Tree SOS è un servizio dedicato al monitoraggio satellitare dello stato di salute degli alberi sviluppato da Superalberi SRL. Attraverso algoritmi sviluppati in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea il servizio elabora le informazioni relative all’indice di vigore vegetativo (NDVI) e alla disponibilità idrica dell’area (NDMI) per comparare la capacità fotosintetica di ogni esemplare inserito nel suo database negli anni permettendo di individuare anomalie in tempi brevi, anche grazie al supporto della costellazione Sentinel 2 che acquisisce nuove informazioni con tempi di ritorno inferiori alla settimana. Si tratta quindi di un potente alleato nella gestione di grandi popolamenti arborei, per i quali l’osservazione continua da parte dei tecnici preposti sarebbe economicamente inaffrontabile.

Vuoi provarlo per sapere come sta il tuo albero?

Informazioni necessarie
Per il corretto funzionamento “Tree SOS” necessita di conoscere con precisione la posizione geografica di ogni albero che si intende monitorare, in coordinate WGS84, e la relativa ampiezza della chioma, in modo da acquisire correttamente i dati satellitari. Questi dati possono essere inseriti nel database di appoggio attraverso il software Fitos (prodotto da Superalberi Srl) nel caso non si disponga già di un censimento. Diversamente è possibile, attraverso il supporto tecnico reperibile a info@superalberi.com, inserire nel database un censimento preesistente, sia in formato tabellare che in formato shapefile.

Indice vegetazionale
Le analisi satellitari con Sentinel-2 per il monitoraggio degli esemplari arborei urbani attraverso gli indici NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) e NDMI (Normalized Difference Moisture Index) sono una soluzione efficace per individuare rapidamente eventuali problemi di salute delle piante e valutare l’impatto delle attività antropiche sulla vegetazione urbana. Le serie temporali basate su tali indici, ricavate dall’elaborazione dei dati forniti dal satellite ESA Sentinel-2, permettono di monitorare la salute degli alberi e le loro condizioni ambientali nel corso del tempo valutando l’attività fotosintetica e il contenuto di acqua delle piante. L’indice NDVI fornisce informazioni sulla quantità di clorofilla presente nella vegetazione (un indicatore direttamente correlato alla salute e alla produttività delle piante) mentre l’indice NDMI è sensibile alle variazioni dell’umidità del suolo. Utilizzando una serie temporale di immagini satellitari è possibile identificare eventuali tendenze o cambiamenti nella salute e nelle condizioni dell’albero. Ad esempio, una diminuzione dell’NDVI o dell’NDMI nel tempo potrebbe indicare la presenza di malattie o stress idrico. Inoltre, la raccolta di immagini satellitari a intervalli regolari può evidenziare eventuali anomalie stagionali, quali ad esempio una perdita anticipata delle foglie o un risveglio tardivo della vegetazione durante la primavera.

Funzione di Allerta
Il servizio TreeSOS invia automaticamente, ogni 30 giorni e all’indirizzo fornito in fase di sottoscrizione, una mail contenente la lista degli alberi che presentano anomalie o cali della capacità vegetativa, la loro localizzazione, e l’indice di affidabilità dei dati raccolti, al fine di facilitare le operazioni di controllo da parte del gestore dell’albero.

Indice di attendibilità
Ciascuna immagine satellitare, acquisita da qualunque satellite, ha un parametro che si definisce come risoluzione spaziale. La risoluzione spaziale di un satellite è una misura della capacità di distinguere dettagli o oggetti separati sulla superficie terrestre. Indica la dimensione minima degli oggetti o delle caratteristiche che possono essere rilevati e rappresentati. Da questo si deduce che tanto più piccolo è un oggetto rispetto alla risoluzione spaziale del satellite di riferimento, tanto meno quell’oggetto influisce sui valori rilevati da ciascun pixel. Il servizio SOS Trees indica quindi anche l’attendibilità dei dati raccolti e delle segnalazioni inviate, mettendo in rapporto l’ampiezza della chioma dell’albero esaminato con la risoluzione spaziale del satellite da cui acquisisce i dati. In questo modo è possibile quantificare quanto ogni rilevazione sia stata influenzata dalla dimensione della chioma. Per alberi con ampiezza della chioma di 8 metri di diametro l’indice di attendibilità è pari al 50%. Questo valore aumenta in modo esponenziale all’aumentare delle dimensioni dell’albero considerato.

Cose da nerd
Quali sono i principi alla base dell’osservazione satellitare?
Il nostro Sole è una Nana Gialla di tipo spettrale G2 V. Sembra un dettaglio superfluo, ma è proprio l’emissione elettromagnetica del Sole che rende la fotosintesi possibile. La radiazione fotosinteticamente attiva (PAR in inglese) è pari al 41% della radiazione solare totale ed è una misura dell’energia effettivamente disponibile per la fotosintesi, che è minore dell’energia totale proveniente dal Sole perché lo spettro di assorbimento della clorofilla non è molto esteso e si concentra nelle bande del blu e del rosso, con punte massime a 430 e 680 nm di lunghezza d’onda. La colorazione delle piante è tale proprio in virtù del fatto che il verde della clorofilla è il colore complementare al rosso e, quindi, gli alberi sono in grado di catturare molta emissione elettromagnetica nella banda del rosso. Al contrario, le cellule delle foglie si sono evolute per disperdere (cioè per riflettere) la radiazione solare nel vicino infrarosso perché il livello di energia per fotone in quel dominio (lunghezze d’onda maggiori di 700 nanometri) non fornisce energia sufficiente a sintetizzare molecole organiche. Quindi le piante appaiono relativamente scure perchè assorbono la radiazione nel PAR e relativamente luminose perché riflettono nel vicino infrarosso.
Le normali fotocamere sono costruite per fotografare (quindi campionare) i fotoni che entrano nell’obiettivo emessi nella sola banda elettromagnetica visibile (da 390 a 700 nm di lunghezza d’onda), mentre i satelliti utilizzati per questa analisi, messi a disposizione dall’Agenzia Spaziale Europea, sono in grado di “fare fotografie” anche nell’infrarosso e nell’ultravioletto, campionando i fotoni a lunghezze d’onda differenti rispetto al visibile (per questa analisi sono stati utilizzati i dati della costellazione Sentinel). A quel punto, facendo un calcolo piuttosto complesso, si può risalire alla differenza di luce tra quella in ingresso (di cui conosciamo la composizione dell’emissione elettromagnetica) e quella in uscita (cioè riflessa) nel vicino infrarosso e nel PAR. In generale, se vi è molta più radiazione riflessa nel vicino infrarosso rispetto a quella nelle lunghezze d’onda visibili, allora la vegetazione in quel pixel è probabile che sia maggiormente densa.
Alcuni studi (Sellers, P. J. (1985) ‘Canopy reflectance, photosynthesis, and transpiration’. Myneni, R. B., F. G. Hall, P.J. Sellers, and A.L. Marshak (1995) ‘The interpretation of spectral vegetation indexes’) hanno dimostrato che questi valori sono direttamente legati alla capacità di fotosintesi e quindi all’assorbimento di energia delle chiome degli alberi, permettendo di definire una scala di valori oggi universalmente riconosciuta chiamata NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), che viene calcolato automaticamente dal Satellite Sentinel-2 dell’ESA (ma anche dai satelliti americani LandSat, seppur a risoluzioni minori).