ENVIRONMENTAL SECURITY AND SEASONAL VARIABILITY:REMOTE SENSING AND MODELING APPLICATION FOR THE MONITORING OF SAHELIAN NATURAL RESOURCES

Il lavoro sviluppato in questa Tesi si � incentrato sullo studio dei sistemi pascolivi delle regioni del Sahel, Africa Occidentale, tramite tecniche e strumenti del telerilevamento satellitare. L?area oggetto di studio � una fascia di savana semi-arida, rappresentate la zona di transizione tra il Sahara a nord e le foreste del golfo di Guinea a sud. La regione � caratterizzata da ana marcata stagionalit�, con una breve stagione umida (da Giugno ad Ottobre) in cui concentra gran parte delle produzione di biomassa vegetale e di conseguenza la produzione di derrate alimentari, seguita da una lunga stagione secca (Novembre-Maggio). A seconda della distanza dal Sahara le precipitazioni medie annuali vanno dai 150 mm annui ai 500, con elevata variabilit� tra le annate. In questo sistema cos� mutevole la pastorizia transumante � l?attivit� antropica che meglio si adattata alle dinamiche stagionali. Difatti le uniche fonti di cibo sono date dalla pastorizia e, ove possibile, da agricoltura di sussistenza di specie molto rustiche come il Miglio (Pennisetum glaucum). Nonostante questi adattamenti la regione ha subito una serie di crisi umanitarie a partire dagli anni 70? del secolo scorso, causate da un brusco calo delle precipitazioni annuali. Il fenomeno climatico � risultato essere dovuto ad anomalie di temperature dell?oceano Atlantico, similmente al fenomeno de El Ni�o. Nonostante le piogge siano in lenta ripresa dall?inizio degli anni 90?, ricorrenti crisi umanitarie continuano ad interessare l?area (l?ultima nel 2010), motivo per cui le strategie da adottare per incrementare la sicurezza alimentare dell?area rimangono questioni dibattute. In particolare, essendo il Sahel un?area marginale a ridosso di una zona iper-arida, non vi sono gli estremi per attuare due comuni strategie di food security, l?incremento delle aree coltivate e l?intensificazione delle produzioni. In questo contesto, in cui strategie top-down sono inefficaci o dannose, � il monitoraggio del territorio che riveste un ruolo cruciale. In particolare in un?area semi-naturale vasta come quella Saheliana, gli strumenti del telerilevamento satellitare sono strategici grazie alla loro capacit� di fornire dati spazializzati ed ad elevata risoluzione temporale. Scopo del lavoro � stato quello di contribuire a due aspetti del monitoraggio delle risorse naturali: lo studio di serie storiche di dati satellitari per individuare zone sottoposte a cronico degrado e studiare parametri correlati allo sviluppo della biomassa vegetale ad al suo stato idrico. Mentre il primo lavoro vuole dare informazioni utili alla pianificazione della gestione delle risorse naturali, il secondo vuole fornire informazioni in grado di fotografare in tempo reale l?andamento della stagione corrente. La prima parte del lavoro ha riguardo il confronto sull?intera Africa Occidentale tra il 1998 e il 2009) dei i trend delle cumulate stagionali di NDVI come proxy dello sviluppo vegetazionale, e delle precipitazioni in quanto variabile climatiche guida. I risultati hanno confermato che larga parte del territorio saheliano ha visto queste due variabili come perfettamente concordi durante il decennio passato. Tuttavia sono state evidenziate aree in cui i trend di produzione vegetale non sono spiegati dalle piogge. Aree in cui le produzioni sono aumentate nonostante la sostanziale stabilit� delle precipitazioni (Anomalous Greening, AG) risultano pi� frequenti nelle aree pi� meridionali dell?Africa Occidentale ove � preponderante l?attivit� agricola (West Sudanian savannah, 46% degli AG rilevati), mentre zone localizzate di anomalo decremento dell?NDVI (Anomalous Degradation, AD) sono state rilevate nelle zone pi� aride del Sahel (Sahelian Acacia savannah, 59% degli AD rilevati). La analisi condotte a scala pi� di dettaglio con immagini ad alta risoluzione (30 m) hanno mostrato come queste anomalie si correlino ad usi e coperture del suolo differenti, con l?AG in aree agricole l?AD in aree marginali ove � praticabile unicamente la pastorizia. Due casi particolari di AG hanno mostrato eventi particolarmente drammatici in Chad e in Sudan. Entrambi i fenomeni sono risultati, da remoto, in un incremento dello sviluppo vegetazionale non legato alle piogge, dovuto al ritiro delle acque del lago Chad ed all?abbandono delle terre di pascolo a seguito del conflitto del Darfur (2005-2006). I risultati sino a qui ottenuti permettono di sviluppare una mappatura tematica di aree localizzate soggette a cronico degrado, evidenziando in un sistema semi-naturale largamente legato alle precipitazioni zone in cui altre variabili vanno ad incidere sullo sviluppo vegetazionale. Queste possono essere approfondite dagli esperi locali, in modo da verificare se una popolazione rurale in continua crescita demografia sia incidendo sulla capacit� di carico dell?ecosistema. La seconda parte del lavoro si � concentrata sullo stima dello stress idrico e della biomassa, due variabili fondamentali nel monitoraggio delle risorse naturali e pascolive in aree semi-aride. Serie temporali di frazione evapotraspirativa (EF) a bassa risoluzione sono state ottenute grazie alla relazione tra albedo e temperature superficiale. L?EF � una componente del bilancio energetico ed � strettamente correlata con la disponibilit� idrica per la pianta. Le stime risultano avere dinamiche spaziotemporali coerenti con quelle che sono le dinamiche ecologiche della regione (piogge, fase vegetativa etc.) . Inoltre, l?EF � risultata altamente correlata con flussi energetici misurati a terra da una stazione eddy covariance in Niger (r2 > 0.7). Il metodo implementato � di sicura utilit� per la stima dello stress idrico su vaste aree come quella Saheliana, frequentemente interessata da siccit� e piogge scarse. Stime di produzioni di biomassa sono state ottenute dal prodotto operativo satellitare Dry Matter Productivity (DMP) basato su di un modello di Light Use Efficiency (LUE). Le stime satellitari sono state valutate grazie al confronto con dati di produzione di biomassa pascoliva in 46 siti di misura in Niger lungo 10 anni (2000-2009). Le stime da remoto riportano valori di biomassa (kg/ha) in linea con le produzioni medie annuali dell?area, tra i 200 kg/ha (aree iper-aride in annate sfavorevoli) e i 2000 kg/ha (pascoli altamente produttivi). Tuttavia le correlazioni coi dati di campo risultano basse (r2<0.3), ed il lavoro propone due approcci per incrementare l?accuratezza del modello satellitare. La prima consiste nell?integrazione dell?EF come fattore di efficienza di disponibilit� idrica, attualmente non considerata dal DMP. L?EF ha permesso di incrementare la capacit� del modello di LUE di spiegare la variabilit� dei dati di campo, specialmente su quei siti ove � pi� marcata la carenza idrica. Inoltre � stato verificato che il modello pu� incrementare la sua accuratezza nel caso in cui diverse Radiation Use Efficency (RUE) siano considerate, e seconda delle differenti coperture vegetali presenti al suolo. Le biomasse di queste ?unit� ecologiche? presentano correlazioni staticamente differenti con le stime satellitari, e si differenziano tra di loro per la loro produttivit� media (max NDVI) e la loro fenologia (inizio della stagione, SoS). In conclusione, una stima satellitare di biomassa corretta per la disponibilit� idrica e l?efficienza d?uso della radiazione da parte delle diverse specie vegetali, una volta prodotta operativamente potr� fornire indicazioni sulla capacit� di carico dei pascoli nel corso della stagione, permettendo, se necessario, di produrre tempestive indicazioni sulle aree soggette a criticit�.