Monitoraggio del vapore acqueo atmosferico : strumenti per il confronto e la validazione di stime GNSS e SAR

Nowadays, the transmission of signals emitted by satellites that orbit the Earth leads to the collection of large amounts of useful information for various uses. Among the systems that use the presence of satellites to obtain information, we deal with the global satellite positioning system (GNSS) and the Sentinel SAR system. GNSS is a positioning system and the most common use concerns positioning and navigation, but which also finds applications in geodetic and infrastructure monitoring. Regarding the acquisition technique, SAR is used for the study of natural phenomena in particular phenomena of deformation of the earth's surface also linked to earthquakes, landslides and volcanic eruptions and is also used for the determination of digital models of the earth's surface. Over the years there have been several improvements in both methods thanks to technological development, but also thanks to the more accurate modeling of systematic effects on the observations of GNSS and SAR signals respectively. One of these systematic effects is the tropospheric delay and is caused by the presence of water vapor in the atmosphere. The estimation of these errors has given rise to the so-called GNSS and SAR meteorology, or rather to the use of such systems for the monitoring of water vapor in the atmosphere for meteorological purposes. While the use of GNSS in meteorology is now sufficiently consolidated, that of SAR is still in an experimental phase. The steam maps obtainable from the SAR require further processing to obtain the information directly usable in the weather environment. The aim of this thesis was to develop tools that would allow us to manipulate and compare estimates of SAR and GNSS steam between them and with delay models derived from meteorological analyzes, useful in defining the accuracy of steam products from time to time in exam. These comparisons are indeed necessary in the definition of an algorithm that transforms the maps obtained from the SAR known as Atmospheric Phase Screens (APS), into maps of delays that can be assimilated by numerical meteorological models.

Al giorno d’oggi la trasmissione di segnali emessi da satelliti che orbitano intorno alla Terra porta a collezionare grandi quantità di informazioni utili per svariati usi. Tra i sistemi che sfruttano la presenza di satelliti per ottenere informazioni ci occupiamo del sistema di posizionamento globale satellitare (GNSS) e del sistema Sentinel SAR. Il GNSS è un sistema di posizionamento e l’uso più comune riguarda il posizionamento e la navigazione, ma che trova applicazioni anche nel monitoraggio geodetico e di infrastrutture. Per quanto riguarda la tecnica di acquisizione SAR è adoperata per lo studio di fenomeni naturali in particolare fenomeni di deformazione della superficie terrestre anche legati a terremoti, frane ed eruzioni vulcaniche ed è utilizzata anche per la determinazione di modelli digitali della superficie terrestre. Negli anni ci sono state parecchie migliorie in entrambi i metodi grazie allo sviluppo tecnologico, ma anche grazie alla più accurata modellizzazione di effetti sistematici sulle osservazioni de segnali GNSS e SAR rispettivamente. Uno di questi effetti sistematici è il ritardo troposferico ed è causato dalla presenza di vapore acqueo in atmosfera. La stima di tali errori ha dato luogo alla cosiddetta meteorologia GNSS e SAR, ovvero all'utilizzo di tali sistemi per il monitoraggio del vapore acqueo in atmosfera per scopi meteorologici. Mentre l'utilizzo GNSS in ambito meteorologico è oramai sufficientemente consolidato, quello del SAR è ancora in una fase sperimentale. Le mappe di vapore ricavabili dal SAR richiedono ulteriori elaborazioni per ricavare l'informazione direttamente utilizzabile in ambito meteo. Lo scopo di questa tesi è stato quello di sviluppare degli strumenti che consentissero di manipolare e confrontare stime di vapore SAR e GNSS tra loro e con modelli di ritardo ricavati da analisi meteorologiche, utili nella definizione delle accuratezze dei prodotti di vapore di volta in volta in esame. Tali confronti sono infatti necessari nella definizione di un algoritmo che trasformi le mappe ottenute dal SAR note come schermi atmosferici, in inglese Atmospheric Phase Screens (APS), in mappe di ritardi assimilabili dai modelli numerici meteorologici.