Un gruppo di ricerca condotto dall’Università di Boulder, Colorado, ha trovato un buon modo di usare i segnali dei tradizionali satelliti GPS per misurare lo spessore della neve, così come anche l’umidità a livello del suolo e della vegetazione, una tecnica di cui si ritiene si avvantaggeranno i meteorologi, i gestori di risorse idriche, gli studiosi di modelli climatici e gli agricoltori.
La tecnologia GPS (global positioning system) sviluppata originariamente nel 1970 per applicazioni militari, attualmente è ampiamente utilizzata per comunicare a persone alla guida di veicoli la loro esatta posizione geografica sul pianeta, fornendo direzioni alle loro destinazioni, grazie al fatto che un ricevitore GPS può accumulare fino a 4 e più segnali contemporaneamente provenienti da 31 satelliti in orbita intorno alla terra.

Oggetto di attenzione di questo studio sono quella parte dei segnali inviati dai satelliti GPS, che giunge al suolo ed è respinta (segnali multi-path). (->) I segnali multi-path se captati dai dispositivi ricettori, causano fastidiose interferenze, combinandosi con quei segnali che invece giungono alle loro antenne direttamente dai satelliti. Per questa ragione tali segnali non erano mai stati finora oggetto di utile attenzione, come evidenzia la Dott.ssa Kristine Larson, professoressa di scienze ingegneristiche aerospaziali presso l’Università di Boulder Colorado, la quale sta svolgendo uno studio di ricerca, che vede coinvolte su questo tema varie istituzioni.
La Dottoressa Larson quando negli anni ’80 era studente del suo corso di laurea all’Università della California, San Diego aiutò a esplorare (to pioneer) l’uso del GPS come strumento di misura del movimento degli strati tettonici e la deformazione della crosta terrestre associata con i terremoti. Ella ci riferisce: ‘Già allora sapevamo che i dati erano alterati dalla riflessione da parte del suolo, che era davvero irritante’. Ma è stato solo di recente che abbiamo cominciato a pensare che forse vi era un modo per utilizzare queste riflessioni da parte del suolo a nostro vantaggio’.
Come precisa l’Università del Colorado, il gruppo della Professoressa Larson è stato il primo che ha utilizzato questi GPS, progettati per indagini e ricerche volte a misurare la tettonica ed i processi geologici, per stimare lo spessore dello strato nevoso.
La scorsa primavera due improvvise tormente di neve, che si sono verificate a Marshall, Colorado, durante i mesi di marzo-aprile 2009, hanno dato lo spunto per un’ampia sperimentazione di questa nuova tecnologia, che si basa sulla correlazione ad un dato fenomeno, o circostanza oggetto di studio dei cambiamenti nei segnali ‘multipath’. Nel caso sin oggetto veniva verificata la variazione dei segnali multi-path in relazione allo specifico spessore della coltre nevosa; i dati raccolti, una volta elaborati hanno permesso di pubblicare uno studio sullo spessore della coltre nevosa, sul numero di Settembre 2009 delle ‘Lettere di Ricerca geofisica’ (Geophysical Research Letters). La ricerca originaria del gruppo di lavoro della Professoressa Larson ara stata sovvenzionata dalla Fondazione Nazionale della Scienza (FNS-USA), con l’obbiettivo di arrivare a misurare l’umidità del suolo servendosi di apparecchiature GPS.
Il gruppo di ricerca della Professoressa Larson spera ora di potersi avvalere dei dati rilevati dalla rete statunitense nota come ‘the Plate Boundary Observatory’, costituta da 1000 ricevitori GPS e facente parte del programma di studi sulla crosta terrestre della Fondazione Nazionale della Scienza, per portare in fase applicativa questo studio sull’uso del GPS.
‘Segnala la Professoressa Larson: ‘Grazie all’utilizzo del Plate Boundary Observatory per un duplice compito, così a parole, noi speriamo questo sarà un metodo relativamente accurato ed economico di cui potranno beneficiare gli studiosi di modelli climatici, i ricercatori atmosferici e gli agricoltori di tutto l’ovest degli Stati Uniti’.

Recentemente lo stesso gruppo di ricerca ha effettuato un nuovo studio che promette interessanti applicazioni nel settore agricolo, nell’ambito dell’agricoltura di precisione. Essi in collaborazione con la fattoria Munson di Boulder hanno verificato come il segnale ‘multipath’ dei satelliti GPS, viaggiando attraverso colture di erba medica, mais ed un prato, si correli al quantitativo di acqua presente nella vegetazione. A tal fine Studenti dell’Università del Colorado si sono dati da fare nel tagliare e pesare campioni di tali colture, sia allo stato umido che asciutto, per consentire di correlare l’umidità (peso di quantità di acqua) riscontrata sui campioni, con i dati raccolti da un ricevitore locale di segnali GPS, sia in presenza che in assenza di umidità sulle dette colture.
Le fattorie Munson sono di proprietà di Bob Munson, il quale ha operato in passato come ingegnere di antenne presso la Ball Aerospace & Technologies di Boulder – Colorado e detiene 30 diversi brevetti progettuali di antenne, compreso uno riguardante una delle più ampiamente usate per applicazioni GPS.
Mumson ci ha segnalato che ‘con questo sistema, l’antenna GPS ci permette di vedere attraverso un intero campo, a differenza di singoli sensori di umidità, che sono a volte impostati per effettuare misure solo in aree specifiche dell’appezzamento’. Ha poi aggiunto che se un agricoltore facesse affidamento solo sui dati provenienti da un singolo sensore dell’umidità del suolo, che accadesse si trovi, per esempio, in una porzione particolarmente asciutta del appezzamento colturale, esso potrebbe avere un effetto negativo sulla tempistica e la qualità del raccolto complessivo.

I collaboratori di questo studio, tutti di Boulder – Colorado compredono Eric Small e Mark Williams della Università del Colorado, John Braun dell’Ente universitario per la Ricerca Atmosferica for Atmospheric Research (University Corporation for Atmospheric Research (UCAR)), (Ethan Gutmann del Centro nazionale per la Ricerca atmosferica (National Center for Atmospheric Research) e Valery Zavorotny e Andria Bilich dell’Amministrazione oceanografica ed atmospherica nazionale (National Oceanic and Atmospheric Administration).

Braun, che ha ottenuto nel 2004 all’Università del Colorado – Boulder il suo dottorato, è anche interessato in attività di osservazione del vapore acqueo nell’atmosfera, misurando l’attenuazione dei segnali GPS nel loro propagarsi attraverso l’atmosfera. Egli riferisce che ‘La scarsità di acqua sta diventando un vero problema per la zona occidentale degli Stati Uniti nel secolo che viene. Disporre di osservazioni sull’acqua in tutte le sue fasi si sta prefigurando come un passo importante nel monitoraggio dei cambiamenti ambientali, che per me è la parte più intrigante di questo progetto’.

In ogni caso, come segnala la Professoressa Larson tutti gli sforzi di ricerca del gruppo di ricerca sono rivolti intorno al ciclo dell’acqua. ‘ Vogliamo sapere se l’acqua è nel suolo, nella neve, o nella vegetazione, e quanta sta evaporando nell’atmosfera, poiché essa alla fine ritornerà sulla superficie della terra attraverso gli eventi meteorici’.

Fonte/i: Università del Colorado - Boulder - 19 novembre 2009

Autore dell'articolo: Luca Federico Fianchini, 31 dicembre 2009

I commenti per questo articolo sono stati chiusi.

• In Spagna messo a punto un articolato sistema di rilevamento dei parametri agro-meteorologici per prevenire danni da gelate alle colture (articolo originale elaborato, con spiegazione grammatica e vocaboli di spagnolo)
• Monitoraggio dello stato nutrizionale delle colture con sensori ottici ed elaborazione di dati geo-referenziati per l'ottimizzazione della concimazione azotata del mais, attraverso tecniche di agricoltura di precisione
• Utilizzo di dispositivi GPS per studi sul comportamento del bestiame zootecnico, con il fine di ottimizzare le condizioni di produzione
• Messo a punto un sistema in grado di monitorare il pascolamento di decine di migliaia di capi di bestiame
• Un sondaggio in Ohio per comprendere se e quanto gli agricoltori locali utilizzano dispositivi gps per l'agricoltura di precisione