Sea ice Wave Interaction Monitoring for Marginal Ice NaviGation

Il surriscaldamento globale sta causando il rapido scioglimento del ghiaccio nelle regioni polari. L'Artico si sta riscaldando rapidamente e il ghiaccio marino dell'emisfero settentrionale si sta assottigliando e riducendo in estensione notevolmente, influenzando l'albedo della Terra e quindi il bilancio energetico del pianeta. I satelliti ci aiutano a monitorare questi cambiamenti e indagare su cosa li sta causando. Le cause di questa riduzione di estensione, e ancor più di spessore, non sono completamente comprese e probabilmente combinano effetti termodinamici con processi meccanici. L'estensione e la concentrazione del ghiaccio marino influenzano in modo significativo l'albedo della Terra e quindi il bilancio energetico del pianeta. Il ghiaccio marino influisce anche sul clima e sui cicli biogeochimici guidando la circolazione oceanica, modulando gli scambi di calore, gas e quantità di moto con l'atmosfera, e creando un substrato attivo fondamentale. Nonostante tale importanza, molti processi che controllano la massa, le proprietà, la distribuzione e la stagionalità del ghiaccio marino rimangono poco conosciuti. Le osservazioni in situ esistenti sono scarse, soprattutto in autunno e inverno, cioè nei periodi di formazione e stabilizzazione del ghiaccio, e alcune proprietà chiave come lo spessore del ghiaccio marino rimangono sostanzialmente inosservate.

In questo contesto, le osservazioni telerilevate satellitari sono di fondamentale importanza per fornire una migliore comprensione di tali
fenomeni e processi. Sebbene siano stati sviluppati numerosi approcci per stimare le proprietà del ghiaccio marino, molti di essi sono limitati a un determinato intervallo, tipo e/o regione del ghiaccio marino e sono condizionati dalla limitata presenza di osservazioni dirette utile per valutarne l'effettiva precisione. In questo contesto, il progetto SWIMMING mira a raccogliere osservazioni degli oceani polari, del ghiaccio marino e delle calotte glaciali al fine di migliorare la nostra capacità di monitoraggio dei cambiamenti climatici in atto, attraverso lo sviluppo, l'implementazione e la validazione di nuovi prodotti satellitari e l'ottimizzazione di quelli già esistenti. A tale scopo, SWIMMING prevede la raccolta in situ di osservazioni dirette degli oceani polari e del ghiaccio marino presente attravero la partecipazione a campagne di ricerca a bordo di piattaforme di altri paesi, e/o nell'ambito di iniziative internazionali, nel periodo 2020-2023, avvalendosi di numerose collaborazioni nazionali e internazionali che coinvolgono eminenti scienziati polari (es. Prof Peter Wadham).

Utilizzando la combinazione di misurazioni in situ e telerilevate, il progetto SWIMMING mira a:
1- fornire una migliore comprensione dei processi fisici e dei feedback responsabili del ciclo stagionale del ghiaccio marino artico e antartico;
2- attivare nuovi metodi per generare prodotti di ghiaccio marino a valore aggiunto da dati telerilevati;
3- sviluppare un database osservativo multipiattaforma più ampio per descrivere la zona marginale dei ghiacci e la sua variabilità;
4- sviluppare di nuovi prodotti per la classificazione del ghiaccio marino che potrebbero rendere più sicura la navigazione polare.
Gli obiettivi specifici includono la raccolta di un ampio set di misurazioni in situ di frazil e pancake ice co-locate con i dati satellitari rilevati, per lo più Immagini SAR, da utilizzare per la convalida di un'ampia suite di prodotti di classificazione del ghiaccio marino telerilevati.

Il supporto della campagna Extreme-E al progetto SWIMMING durante l'anno 2021 ha rappresentato un'occasione perfetta per raccogliere
dati in situ durante il transito a bordo della nave “St Helena”. Durante le tre settimane di navigazione sono stati raccolti 78 campioni di acque superficiali lungo oltre 4.000 miglia nautiche, coprendo aree molto diverse, dalla Groenlandia alle Azzorre, allo Stretto di Gibilterra e al
Mar Mediterraneo, ed attraversando importanti strutture oceaniche (es. la Corrente del Labrador, la Corrente del Nord Atlantico, la Corrente algerina
e i suoi meandri). I campioni sono stati raccolti a circa 4 metri di profondità ogni 4-6 ore circa. Queste informazioni sono in fase di analisi per convalidare e migliorare i prodotti satellitari esistenti relativi alla salinità superficiale degli oceani alle medio-alte latitudini e per ricavare informazioni utili sullo strato superficiale dell'oceano Atlantico da correlare alla variabilità della copertura glaciale della Groenalndia. Le attività di cal/val delle osservazionidi salinità superficiale degli oceani sono invece in corso in collabroazione con i colleghi spagnoli del Barcelona Expert Centre, sviluppatori dei prodotti avanzati SMOS. Durante il viaggio a bordo della S.Helena, inoltre, il segmento terrestre di telerilevamento presso l'Università di Napoli Parthenope ha acquisito un ampio set di dati osservazioni della calotta glaciale groenlandese. Inoltre, è stato sviluppato un nuovo tool per il monitoraggio da satellite (ad altissima risoluzione) della varibailità dei ghiacciai all'interfaccia ghiaccio-mare, testato per la lingua di ghiaccio del Drygalsky in Antartide e per il ghiacciaio d'Iberville in Artico.

Aulicino, G., Wadhams, P., Parmiggiani, F. SAR pancake ice thickness retrieval in the Terra Nova bay (Antarctica) during the PIPERS Expedition in winter 2017. Remote Sens. 2019, 11, 2510.

Marcianesi F., Aulicino G., Wadhams P. Arctic sea ice and snow cover albedo variability and trends during the last three decades, Polar Science 2020, 100617.

Zahriban Hesari, M., Nunziata, F., Aulicino, G., Buono, A., Migliaccio M. Analysis of fine-scale dynamics of the Drygalski ice tongue in Antarctica using satellite SAR data, International Journal of Remote Sensing 2022, 43 (7), 2602–2619.