griffa CNR-ISSIA: G. De Carolis, M. Adamo CNR-IAMC: R. Sorgente, M. Sprovieri E-GEOS: G. Ruggeri , G. Pandiscia, L. Cutrufo, E. Di Cuia, C. D. Rubino, T. Dell’Acqua ENEA: S. Marullo, F. Colao, V. Debettio, G. Terranova, V. Rupolo, E. Napolitano, R. Iacono INGV: M. De Dominicis, G. Coppini, N. Pinardi UNIPO: P. Trivero, M. Borasi, M. Cavagnero UNIBO: R. Archetti UNIParthenope: E. Zambianchi • Si ringraziano l’equipaggio ed i tecnici della N/O Urania per la loro collaborazione altamente professionale