The use of remote sensing imagery for monitoring recovery in the aftermath of a natural disaster: the Hurricane Katrina Case

Although Recovery is often defined as the less studied and documented phase of the Emergency Management Cycle, a wide literature is available for describing characteristics and sub-phases of this process. Previous works do not allow to gain an overall perspective because of a lack of systematic consistent monitoring of recovery utilizing advanced technologies such as remote sensing and GIS technologies. Taking into consideration the key role of Remote Sensing in Response and Damage Assessment, this thesis is aimed to verify the appropriateness of such advanced monitoring techniques to detect recovery advancements over time, with close attention to the main characteristics of the study event: Hurricane Katrina storm surge. Based on multi-source, multi-sensor and multi-temporal data, the post-Katrina recovery was analysed using both a qualitative and a quantitative approach. The first phase was dedicated to the investigation of the relation between urban types, damage and recovery state, referring to geographical and technological parameters. Damage and recovery scales were proposed to review critical observations on remarkable surge- induced effects on various typologies of structures, analyzed at a per-building level. This wide-ranging investigation allowed a new understanding of the distinctive features of the recovery process. A quantitative analysis was employed to develop methodological procedures suited to recognize and monitor distribution, timing and characteristics of recovery activities in the study area. Promising results, gained by applying supervised classification algorithms to detect localization and distribution of blue tarp, have proved that this methodology may help the analyst in the detection and monitoring of recovery activities in areas that have been affected by medium damage. The study found that Mahalanobis Distance was the classifier which provided the most accurate results, in localising blue roofs with 93.7% of blue roof classified correctly and a producer accuracy of 70%. It was seen to be the classifier least sensitive to spectral signature alteration. The application of the dissimilarity textural classification to satellite imagery has demonstrated the suitability of this technique for the detection of debris distribution and for the monitoring of demolition and reconstruction activities in the study area. Linking these geographically extensive techniques with expert per-building interpretation of advanced-technology ground surveys provides a multi-faceted view of the physical recovery process. Remote sensing and GIS technologies combined to advanced ground survey approach provides extremely valuable capability in Recovery activities monitoring and may constitute a technical basis to lead aid organization and local government in the Recovery management.

Approccio metodologico per la valutazione del rischio dovuto agli sversamenti accidentali di petrolio in mare

Il trasporto del petrolio via mare tramite navi petroliere è molto utilizzato per congiungere i paesi produttori con quelli consumatori. Durante il trasporto possono avvenire rilasci accidentali di petrolio in mare, con contaminazione anche estesa dell’ambiente marino. La stima del rischio di contaminazione ambientale imputabile alle attività di trasporto via mare è fondamentale al fine di ridurre il rischio stesso. Per prevedere il destino degli sversamenti di olio in mare, sono stati sviluppati diversi software che simulano lo spostamento della chiazza di olio rilasciato e le trasformazioni chimico-fisiche cui essa è soggetta, dette fenomeni di oil weathering. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di individuare un software per la simulazione del destino dei rilasci di olio in mare idoneo ad essere utilizzato nell’ambito di una innovativa metodologia di valutazione del rischio per l’ambiente marino. A tal fine sono stati studiati e confrontati, sia da un punto di vista teorico sia tramite l’applicazione a casi di studio, i software GNOME, ADIOS e OSCAR; dal confronto è emerso che GNOME e ADIOS contengono modelli semplificati per simulare i fenomeni di oil weathering subiti da una chiazza di olio formatasi a seguito di un rilascio. Rispetto ai software GNOME e ADIOS, OSCAR è molto più complesso e articolato; richiede numerosi dati in ingresso, ma fornisce in uscita una descrizione dello scenario più aderente alla realtà. Un’importante peculiarità di OSCAR, che lo rende estremamente vantaggioso nell’ambito di una metodologia di valutazione del rischio, consiste nel fatto che esso dispone di una modalità di funzionamento stocastica. Per validare l’utilizzo di OSCAR nell’ambito di una metodologia di valutazione del rischio, se ne è effettuata l’applicazione ad un caso di studio, ovvero alla rotta da Suez a Porto Marghera. Si è pertanto osservato che il rischio derivante da un rilascio di olio in mare è dipendente dal punto in cui questo rilascio avviene. È dunque possibile concludere che il software OSCAR è uno strumento valido nell’analisi del rischio ambientale derivante da sversamenti di olio in mare. Il lavoro di tesi è strutturato come descritto nel seguito. Il Capitolo 1 è introduttivo e, dopo aver descritto la problematica legata agli sversamenti di idrocarburi in mare, elenca e spiega i fenomeni di oil weathering. Il Capitolo 2 è incentrato sulle caratteristiche e sul confronto dei software dell’ente americano NOAA, ossia ADIOS e GNOME. Il Capitolo 3 si occupa della descrizione del software OSCAR dell’ente norvegese SINTEF. Il Capitolo 4 riporta la metodologia seguita per il calcolo del rischio di contaminazione del mare, ripresa da una metodologia per il calcolo del rischio già consolidata nell’industria di processo relativa all’uomo. Il Capitolo 5 introduce il caso di studio, ovvero l’applicazione della metodologia alla rotta da Suez a Marghera. Il Capitolo 6 riporta alcune considerazioni conclusive.

Moisture and potential vorticity in medicanes: theoretical approach and case studies

Da poco più di 30 anni la comunità scientifica è a conoscenza dell’occasionale presenza di strutture cicloniche con alcune caratteristiche tropicali sul Mar Mediterraneo, i cosiddetti medicane. A differenza dei cicloni baroclini delle medie latitudini, essi posseggono una spiccata simmetria termica centrale che si estende per gran parte della troposfera, un occhio, talvolta privo di nubi, e una struttura nuvolosa a bande spiraleggianti. Ad oggi non esiste ancora una teoria completa che spieghi la loro formazione ed evoluzione. La trattazione di questa tesi, incentrata sull’analisi dei campi di vorticità potenziale e di umidità relativa, è sviluppata nell’ottica di una miglior comprensione delle dinamiche alla mesoscala più rilevanti per la nascita dei medicane. Lo sviluppo di tecniche avanzate di visualizzazione dei campi generati dal modello WRF, quali l’animazione tridimensionale delle masse d’aria aventi determinate caratteristiche, ha permesso l’individuazione di due zone di forti anomalie di due campi derivati dalla vorticità potenziale in avvicinamento reciproco, intensificazione e mutua interazione nelle ore precedenti la formazione dei medicane. Tramite la prima anomalia che è stata chiamata vorticità potenziale secca (DPV), viene proposta una nuova definizione di tropopausa dinamica, che non presenta i problemi riscontrati nella definizione classica. La seconda anomalia, chiamata vorticità potenziale umida (WPV), individua le aree di forte convezione e permette di avere una visione dinamica dello sviluppo dei medicane alle quote medio-basse. La creazione di pseudo immagini di vapore acqueo tramite la teoria del trasferimento radiativo e la comparazione di queste mappe con quelle effettivamente misurate nei canali nella banda del vapore acqueo dai sensori MVIRI e SEVIRI dei satelliti Meteosat hanno da un lato confermato l’analisi modellistica, dall’altro consentito di stimare gli errori spazio-temporali delle simulazioni. L’utilizzo dei dati di radianza nelle microonde, acquisiti dai sensori AMSU-B e MHS dei satelliti NOAA, ha aggiunto ulteriori informazioni sia sulle intrusioni di vorticità potenziale che sulla struttura degli elementi convettivi presenti sul dominio, in modo particolare sulla presenza di ghiaccio in nube. L’analisi dettagliata di tre casi di medicane avvenuti nel passato sul Mar Mediterraneo ha infine consentito di combinare gli elementi innovativi sviluppati in questo lavoro, apportando nuove basi teoriche e proponendo nuovi metodi di indagine non solo per lo studio di questi fenomeni ma anche per un’accurata ricerca scientifica su ciclogenesi di altro tipo.