Modeling microwave emission from snow covered soil

Il ciclo idrologico rappresenta l’insieme di tutti i fenomeni legati alla circolazione e alla conservazione dell’acqua sulla Terra. Il monitoraggio su scala globale dei fattori che concorrono a produrre e modificare tale ciclo (umidità del terreno, copertura vegetale, estensione e caratteristiche del manto nevoso) risulta di estrema importanza per lo studio del clima e dei cambiamenti globali. Inoltre, l’osservazione sistematica di queste grandezze è importante per prevedere condizioni di rischio da alluvioni, frane e valanghe come pure fare stime delle risorse idriche. In questo contesto Il telerilevamento da satellite gioca un ruolo fondamentale per le sue caratteristiche di osservazioni continuative di tutto globo terrestre. I sensori a microonde permettono poi di effettuare misure indipendentemente dall’illuminazione solare e anche in condizioni meteorologiche avverse. I processi idrologici, ed in particolare quelli della criosfera (la porzione di superficie terrestre in cui l’acqua è presente in forma solida), sono fra quelli che meglio si possono investigare analizzando la radiazione elettromagnetica emessa o diffusa. Mediante l’utilizzo di modelli elettromagnetici che permettono di simulare l’emissione e lo scattering da superfici naturali è possibile interpretare le misure elettromagnetiche ed effettuare l’estrazione di quelle grandezze che caratterizzano i suoli e la loro copertura. In questo lavoro di dottorato si è affrontato il problema della modellistica a microonde dei terreni coperti da neve, sia asciutta che umida. Dopo aver preso in considerazione i modelli analitici maggiormente utilizzati per simulare diffusione ed emissione a microonde dei suoli nudi e coperti da neve si è proceduto allo sviluppo e implementazione di due modelli di emissività. Il primo, basato sulla teoria delle fluttuazioni forti, è atto a descrivere il comportamento di un manto nevoso umido. Il secondo, basato sull’accoppiamento del modello di scattering superficiale AIEM (Advanced Integral Equation Method) con la teoria del trasferimento radiativo nei mezzi densi, è volto allo studio di uno strato di neve asciutta sovrastante un suolo rugoso. Tali modelli tengono conto degli effetti coerenti presenti nell’emissione del manto nevoso e non inclusi nella teoria del trasporto radiativo classico. Entrambi i codici sono stati validati con datasets numerici e sperimentali in parte derivati da archivi ed in parte ottenuti nel contesto di questo lavoro che ha previsto quindi anche una fase sperimentale. Quest’ultima è stata condotta con misure radiometriche multifrequenza su un’area di test situata sulle Alpi orientali. Le simulazioni ottenute con questi modelli e le conseguenti analisi hanno permesso di individuare la sensibilità della temperatura di brillanza ai parametri di interesse (spessore, equivalente in acqua e umidità del manto nevoso) in funzione di diverse configurazioni osservative (frequenza, polarizzazione ed angolo di incidenza). Questo ha consentito di migliorare la comprensione dei meccanismi di emissione dalle superfici innevate e di individuare le migliori condizioni osservative per un sistema di telerilevamento terrestre.