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La superficie terrestre è soggetta a continui cambiamenti che modellano dinamicamente i paesaggi naturali. Fenomeni globali come il cambiamento climatico giocano un ruolo, come a breve termine, eventi locali di origine naturale o umana. Il gruppo di ricerca 3-D Geospatial Data Processing (3DGeo) dell'Università di Heidelberg ha sviluppato un nuovo metodo di analisi per aiutare a migliorare la nostra comprensione dei processi che modellano la superficie terrestre come quelli osservati nei paesaggi costieri o di alta montagna. A differenza dei metodi convenzionali che di solito confrontano due istantanee della topografia, l'approccio di Heidelberg può determinare, in modo completamente automatico e per lunghi periodi, quando e dove si verificano alterazioni della superficie e quale tipo di cambiamenti associati rappresentano.
Il metodo, nota come segmentazione spaziotemporale, è stato sviluppato sotto la guida del Prof. Dr. Bernhard Hoefle, il cui gruppo 3DGeo ha sede presso l'Istituto di geografia e il Centro interdisciplinare per il calcolo scientifico (IWR) dell'Università di Heidelberg. "Osservando intere storie di superficie, il nostro nuovo metodo basato su computer consente approcci più flessibili. A differenza dei metodi precedenti, non dobbiamo più specificare quali processi di cambiamento individuali vogliamo rilevare o i momenti che l'analisi dovrebbe includere, " afferma lo scienziato della geoinformazione. "Invece, aree e interi periodi di tempo durante i quali si verificano cambiamenti simili sono identificati in modo completamente automatico. Gli enormi set di dati tridimensionali delle misurazioni laser automatiche nel paesaggio rivelano così vari tipi di cambiamenti che il confronto diretto di soli due punti di misurazione non fa".
Tra le altre tecniche, Il team del prof. Hoefle utilizza la scansione laser terrestre (TLS) per misurare i paesaggi montuosi e costieri. Genera modelli tridimensionali di un paesaggio rappresentato come miliardi di punti di misurazione nelle cosiddette nuvole di punti 3D. "Si installano sistemi di misurazione sul posto e catturano il terreno in breve, intervalli regolari per diversi mesi, generando così serie temporali tridimensionali, " spiega Katharina Anders, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di ricerca di Bernhard Hoefle e presso l'IWR dell'Università di Heidelberg. Queste serie temporali 3D sono speciali perché contengono sia le proprietà temporali che spaziali, ergo 4-D, dei cambiamenti di superficie, che può quindi essere rivisto come in un video time-lapse.
"La segmentazione spaziotemporale ci permette di differenziare in dettaglio tra vari fenomeni che i metodi convenzionali rilevano come un singolo evento o talvolta per niente, " afferma Katharina Anders. Gli scienziati della geoinformazione di Heidelberg hanno applicato il loro metodo a una serie temporale 3D di un tratto di costa nei Paesi Bassi, che è stato acquisito ogni ora per cinque mesi dagli scienziati della Delft University of Technology. L'analisi dei dati dell'intero periodo di osservazione ha rivelato più di 2, 000 cambiamenti che rappresentano l'accumulo temporaneo o l'erosione di sabbia che si sono verificati in luoghi diversi con magnitudo variabile e in vari periodi di tempo. In questo caso, il trasporto dinamico della sabbia registrato dal sistema di misura è stato causato da complesse interazioni del vento, onde, e influenza umana. Di conseguenza, sono stati trasportati in media diversi camion di sabbia in un'area di 100 metri quadrati per un periodo di quattro settimane, senza l'influenza di grandi eventi di tempesta.
I risultati di tali analisi forniscono la base per ulteriori studi di fenomeni specifici o processi sottostanti. Allo stesso tempo, le informazioni ottenute sull'evoluzione dinamica delle superfici aprono nuove possibilità di parametrizzazione e quindi di adattamento di modelli ambientali informatici. "Il metodo che abbiamo sviluppato offre quindi un contributo complessivo al miglioramento della nostra comprensione geografica delle dinamiche del paesaggio naturale, " aggiunge Katharina Anders.