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World of Science | Review ISSW2018: Rilevamento di valanghe - industria e scienza

Cosa succede nella scienza della neve?

06/02/2020

Progressione delle velocità superficiali misurate dall'interferometro radar sulla parte instabile del ghiacciaio nei due giorni precedenti la valanga. — Progressione delle velocità superficiali misurate dall'interferometro radar sulla parte instabile del ghiacciaio durante i due giorni precedenti l'avallamento.

Aus Beitrag P7.6

Ogni due anni, l'International Snow Science Workshop (ISSW) riunisce scienziati e professionisti provenienti da una vasta gamma di aree tematiche diverse, ma sempre legate alla neve. Le nuove scoperte e i risultati della ricerca vengono presentati in diversi blocchi tematici - le cosiddette sessioni. Noi suddividiamo il tutto in bocconi più o meno digeribili e riassumiamo per voi le sessioni dell'ISSW2018 ogni quindici giorni.

Questa volta: rilevamento delle valanghe - Industria e ricerca

Quando, dove e che tipo di valanga si è verificata è un'informazione importante per molte istituzioni nelle regioni montane. Ovviamente, i servizi di avviso valanghe utilizzano queste informazioni per elaborare, convalidare e migliorare le loro previsioni: ogni valanga segnalata aiuta tutti gli altri. Un uso leggermente diverso dei sistemi di rilevamento valanghe è strettamente legato ai dispositivi di innesco artificiale. Spesso è difficile per i servizi di sicurezza sulle piste e sulle strade valutare direttamente il successo di un innesco artificiale: Anche se si può sentire l'esplosione, non si può vedere la valanga di notte o nella nebbia.

Il rilevamento svolge un ruolo importante anche nelle valanghe naturali dannose. Non tutti i percorsi valanghivi possono essere costruiti con una galleria, un tunnel o strutture di contenimento nell'affioramento della valanga, ma può essere possibile installare sistemi di allarme e di segnalazione. La differenza tra questi due sistemi consiste nell'attivazione diretta di misure come la chiusura dei binari e i semafori quando viene rilevata una valanga. Un sistema di allarme è caratterizzato dal fatto che emette un messaggio anche prima che si verifichi una valanga.

Un sistema di allarme di questo tipo è presentato nell'articolo P7.6. Il Weissmies e le sue ripide pareti di ghiaccio vengono osservati dapprima con un radar che reagisce in modo molto sensibile ai cambiamenti di superficie nell'ordine dei centimetri (radar interferometrico), in seguito solo con una telecamera ad alta risoluzione e una "analisi di correlazione delle immagini". Le autorità ricevono un avviso di valanga di ghiaccio quando si verifica una maggiore deformazione o movimento delle masse di ghiaccio. È quanto accaduto, ad esempio, nel settembre 2017, quando circa 300.000 m³ di ghiaccio hanno subito un'accelerazione. Le autorità hanno evacuato i residenti di Saas Grund colpiti e meno di 24 ore dopo la valanga di ghiaccio si è liberata in diverse raffiche, impedendo che raggiungesse il villaggio e causasse danni.

La potenza delle onde

Tutti i sistemi di rilevamento presentati si basano su metodi che utilizzano onde e vibrazioni diverse: Radar, sismica e infrasuoni. Con il radar, un'onda elettromagnetica (come la luce visibile, ma di lunghezza d'onda maggiore) viene emessa, riflessa dal manto nevoso o dalla valanga e nuovamente ricevuta. Lo spostamento di frequenza causato dall'effetto Doppler (tipico cambiamento di passo di un camion gru in transito) viene spesso utilizzato per distinguere il manto nevoso fermo dalla valanga in movimento. I metodi di rilevamento sismico utilizzano i movimenti caratteristici del terreno che non sono generati da terremoti ma da valanghe. L'infrasuono misura i "suoni" delle valanghe, che vengono trasmessi attraverso le vibrazioni dell'aria. Infrasuoni si riferisce al tono basso, che è al di sotto dello spettro uditivo umano.

Questi tre metodi principali differiscono quindi nel modo in cui rilevano le valanghe, ma soprattutto nel luogo in cui possono essere utilizzati efficacemente. Il radar richiede una linea di vista diretta sul percorso della valanga. La sismica ha bisogno di un ambiente il più possibile libero da interferenze antropiche e le valanghe devono raggiungere una certa dimensione. Anche gli infrasuoni hanno determinati requisiti topografici (eco, ombra acustica) e uno strato di neve solido e profondo sopra i sensori inghiotte letteralmente qualsiasi suono. O7.9 fornisce una buona panoramica dei vari metodi di rilevamento e dei loro limiti utilizzando un percorso valanghivo nella Bassa Engadina, dotato di tutti e tre i metodi.

Nel caso del radar, è soprattutto una società svizzera a presentare i suoi vari sistemi: L'articolo O7.1 mostra l'uso di un sistema di allarme basato su telecamere in combinazione con un sistema di allarme radar sul Bisgletscher, che chiude automaticamente le vie di comunicazione interessate. L'articolo O7.3 riporta un sistema di allarme radar molto simile che protegge la strada di un villaggio su un fiordo durante la lunga notte polare nel nord della Norvegia, indipendentemente dalle condizioni di visibilità e di luce. Nell'articolo P7.11, un radar viene utilizzato per rilevare le persone nell'area sciistica di Zermatt, al fine di evitare che persone come gli escursionisti sulle piste si trovino nelle aree interessate in caso di esplosione di sicurezza. Nell'articolo O7.12, un'azienda austriaca presenta il suo sistema radar per il rilevamento delle valanghe con vari esempi di installazione.

Impostazione del test di seppellimento di un oggetto con una piastra metallica e una persona sepolta a 50 cm e 1,5 m sotto la superficie della neve. Il drone si libra sopra la persona sepolta.

Aus Beitrag P7.9

I ricercatori non vogliono solo misurazioni binarie

La ricerca utilizza i sistemi radar non solo per il rilevamento (sì/no è un risultato binario), ma soprattutto la caratterizzazione delle proprietà d'impatto di diverse forme di valanga è la tipica applicazione scientifica. La ricerca sui radar è di primaria importanza nel sito svizzero di prova delle valanghe "Vallée de la Sionne", nel Vallese. Tre articoli forniscono una panoramica delle misurazioni effettuate negli ultimi anni: P7.1 sulle misurazioni radar Doppler, P7.7 su un radar che registra la posizione di una valanga in alta risoluzione, e O7.4 confronta il radar ad alta risoluzione con le misure sismiche registrate direttamente sul terreno del percorso della valanga.

Il contenuto informativo completo dei dati sismici è difficile da estrarre, poiché i singoli impatti della valanga, che influenzano il terreno e quindi i geofoni nel percorso della valanga, sono troppo "caotici". Tuttavia, il contributo O7.5 riesce a estrarre parametri importanti sul tipo e sulle dimensioni della valanga dall'ampiezza, dalle frequenze di impatto e, soprattutto, dal segnale della valanga in arrivo.

Come accennato in precedenza, una difficoltà dei dati sismici è rappresentata dalle numerose fonti di interferenza, che rendono difficile automatizzare il rilevamento affidabile delle valanghe nei dati continui. Nel contributo O7.10 vengono utilizzati algoritmi informatici simili ai metodi di riconoscimento vocale, consentendo così in futuro il rilevamento operativo di valanghe con sensori sismici in un raggio fino a 4 km. Nell'articolo O7.11 viene presentata un'applicazione sismica operativa: I sensori sono installati nelle aree di affioramento di potenziali percorsi valanghivi.

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Quattro articoli trattano il rilevamento con sensori di infrasuoni. Gli articoli O7.6, O7.7 e O7.8 confrontano il tasso di rilevamento basato sull'osservazione manuale delle valanghe e sulle registrazioni visive con, ad esempio, telecamere panoramiche. Giungono alla stessa conclusione che le valanghe di lunghezza superiore a 500 m (dimensione 3 e superiore) possono essere rilevate relativamente bene entro un raggio di 3 km intorno alla stazione. Il contributo O7.2 riferisce di sensori di infrasuoni a basso costo basati su microcontrollori Arduino, che possono essere utilizzati facilmente e in mobilità.

Sorprendentemente, c'è solo un contributo nella sessione, P7.2, che estrae le firme delle valanghe dai dati satellitari. Per farlo, utilizza gli algoritmi dei ricercatori norvegesi, che sono leader nel settore e hanno presentato molti lavori nella sessione operational remote sensing.

Riassunto grafico della sessione

ISSW2018

Non il rilevamento di valanghe, ma l'indagine non invasiva del manto nevoso Un altro blocco di argomenti della sessione tratta un po' a sproposito di dispositivi e sensori per l'indagine del manto nevoso, simili all'AvyScanner recentemente presentato all'ISPO. Tuttavia, i risultati dei contributi sono ancora molto lontani dalle promesse pubblicitarie dello strumento di sicurezza pubblicizzato. Ad esempio, il contributo P7.3 utilizza un radar a 24 Ghz, normalmente impiegato nel campo delle auto autonome. Tuttavia, a quanto pare è già difficile rilevare solo la transizione neve-terra con questo strumento, e si accontentano temporaneamente di piastre di ferro sul fondo del manto nevoso.

Il contributo P7.4 utilizza frequenze dimezzate per misurare il contenuto di acqua liquida del manto nevoso e anche per tracciare i fronti di fusione, ma possono vedere solo fino al primo strato umido del manto nevoso. A quanto pare, per misurare l'intero contenuto di acqua liquida sono necessarie frequenze molto più basse, come mostra l'articolo P7.8. Per misurare rapidamente la profondità della neve su un'ampia area, il peso di un sensore radar è stato ridotto e legato sotto un drone in P7.9. Poiché il radar copre una gamma di frequenze molto ampia, la profondità della neve può essere determinata con una precisione dell'80% anche con un contenuto d'acqua fino al 3%. Un altro sviluppo del radar per la misurazione della profondità e della densità della neve è presentato nell'articolo P7.14.

Panoramica dei rilevamenti automatici forniti da 7 sistemi IDA, che hanno operato durante la stagione invernale 2017-18: sono mostrate le valanghe naturali (verde) e quelle innescate artificialmente (rosso), nonché le detonazioni da RACS o artiglieria (giallo). Sono state rilevate più di 700 valanghe. — Panoramica delle rilevazioni automatiche fornite da 7 sistemi IDA, che hanno operato durante la stagione invernale 2017-18: sono mostrate le valanghe naturali (verde) e quelle innescate artificialmente (rosso), nonché le detonazioni da RACS o artiglieria (giallo). Sono state rilevate più di 700 valanghe.

Aus Beitrag O7.8

Conclusione

Questa sessione dell'ISSW2018 è un ottimo esempio del motto "fondere teoria e pratica", in quanto vi è un numero approssimativamente uguale di contributi provenienti dall'industria del rilevamento e dalla ricerca sui metodi di rilevamento. Radar, sismica e infrasuoni presentano ciascuno vantaggi e svantaggi ai fini del rilevamento, e finché questi non saranno eliminati o aggirati dalla combinazione dei metodi, l'osservazione manuale e il feedback rimarranno importanti per gli avvisi e le commissioni valanghe. Per noi appassionati di sport invernali, questo significa: segnalare l'attività valanghiva ai servizi di avviso valanghe locali, soprattutto dopo periodi di tempesta o da aree remote.

Nota

Questo articolo è stato tradotto automaticamente con DeepL e successivamente revisionato. Se tuttavia dovessi notare errori ortografici o grammaticali o se la traduzione non fosse comprensibile, ti preghiamo di inviare un'e-mail alla redazione.

All'originale (Tedesco)