Studio del bilancio energetico e di parametri biofisici da dati LANDSAT-8

The aim of this thesis, developed within the research project ISEO, was to make a heat balance and to retrieve water quality parameters of Lake Iseo, from remote sensing techniques. For this purpose a data-set made up of 49 images, acquired by the satellite LANDSAT-8 within the period of 2013-2016, has been used. To complete the information obtained from LANDSAT-8 and to validate the results, field data collected in two measurement campaigns in dates coinciding with the passage of the satellite, have been used. Maps of temperature have been obtained from data acquired by the Thermal Infrared Sensor (TIRS) by applying a radiometric and atmospheric correction. In order to obtain maps of total suspended matter, a parameter used to evaluate water quality, and maps of water reflectance in the visible near-infrared range, data acquired by the Operational Land Imager (OLI) sensor have been used and processed with ACOLITE software. The reflectance data were then used to obtain albedo maps that, combined to both ancillary meteorological data and to the maps of temperature, were used to compute the heat balance. In particular maps of evaporation rate, stored heat and net radiation have been thus obtained. These maps were compared to field data providing a high accuracy. Using remote sensing techniques it was possible to obtain spatially distributed information of for the whole lake areas that, in addition to the field observations, are providing a synoptic view of a lake surface scale. The multi-temporal series has also allowed us to observe the variability of evaporation, surface temperature, reflectance and suspended solids concentrations at the lake scale during time. The study was finally extended to two other lakes (Garda and Mulargia) to demonstrate the transferability of procedures to other case studies.

Lo scopo di questa tesi, sviluppata all’interno del progetto di ricerca ISEO, è stato quello di calcolare il bilancio energetico e parametri di qualità delle acque del lago d’Iseo tramite tecniche del telerilevamento. In particolare è stato utilizzato un data-set costituito da 49 immagini acquisite dal satellite LANDSAT-8 nel periodo 2013-2016. Per completare le informazioni ottenute da satellite e per poter validare i risultati, sono state utilizzate le misure in situ collezionate in due campagne di misura in date coincidenti con il passaggio del satellite. Per la stima delle mappe di temperatura superficiale è stato utilizzato il sensore dell’’infrarosso termico TIRS (Thermal Infrared Sensor) dopo aver corretto i dati dagli effetti radiometrici e atmosferici. Per il calcolo dei parametri indicatori dello stato di qualità delle acque, ed in particolare i solidi sospesi e per la stima della riflettanza dell'acqua nel visibile e vicino-infrarosso sono stati usati i dati del sensore OLI (Operational Land Imager), corretti atmosfericamente mediante il software ACOLITE. Le mappe di riflettenza hanno permesso di ricavare le mappe di albedo che, unitamente ai dati ancillari e alla mappa di temperatura superficiale, hanno fornito i dati necessari per svolgere il bilancio energetico. In particolare si sono ottenute mappe di evaporazione, calore immagazzinato e radiazione netta che, confrontate con le misure di campo, hanno mostrato elevate accuratezze. Utilizzando le tecniche del telerilevamento, è stato possibile ottenere informazioni spazialmente distribuite, ad integrazione delle osservazioni di campo puntuali, offrendo una visione sinottica a scala di superficie lacustre. La serie multi-temporale ha permesso inoltre di osservare l’andamento su tutto il lago, di evaporazione, temperatura superficiale, riflettanza dell’acqua e concentrazioni di solidi sospesi. Lo studio è stato infine esteso ad altri due laghi (Garda e Mulargia) per dimostrare la trasferibilità delle procedure ad altri casi di studio.