InSAR per il monitoraggio delle deformazioni del suolo: guida completa e applicazioni

L’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) è una potente tecnica di telerilevamento utilizzata per misurare la deformazione del suolo con elevata precisione su ampie aree. Analizzando immagini radar della superficie terrestre acquisite in diversi momenti, InSAR è in grado di rilevare cambiamenti minimi nell’elevazione del terreno – dell’ordine di centimetri o addirittura millimetri – che indicano deformazioni en.wikipedia.org. Questa guida completa spiega come funziona InSAR ed esplora le sue varie tecniche, le principali missioni satellitari che permettono l’InSAR, e la vasta gamma di applicazioni per il monitoraggio della deformazione del terreno. Confrontiamo anche InSAR con altri metodi di monitoraggio delle deformazioni come GNSS e il telerilevamento ottico, discutiamo dei suoi vantaggi e limiti, illustriamo studi di caso reali e evidenziamo tendenze e innovazioni future nella tecnologia InSAR.

Cos’è InSAR e Come Funziona

InSAR è un metodo basato sul radar per mappare i cambiamenti della superficie terrestre sfruttando le differenze di fase tra due o più immagini SAR (Synthetic Aperture Radar) della stessa area en.wikipedia.org. Un satellite SAR emette impulsi radar a microonde verso il suolo e registra i segnali di ritorno. Ogni pixel in un’immagine SAR contiene informazioni di ampiezza (intensità del segnale) e di fase. Quando due immagini SAR della stessa località vengono acquisite in momenti diversi, la fase differenziale di ogni pixel può essere calcolata. Questa differenza di fase – dopo aver corretto per fattori noti come la posizione del satellite e la topografia – viene utilizzata per creare un interferogramma che rivela quanto il suolo si sia mosso tra i due momenti di acquisizione usgs.gov. Le frange colorate in un interferogramma corrispondono a curve di livello di uguale movimento (ogni frangia spesso rappresenta alcuni centimetri di spostamento lungo la linea di vista del satellite). Se il suolo si è mosso verso il satellite (sollevamento) o lontano dal satellite (subsidenza), si verifica uno spostamento di fase, producendo distinti motivi di interferenza usgs.gov usgs.gov. Contando e interpretando queste frange, gli scienziati possono misurare la deformazione del suolo con precisione centimetrica o millimetrica su ampie aree.

InSAR può essere effettuato tramite osservazioni satellitari repeat-pass (lo stesso satellite che rivisita l’area in un secondo momento) o single-pass con due antenne simultanee (come nella Shuttle Radar Topography Mission per la creazione di DEM). Nell’InSAR repeat-pass, le due immagini sono acquisite a distanza di giorni o settimane. Qualsiasi variazione della superficie nell’intervallo (ad esempio movimento tettonico o subsidenza) si manifesterà come una differenza di fase. Una sfida è che la fase raw dell’interferogramma include contributi non solo dalla deformazione del suolo ma anche dalla topografia, da differenze orbitali del satellite, ritardi atmosferici e rumore earthdata.nasa.gov. Per isolare il segnale di deformazione, un approccio comune è il Differential InSAR (D-InSAR) – che utilizza un modello digitale di elevazione noto (DEM) o un’immagine SAR aggiuntiva per sottrarre la fase topografica, lasciando solo le variazioni di fase indotte dalla deformazione earthdata.nasa.gov. Dopo questa elaborazione (inclusi l’appiattimento della curvatura, la rimozione della topografia, la filtrazione del rumore e l’unwrapping della fase per convertire la fase relativa in spostamento reale), il risultato è una mappa degli spostamenti del suolo tra le date delle immagini.

Tipi di Tecniche InSAR

L’InSAR si è evoluto dal semplice confronto di due immagini a sofisticati algoritmi multi-immagine che migliorano l’accuratezza e superano limiti come il rumore e la decorrelazione. Le principali tecniche InSAR comprendono:

Differential InSAR (D-InSAR): L’approccio classico che utilizza due immagini SAR (prima e dopo un evento) e spesso un DEM per rilevare variazioni. Simulando e rimuovendo il contributo del terreno dall’interferogramma, D-InSAR produce un interferogramma differenziale che evidenzia la deformazione superficiale tra le date delle immagini ltb.itc.utwente.nl. Questa tecnica è efficace nella deformazione da eventi singoli (ad esempio un terremoto o un’eruzione vulcanica) ed è stata utilizzata emblematicamente per il terremoto di Landers nel 1992 in California, dove InSAR ha mappato per la prima volta lo spostamento coseismico del terreno en.wikipedia.org. D-InSAR è concettualmente semplice e ampiamente usato, ma può essere compromesso dalla decorrelazione (perdita di coerenza del segnale) se la superficie del suolo cambia troppo o la copertura vegetale varia tra le immagini.
Persistent Scatterer InSAR (PS-InSAR): Una tecnica multi-temporale avanzata che analizza uno stack di decine o persino centinaia di immagini SAR per identificare i “persistent scatterers” – punti sul terreno (spesso strutture artificiali o affioramenti rocciosi) che riflettono costantemente i segnali radar nel tempo en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Concentrandosi su questi punti stabili, PS-InSAR misura movimenti molto piccoli con accuratezza millimetrica su lunghi periodi earthdata.nasa.gov. Questo metodo, sviluppato alla fine degli anni ’90, supera molti limiti dell’InSAR tradizionale evitando aree che decorrelano. PS-InSAR separa la deformazione da ritardi atmosferici e rumore attraverso l’analisi statistica del dataset multi-immagine earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. È particolarmente utile nelle aree urbane ricche di strutture stabili, e viene ampiamente applicato per monitorare processi lenti come subsidenza, frane e cedimenti strutturali con precisione di pochi millimetri all’anno earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov.
SBAS InSAR (Small Baseline Subset): Un altro approccio multi-temporale che utilizza una rete di interferogrammi generati da molteplici immagini SAR, ma limita le combinazioni a quelle con piccole baseline spaziali e temporali (cioè immagini acquisite da posizioni orbitali simili e tempi di acquisizione ravvicinati). Accoppiando solo le immagini che non sono troppo distanti tra loro, SBAS riduce la decorrelazione e le differenze atmosferiche ltb.itc.utwente.nl. La tecnica quindi unisce questi interferogrammi di piccola baseline per ricavare la serie temporale della deformazione per ogni pixel coerente ltb.itc.utwente.nl. SBAS è ideale per misurare lente deformazioni di lungo periodo su vaste aree, anche in regioni con vegetazione o scarsa urbanizzazione, perché sfrutta tutti i punti coerenti disponibili (non solo pochi persistent scatterers). Il risultato di SBAS è normalmente una mappa della velocità media e una storia degli spostamenti per ogni pixel nel periodo osservato. In sintesi, mentre PS-InSAR si focalizza su un insieme sparso di punti molto affidabili, SBAS-InSAR sfrutta un insieme distribuito di punti tramite una selezione intelligente delle coppie di immagini e può catturare anche evoluzioni non lineari della deformazione mdpi.com researchgate.net.

Queste tecniche (e le loro varianti) sono spesso indicate collettivamente come InSAR time-series o InSAR multi-temporale. Rappresentano la “seconda generazione” dei metodi InSAR en.wikipedia.org en.wikipedia.org e hanno notevolmente ampliato la capacità dell’InSAR, passando dal rilevamento di eventi singoli al monitoraggio continuo di lente deformazioni lungo anni.

Principali Missioni Satellitari e Tecnologie nell’InSAR

Le missioni radar satellitari sono la spina dorsale dell’InSAR. Negli ultimi decenni, numerosi sensori SAR spaziali sono stati lanciati, fornendo le immagini radar necessarie per l’interferometria. Ogni missione ha particolari bande di frequenza radar, modalità di acquisizione ed intervalli di rivisita che influenzano le prestazioni InSAR. Di seguito una panoramica sulle principali missioni SAR comunemente utilizzate per il monitoraggio della deformazione del suolo:

Missione Satellitare	Agenzia	Banda Radar	Ciclo di Ripetizione	Operatività	Note
ERS-1/ERS-2 (European Remote Sensing)	ESA (Europa)	Banda C (5,6 cm)	35 giorni	1991–2000 (ERS-1); 1995–2011 (ERS-2)	Primi satelliti a dimostrare l’InSAR per deformazioni tettoniche e vulcaniche earthdata.nasa.gov. L’intervallo di 35 giorni limitava il rilevamento di cambiamenti rapidi, ma ha fornito le basi per le tecniche InSAR.
Envisat	ESA (Europa)	Banda C	35 giorni	2002–2012	Ha continuato l’eredità di ERS con strumentazione migliorata. Ha fornito dati per molti studi InSAR pionieristici su subsidenza e terremoti usgs.gov.
ALOS-1 (Daichi) / ALOS-2	JAXA (Giappone)	Banda L (23,6 cm)	46 giorni (ALOS-1); 14 giorni (ALOS-2) earthdata.nasa.gov	2006–2011 (ALOS-1); 2014–presente (ALOS-2)	La lunga lunghezza d’onda della banda L penetra meglio la vegetazione, mantenendo la coerenza in aree forestali earthdata.nasa.gov. Il ciclo di rivisita di 14 giorni di ALOS-2 e il sensore PALSAR-2 hanno migliorato il monitoraggio nelle regioni tropicali.
TerraSAR-X / TanDEM-X	DLR (Germania)	Banda X (3,1 cm)	11 giorni (TerraSAR-X)	2007–presente (TSX); 2010–presente (TDX)	SAR ad alta risoluzione in banda X (fino a ~1 m). TerraSAR-X e la gemella TanDEM-X volano in formazione per generare DEM globali precisi. Spesso utilizzati per studi dettagliati su scala locale (es. monitoraggio urbano).
COSMO-SkyMed (Costellazione)	ASI (Italia)	Banda X	~4–16 giorni (varia con la costellazione di 4 satelliti)	2007–presente (prima generazione); 2019–presente (seconda generazione)	Quattro satelliti che forniscono immagini frequenti, particolarmente utili per risposte rapide a eventi. La banda X garantisce grande dettaglio, ma può perdere coerenza più velocemente in presenza di vegetazione.
Sentinel-1A/B (Copernicus)	ESA (Europa)	Banda C	12 giorni ciascun satellite (6 giorni combinati) en.wikipedia.org	2014–presente (1A lanciato nel 2014; 1B 2016; 1C lanciato nel 2024)	Pilastro dell’InSAR globale. Dati aperti e gratuiti, ampia striscia (250 km) e rivisita regolare, consentendo la mappatura operativa della deformazione a livello mondiale. La rivisita di Sentinel-1 dai 6 ai 12 giorni (con due satelliti in orbita) permette serie temporali dense e ha reso possibili programmi di monitoraggio nazionale esa.int.
RADARSAT-2 / RCM (Radarsat Constellation)	CSA (Canada)	Banda C	24 giorni (Radarsat-2); 4 giorni (RCM, 3 satelliti)	2007–presente (R-2); 2019–presente (RCM)	RCM (Radarsat Constellation Mission) offre copertura frequente del Canada e oltre per il monitoraggio operativo (es. permafrost, infrastrutture).
NISAR (NASA-ISRO SAR)	NASA/ISRO (USA/India)	Doppia banda L & S	12 giorni (previsto)	Lancio previsto ~2025	Missione in arrivo con capacità a doppia frequenza. Punta a offrire copertura globale a 12 giorni sia in banda L che S, migliorando le misurazioni di deformazione in aree vegetate e urbane. Si prevede che aumenterà notevolmente il volume di dati InSAR per applicazioni scientifiche e civili.

Nota tecnologica: Le diverse bande radar presentano compromessi diversi. La banda C (lunghezza d’onda ~5–6 cm, utilizzata da ERS, Envisat, Sentinel-1, Radarsat) offre un buon equilibrio tra risoluzione e penetrazione della vegetazione, ma può soffrire di perdita di coerenza in aree molto vegetate o innevate. La banda X (~3 cm, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed) può raggiungere risoluzioni spaziali molto elevate, ma perde coerenza rapidamente sopra la vegetazione ed è spesso impiegata per il monitoraggio mirato di siti specifici. La banda L (~23–24 cm, utilizzata da ALOS, futura NISAR-L) ha una lunghezza d’onda maggiore che penetra meglio vegetazione e suolo, mantenendo la coerenza su tempi più lunghi e attraverso la vegetazione earthdata.nasa.gov. La banda L è eccellente per il rilevamento di deformazioni in regioni forestali o agricole, sebbene le sue immagini abbiano una risoluzione nativa inferiore.

Orbita e rivisita del satellite sono elementi cruciali per l’InSAR: intervalli di ripetizione più brevi permettono aggiornamenti più frequenti sulle deformazioni e riducono il rischio di cambiamenti intermedi (cosa che aiuta la coerenza). Ad esempio, la costellazione Copernicus Sentinel-1 (con due satelliti e rivisita combinata di 6 giorni) garantisce un flusso continuo di dati che ha rivoluzionato la nostra capacità di monitorare i movimenti del suolo in maniera continua esa.int earthscope.org. Al contrario, missioni precedenti come ERS o ALOS-1, con cicli di 35–46 giorni, potevano non rilevare cambiamenti rapidi o soffrire più facilmente di perdita di coerenza su intervalli più lunghi. La tendenza recente è verso costellazioni multi-satellite e tempi di rivisita sempre più brevi – alcuni fornitori commerciali (Capella Space, ICEYE, ecc.) operano flotte di microsatelliti in banda X che possono acquisire immagini su determinate aree quotidianamente o persino più volte al giorno, sebbene con ampiezze di striscia minori.

In sintesi, il panorama InSAR di oggi è reso possibile dalla combinazione di satelliti pubblici (come Sentinel-1, ALOS-2) e missioni commerciali, che forniscono dati multi-banda con copertura globale. Le politiche di dati aperti di missioni come Sentinel-1 hanno in particolare favorito le applicazioni InSAR, permettendo a scienziati ed enti di tutto il mondo di accedere gratuitamente a immagini radar frequenti per il monitoraggio delle deformazioni esa.int.

Principali Applicazioni dell’InSAR per il Monitoraggio delle Deformazioni del Suolo

Uno dei maggiori punti di forza dell’InSAR è la sua versatilità nell’osservare molti tipi di deformazione del suolo. Di seguito le principali aree applicative in cui l’InSAR è diventato uno strumento indispensabile, con casi reali:

Terremoti e Movimenti Tettonici

L’InSAR è forse più noto per la mappatura della deformazione del suolo indotta da terremoti. Confrontando immagini SAR di prima e dopo un terremoto (InSAR co-sismico), gli scienziati possono produrre interferogrammi che mostrano il modello di deformazione associato all’evento sismico. Queste “fascie” forniscono una misura diretta dello spostamento del suolo lungo la linea di vista del satellite, rivelando tipicamente ampie zone di sollevamento e subsidenza che si estendono attorno alla faglia. L’InSAR può catturare sia le componenti orizzontali che verticali (proiettate nella linea di vista radar) degli spostamenti sismici con precisione centimetrica, su tutta la regione colpita – cosa non possibile con sensori terrestri sparsi. La prima applicazione su vasta scala fu con il terremoto di Landers del 1992 (M7.3) in California, dove l’InSAR rivelò il campo di spostamento co-sismico e suscitò grande interesse nella comunità geofisica verso questa tecnologia en.wikipedia.org. Da allora, l’InSAR è stato impiegato praticamente in tutti i principali terremoti mondiali per mappare lo spostamento del suolo e determinare lo scorrimento delle faglie in profondità.

Ad esempio, il terremoto di İzmit del 1999 (M7.6) in Turchia ha prodotto un interferogramma classico con frange molto ravvicinate vicino alla faglia – ogni ciclo completo di colori corrisponde a pochi centimetri di spostamento – consentendo agli scienziati di stimare in dettaglio lo scorrimento della faglia. Più recentemente, i satelliti Sentinel-1 europei hanno permesso la generazione rapida di interferogrammi post-terremoto. Dopo il terremoto di Illapel in Cile (settembre 2015, M8.3), gli scienziati hanno elaborato un’immagine InSAR nel giro di pochi giorni, mostrando chiaramente lo schema di sollevamento costiero e subsidenza interna causato dall’evento sismico earthdata.nasa.gov. In quell’interferogramma, una frangia (cioè un ciclo completo di colori) rappresentava circa 8,5 cm di movimento del suolo lungo la linea di vista radar earthdata.nasa.gov. Queste mappe sono preziosissime per capire quali aree hanno subito i maggiori spostamenti e per modellare la distribuzione dello scorrimento sulla faglia in profondità. L’InSAR è stato inoltre utilizzato per monitorare l’accumulo di deformazione intersismica (il lento movimento del suolo lungo le faglie tra un terremoto e l’altro) e la deformazione post-sismica (slittamento successivo al sisma e rilassamento viscoso). In sintesi, l’InSAR fornisce una vista sinottica della deformazione tettonica, completando la sismologia terrestre e le reti GNSS grazie alla copertura spaziale continua su intere zone di faglia.

Monitoraggio dei Vulcani

I vulcani subiscono deformazioni superficiali quando il magma si muove al di sotto di essi e l’InSAR si è rivelato rivoluzionario nel rilevare e tracciare questi cambiamenti. La deformazione vulcanica spesso si manifesta come sollevamento (inflazione) quando il magma si accumula in camere magmatiche o dicchi, o subsidenza (deflazione) quando il magma si ritira o erutta. L’InSAR può monitorare questi lievi rigonfiamenti o avvallamenti sulla superficie di un vulcano da remoto, anche in aree molto isolate. Molti vulcani un tempo ritenuti dormienti sono stati scoperti “respirare” (gonfiarsi e sgonfiarsi) episodicamente, proprio grazie alle osservazioni radar da satellite.

I primi studi InSAR hanno catturato con successo grandi cambiamenti legati alle eruzioni (deformazione co-eruttiva). Ad esempio, negli anni ‘90 l’InSAR è stato utilizzato per mappare la deformazione del suolo associata ad eruzioni di vulcani nelle Ande e in Alaska earthdata.nasa.gov. Col tempo, la tecnica si è evoluta fino a osservare anche l’inflazione pre-eruttiva e le tendenze inter-eruttive. Un esempio emblematico è stato il monitoraggio del vulcano Okmok in Alaska: le immagini InSAR hanno mostrato che Okmok si è gonfiato di diversi centimetri negli anni precedenti un’eruzione, continuando a gonfiarsi regolarmente anche dopo l’eruzione del 2008, indicando la ricarica del magma agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Rilevare tali inflazioni è fondamentale per l’allerta precoce dei vulcani; rappresenta un’evidenza della pressurizzazione magmatica che potrebbe portare a un’eruzione se si verificano altre condizioni favorevoli.

La capacità dell’InSAR di coprire grandi aree vulcaniche spesso inaccessibili è un enorme vantaggio. Ad esempio, la costellazione COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana è stata utilizzata per monitorare l’inflazione della caldera dei Campi Flegrei in Italia, e Sentinel-1 viene regolarmente usato dagli osservatori per sorvegliare i vulcani in luoghi come le Isole Aleutine e l’America Centrale. In un caso, una serie temporale InSAR ha rivelato subsidenza di lungo termine al vertice del Kilauea e gonfiamenti episodici precedenti le eruzioni alle Hawaii. Un progetto globale dell’Agenzia Spaziale Europea chiamato TerraFirma (e il progetto successivo Geohazard Supersites) ha applicato la PS-InSAR a decine di vulcani, identificando deformazioni anche in vulcani non presenti in nessuna lista di sorveglianza en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Non ogni deformazione porta ad un’eruzione, ma l’InSAR aiuta a prioritizzare il monitoraggio: un cono vulcanico che si solleva silenziosamente di 5 mm/anno potrebbe giustificare indagini più dettagliate. In sintesi, l’InSAR è diventato un pilastro della geodesia vulcanica, permettendo di individuare segnali di instabilità nei vulcani di tutto il mondo e fornendo dati per modellare profondità e volume delle camere magmatiche – aspetti cruciali per la valutazione dei rischi.

Subsidenza del Terreno e Deplezione delle Acque Sotterranee

La subsidenza del terreno è l’abbassamento graduale del suolo, spesso causato da attività umane come l’estrazione di acqua sotterranea, la produzione di petrolio e gas o l’attività mineraria. L’InSAR è particolarmente adatta a misurare l’estensione spaziale e la magnitudo delle conche di subsidenza generate da questi processi usgs.gov. Diversamente dai rilievi livellometrici o dal GPS, che forniscono misure in un numero limitato di punti, l’InSAR può produrre mappe di deformazione ad alta densità (con migliaia di pixel di misura per chilometro quadrato) che coprono un’intera città o una valle agricola usgs.gov. Questo rende possibile identificare dove si verifica la subsidenza, con quale velocità, e persino dedurre cosa la stia causando.

Un’applicazione ben nota è la mappatura della subsidenza negli acquiferi eccessivamente sfruttati. Ad esempio, la Valle di San Joaquin in California e altre parti della Valle Centrale hanno sperimentato subsidenze significative (da diversi a decine di centimetri all’anno) a causa dell’estrazione di acque sotterranee durante i periodi di siccità. Immagini InSAR sulla California durante la siccità del 2007–2009 hanno mostrato ampie conche di subsidenza in corrispondenza di zone di intensa irrigazione agricola usgs.gov. Analogamente, nell’area di Phoenix, Arizona, l’InSAR ha rilevato cicli di subsidenza e sollevamento legati all’utilizzo e al reintegro stagionale delle acque sotterranee.

Uno dei casi più estremi di subsidenza si ha a Città del Messico, costruita su letti di argilla compressibili di antichi laghi e da decenni in costante sprofondamento a causa dell’estrazione di acqua sotterranea. Recenti serie temporali InSAR con dati Sentinel-1 hanno rivelato tassi di subsidenza impressionanti fino a circa 40–50 cm all’anno in alcune zone nature.com nature.com. Questo rapido sprofondamento ha causato gravi danni a edifici e infrastrutture (incluso il sistema metro della città) nature.com. L’InSAR è stato fondamentale per quantificare questa subsidenza e individuare le zone più colpite. In uno studio, gli scienziati hanno combinato l’interferometria con dati livellometrici e ingegneristici per valutare come l’affondamento irregolare (subsidenza differenziale) stia piegando e lesionando le linee della metro nature.com nature.com.

Il monitoraggio della subsidenza tramite InSAR non si limita alle problematiche delle acque sotterranee; viene utilizzato anche in aree di attività mineraria sotterranea o costruzione di tunnel (dove il terreno può collassare o assestarsi), estrazione di idrocarburi (che può causare vaste conche di subsidenza, ad esempio nei petroliferi), e in caso di bonifica delle torbiere o disgelo del permafrost nelle regioni settentrionali. Nelle città costiere, anche modeste subsidenze (pochi mm/anno) combinate con l’innalzamento del livello del mare possono aumentare i rischi di alluvione – l’InSAR aiuta a individuare questi affondamenti sottili. Il vantaggio dell’InSAR è fornire una visione d’insieme ampia per individuare le aree critiche di subsidenza: ad esempio, un’analisi PS-InSAR a Giacarta, Indonesia (anch’essa in rapido sprofondamento), ha permesso di localizzare distretti con subsidenze superiori a 20 cm/anno, un’informazione cruciale per urbanisti e protezione civile.

Frane e Stabilità dei Versanti

Rilevare e monitorare frane a lento movimento è un’altra importante applicazione dell’InSAR. Sebbene l’InSAR non possa cogliere una frana improvvisa e rapida in tempo reale (poiché questi eventi spesso provocano la decorrelazione del segnale radar), eccelle nell’osservare versanti in scivolamento e deformazioni precursori che avvengono su mesi o anni. Le frane che si muovono a pochi centimetri l’anno possono essere praticamente invisibili all’ispezione visiva, ma l’InSAR può mappare questi movimenti su interi pendii montani. Questo aiuta a produrre inventari di frane e mappe di suscettibilità, oltre a fornire allerta precoce per potenziali cedimenti dei versanti.

Ad esempio, l’InSAR è stato usato nelle Alpi e negli Appalachi per individuare frane a lento movimento che potrebbero minacciare strade o centri abitati. In uno studio nell’area della diga delle Tre Gole in Cina, la tecnica SBAS InSAR ha rivelato numerose instabilità dei versanti sulle sponde del bacino, guidando le autorità verso aree dove era necessaria un’indagine geologica più approfondita nature.com mdpi.com. In Italia, la PS-InSAR della costellazione Sentinel-1 è stata integrata nella mappatura nazionale delle frane, rilevando movimenti in frane note come quella a lento movimento di Ancona, oltre che in versanti instabili precedentemente non identificati. Il progetto europeo Terrafirma ha dimostrato la capacità dell’InSAR di monitorare la stabilità dei versanti in luoghi come i Pirenei e l’Italia settentrionale en.wikipedia.org.

L’approccio tipico consiste nell’usare serie temporali InSAR (PS o SBAS) per generare tassi di spostamento dei versanti. Gruppi di punti che mostrano un movimento costante verso valle (ad es. pochi cm/anno) indicano una frana in creep. Questi dati possono poi attivare indagini di dettaglio in campo o l’installazione di strumenti in situ prima che una piccola frana diventi un crollo catastrofico. Un esempio di applicazione efficace è la lenta frana di La Palma (Isole Canarie): l’InSAR ha rilevato un’accelerazione della deformazione su un fianco vulcanico, monitorato quindi attentamente per valutare il rischio di collasso. Un altro caso – nelle San Gabriel Mountains in California – ha visto l’utilizzo dell’InSAR per mappare i movimenti stagionali dei terreni in aree soggette a colate detritiche, rivelando quali versanti erano pronti a cedere dopo forti piogge.

In sintesi, l’InSAR aggiunge un prezioso livello di telerilevamento per la valutazione del rischio frana. È particolarmente efficace per frane di lunga durata e lente o per la mappatura post-evento degli spostamenti (ad esempio, per misurare quanto una frana abbia spostato il terreno). Tuttavia, anche le frane rapide possono talvolta essere studiate retrospettivamente confrontando immagini SAR prima e dopo l’evento (se la superficie non è stata completamente distrutta). Nel complesso, il monitoraggio delle frane basato su InSAR, specialmente quando integrato con immagini ottiche e GIS, è un campo in crescita nella gestione del rischio di disastri.

Monitoraggio di Infrastrutture e Aree Urbane

Poiché i segnali radar vengono riflessi fortemente dalle strutture artificiali, l’InSAR è particolarmente adatto al monitoraggio della stabilità di edifici e infrastrutture in ambienti urbani. Il Persistent Scatterer InSAR sfrutta in particolare gli abbondanti riflettori stabili nelle città (come edifici, ponti e altre strutture) per tracciare minimi movimenti verticali o orizzontali. Questo ha portato ad applicazioni in ingegneria civile e pianificazione urbana – in sostanza, utilizzare i satelliti per monitorare a distanza la salute strutturale e la stabilità del terreno sotto le città.

Ad esempio, i dati InSAR Sentinel-1 del 2015–2016 hanno rivelato deformazioni del suolo nel centro di San Francisco, individuando aree di subsidenza degli edifici. Nell’immagine sopra, i punti verdi indicano terreno stabile mentre i punti gialli, arancioni e rossi indicano strutture che stanno sprofondando (si allontanano dal satellite). In particolare, il grattacielo Millennium Tower emerge in rosso, confermando che stava sprofondando fino a circa 40 mm all’anno lungo la linea di vista del satellite esa.int (cioè circa 50 mm/anno di reale cedimento verticale, assumendo un’inclinazione minima). Questo famoso caso della “torre che sprofonda” era già noto grazie a misurazioni locali, ma l’InSAR ha fornito una mappa esaustiva dell’area circostante, mostrando che la subsidenza della torre era un’eccezione rispetto agli altri edifici esa.int. Informazioni di questo tipo sono essenziali per ingegneri e amministratori cittadini: hanno aiutato a confermare che i problemi delle fondazioni dell’edificio stavano causando notevoli movimenti e che erano necessari interventi. Al di fuori di San Francisco, mappe urbane di deformazione basate su PS-InSAR sono state generate per città come Los Angeles, Città del Messico, Shanghai e Amsterdam, contribuendo a individuare problematiche come cedimenti legati alla metropolitana, consolidamento di terreni bonificati o subsidenza dovuta all’uso di acque sotterranee.

Il monitoraggio delle infrastrutture tramite InSAR si estende anche alle infrastrutture lineari e alle strutture critiche. Ad esempio, l’interferometria radar è stata impiegata per monitorare ferrovie e autostrade alla ricerca di segnali di assestamento del terreno o movimenti legati a frane lungo i loro corridoi. In Norvegia, un servizio nazionale di deformazione basato su InSAR ora controlla regolarmente i movimenti di binari ferroviari e strade esa.int esa.int. L’InSAR è stato applicato anche su dighe e bacini, per verificare se la struttura della diga o il terreno circostante stia deformandosi, un possibile segnale di criticità. Allo stesso modo, ponti e gallerie in contesti urbani (come tunnel della metropolitana) sono stati controllati con InSAR per assicurarsi che le costruzioni non causino deformazioni superficiali indesiderate.

Un’altra applicazione importante è il monitoraggio delle infrastrutture costiere e portuali; ad esempio, il tracciamento dell’assestamento di piattaforme portuali o dighe marittime. Anche piste aeroportuali e strutture di grandi dimensioni come stadi o centrali elettriche possono essere monitorati per subsidenza o sollevamento. In sostanza, ogni bene posto su terreni comprimibili o in bacini in subsidenza può trarre vantaggio da una sorveglianza tramite telerilevamento. Il beneficio chiave è che l’InSAR può coprire l’intera area di interesse simultaneamente e aggiornare regolarmente (per Sentinel-1, ogni pochi giorni o settimane) lo stato della deformazione, senza necessità di sensori fisici sulle strutture.

In sintesi, l’InSAR è diventato uno strumento prezioso nella cassetta degli attrezzi per la gestione delle infrastrutture, offrendo dati di deformazione dettagliati sull’intera area. Molte aziende ora offrono servizi di monitoraggio InSAR per città e aziende (ad esempio, per monitorare un gruppo di serbatoi petroliferi soggetti a subsidenza, o una linea ferroviaria ad alta velocità). È un complemento economicamente vantaggioso alle ispezioni in loco, spesso in grado di rilevare primi segnali di movimento che passerebbero inosservati fino alla comparsa di danni visibili.

Confronto con Altre Tecnologie di Monitoraggio delle Deformazioni

L’InSAR è una tecnica potente, ma come si confronta con altri metodi come il rilevamento GNSS (GPS) o il telerilevamento ottico? Qui riportiamo le differenze, le complementarità e i compromessi:

InSAR vs. GNSS: Il GNSS (Global Navigation Satellite Systems, comunemente GPS) fornisce misure precise di deformazione in tutte e tre le dimensioni (nord, est, verticale) in posizioni puntuali specifiche a terra. Una stazione GNSS può registrare movimenti continui (spesso giornalieri o con frequenze anche maggiori), risultando eccellente per catturare la variazione temporale della deformazione in quel punto. L’accuratezza del GNSS può raggiungere il livello millimetrico per i movimenti orizzontali e verticali, e non è influenzata da nuvole o oscurità. Tuttavia, le reti GNSS sono rade: ogni stazione misura solo la propria posizione, quindi una copertura densa è costosa e richiede molto lavoro. L’InSAR, al contrario, offre una copertura spazialmente continua della deformazione su vaste aree (milioni di pixel di misura), ma misura il movimento solo lungo la linea di vista del satellite (una singola direzione che combina componenti verticali e orizzontali) researchgate.net. L’InSAR è anche tipicamente una misura episodica (ogni volta che passa il satellite), non realmente continua nel tempo come una stazione GNSS ad alta frequenza. Un’altra differenza riguarda la praticità: l’InSAR è remoto e non necessita di strumenti sul terreno (utile in aree inaccessibili o pericolose), mentre il GNSS richiede l’installazione e la manutenzione dei ricevitori in ogni sito. In termini di precisione, il GNSS spesso rileva più affidabilmente lievi tendenze a lungo termine perché non è influenzato da artefatti atmosferici su grandi distanze, essendo ancorato a un sistema di riferimento stabile. Le misure InSAR, soprattutto su aree molto vaste (>100 km), possono avere distorsioni dovute a ritardi atmosferici o incertezze orbitali agupubs.onlinelibrary.wiley.com agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Ad esempio, una scena InSAR può mostrare una leggera inclinazione dovuta in realtà alla troposfera e non a una deformazione reale. I ricercatori spesso combinano entrambi i dati: usando le misure GNSS per calibrare o validare i dati InSAR, o per fornire il contesto tridimensionale (ad esempio, separando movimento verticale e orizzontale) che una sola geometria di visualizzazione InSAR non può dare mdpi.com. Nonostante queste differenze, le due tecniche sono altamente complementari. Una chiara affermazione è: “Il GNSS fornisce misure molto precise ma su un numero limitato di punti e con grande impegno, mentre l’InSAR fornisce un grandissimo numero di punti di misura su un’area” mdpi.com. In pratica, gli studi moderni sulle deformazioni integrano GNSS e InSAR – il GNSS fornisce l’ancoraggio del quadro generale e monitoraggio continuo in siti chiave, mentre l’InSAR riempie i dettagli spaziali su tutta la regione.
InSAR vs. Telerilevamento Ottico: L’imaging ottico (come la fotografia aerea o immagini ottiche satellitari da Landsat, SPOT, ecc.) è un altro approccio per osservare i cambiamenti superficiali. Il classico rilevamento delle variazioni ottiche può mettere in evidenza cambiamenti della superficie, come cicatrici di frane, rotture di faglia o sinkhole, ma non può misurare direttamente piccole deformazioni con la precisione dell’InSAR. Una tecnica ottica per rilevare spostamenti è il pixel offset tracking: correlando elementi in due immagini ottiche acquisite in momenti diversi, è possibile misurare spostamenti orizzontali provocati da eventi (usato ad esempio per mappare spostamenti superficiali da terremoto o il flusso di un ghiacciaio). Tuttavia, la precisione del pixel tracking ottico è dell’ordine di una frazione di pixel (tipicamente decimetri o metri a terra), molto meno sensibile rispetto alla capacità millimetrica-centimetrica dell’InSAR. I metodi ottici funzionano bene per movimenti grandi e rapidi (come uno spostamento da terremoto di 2 m o un ghiacciaio veloce che si muove di 100 m/anno), mentre l’InSAR è ottimo per movimenti lenti e sottili (pochi cm in mesi). Un altro limite è che i sensori ottici richiedono luce diurna e tempo sereno. Il radar InSAR ha il grande vantaggio di funzionare in tutte le condizioni atmosferiche, di giorno e di notte capellaspace.com. Nubi, fumo o oscurità non ostacolano il SAR, mentre l’imaging ottico si interrompe in caso di nuvolosità ed è necessario l’illuminazione. Per il monitoraggio di lungo termine, l’InSAR garantisce dati più regolari in regioni nuvolose (ad esempio, aree tropicali) dove le immagini ottiche potrebbero essere spesso oscurate. D’altro canto, le immagini ottiche forniscono informazioni a colori reali o nell’infrarosso che l’InSAR non offre – quindi sono migliori per un’interpretazione visiva dei danni o dei cambiamenti (ad esempio, per individuare l’area di una frana o il crollo di un edificio da immagini). Esistono però sinergie emergenti: ad esempio, usando satelliti ottici ad alta risoluzione per rilevare cambiamenti improvvisi e satelliti SAR per monitorare la deformazione continua. In certi casi, i cambiamenti di elevazione possono essere misurati mediante fotogrammetria ottica o differenze da lidar (ad esempio, DEM stereo prima e dopo l’evento o scansioni laser). Queste tecniche possono raggiungere un elevato dettaglio spaziale ma sono in genere fotografie istantanee e richiedono molta elaborazione. L’InSAR resta il metodo più efficiente per la vigilanza ordinaria e su larga scala delle deformazioni.

In sintesi, InSAR vs altri: L’InSAR eccelle per copertura spaziale e precisione relativa su un’area, il GNSS per precisione continua e posizionamento assoluto nei punti, e i metodi ottici sono utili per grandi cambiamenti discreti e per fornire contesto (e in casi dove il radar può avere limitazioni, come movimenti molto rapidi che causano aliasing). Spesso la migliore comprensione si ottiene con un approccio multi-sensore – ad esempio, usando il GNSS per correggere errori a lunga lunghezza d’onda nei dati InSAR escholarship.org, o combinando dati ottici e SAR per caratterizzare completamente una frana (con l’ottico che mostra l’area colpita e l’InSAR che ne dà la velocità di deformazione).

Vantaggi e limitazioni dell’InSAR

Come tutte le tecnologie, anche l’InSAR presenta punti di forza e debolezze. Comprenderli è fondamentale per applicare la tecnica in modo efficace:

Principali vantaggi dell’InSAR:

Copertura di vaste aree ad alta densità: L’InSAR può misurare le deformazioni su aree estese (centinaia di chilometri quadrati) in una singola immagine, con punti di misurazione ogni poche decine di metri. Questo produce milioni di punti dati, superando di gran lunga la risoluzione spaziale dei rilievi terrestri usgs.gov. È l’ideale per individuare hotspot di deformazione localizzati all’interno di una regione ampia – come, ad esempio, trovare una piccola zona di subsidenza in un’intera città.
Telerilevamento (nessuna strumentazione a terra necessaria): Poiché si basa sui satelliti, l’InSAR può monitorare regioni remote o inaccessibili (montagne, deserti, zone di guerra) senza bisogno di infrastrutture a terra. Questo significa anche che non è necessario accedere fisicamente a siti potenzialmente pericolosi (vulcani, frane) per ottenere dati di deformazione.
Alta precisione e sensibilità: L’InSAR è in grado di rilevare movimenti del suolo molto sottili – nell’ordine dei millimetri o centimetri – nell’intervallo temporale del ciclo di ripetizione dei satelliti en.wikipedia.org. È difficile e costoso ottenere una precisione simile su ampie aree con i metodi tradizionali. Tecniche come la PS-InSAR migliorano ulteriormente la precisione, arrivando a pochi millimetri l’anno su bersagli stabili earthdata.nasa.gov.
Economicità: Utilizzare dati satellitari già disponibili (specialmente da fonti gratuite come Sentinel-1) è conveniente rispetto alla necessità di installare reti GPS dense o di effettuare frequenti livellazioni sul campo. L’InSAR richiede spesso solo tempo di elaborazione ed esperienza – i dati sono sempre più disponibili e gratuiti. È stato rilevato che l’InSAR è “spesso meno costoso dell’ottenere misurazioni puntuali sparse tramite rilievi gravosi con livello e GPS” usgs.gov, soprattutto per il monitoraggio di routine.
Funzionamento in ogni condizione meteorologica, giorno/notte: I segnali radar sono in gran parte insensibili alle condizioni meteo (penetrano le nuvole) e non dipendono dalla luce solare. Questo significa che l’InSAR può raccogliere dati attraverso nuvole, fumo e di notte capellaspace.com. Questo è un enorme vantaggio rispetto all’imaging ottico in aree con copertura nuvolosa frequente o durante la lunga notte polare, e per rispondere rapidamente agli eventi (si può ricavare un interferogramma anche se un terremoto avviene di notte o durante una tempesta, mentre le camere ottiche dovrebbero aspettare il ciel sereno e la luce del giorno).
Archivio storico di dati: Esiste un lungo archivio di dati SAR (sin dagli anni ’90 con ERS-1). In molti casi si può guardare alla deformazione passata elaborando immagini archiviate. Queste analisi retrospettive possono rivelare deformazioni che hanno preceduto le reti di strumenti o sono passate inosservate (ad es., subsidenza lenta in decenni). Permette di fatto di “viaggiare nel tempo” per analizzare i cambiamenti del suolo, qualora esistano immagini SAR per quei periodi.
Sinergeticità con altri dati: I risultati InSAR possono essere integrati con modelli e altri dati (ad esempio, inserendo una mappa di spostamenti derivata da InSAR in un modello idrogeologico o di movimento di faglia). Guida anche l’installazione mirata di sensori a terra – per esempio, se l’InSAR rileva movimenti inattesi in una zona, i ricercatori possono installare GPS o altri strumenti per uno studio più attento usgs.gov.

Principali limiti e sfide dell’InSAR:

Decorelazione del segnale: L’InSAR si basa sul mantenimento della coerenza del segnale radar proveniente dallo stesso punto del suolo tra due acquisizioni. Cambiamenti della superficie terrestre possono rendere casuale la fase, rendendo impossibile la misurazione in quelle aree. Crescita della vegetazione, attività agricole (aratura), cambiamenti del manto nevoso o lavori edilizi causano decorelazione en.wikipedia.org en.wikipedia.org. In paesaggi fortemente vegetati o soggetti a rapidi cambiamenti, gran parte di un interferogramma può risultare rumorosa (decorrelata), senza quindi dati utilizzabili. Intervalli temporali lunghi e differenze di traiettoria tra immagini aumentano la decorelazione en.wikipedia.org. Metodi avanzati (PS, SBAS) minimizzano il problema concentrandosi su punti stabili o su intervalli temporali brevi, ma la decorelazione resta una limitazione fondamentale – per esempio, l’InSAR fatica nelle foreste pluviali dense (da qui la spinta per missioni L-band poco suscettibili alla vegetazione).
Misura solo lungo la linea di vista (limitazione direzionale): L’InSAR misura la deformazione solo lungo la linea di vista del satellite (che ha un’angolazione d’incidenza, tipicamente tra 20–45° rispetto al verticale). Ciò significa che non si ottiene il vettore di spostamento 3D completo da un singolo dataset InSAR researchgate.net. Sono misurati i movimenti verticali e la componente orizzontale lungo la direzione radar, ma quelli perpendicolari al fascio radar (ad es. il movimento nord-sud per un satellite in orbita polare) possono sfuggire. Per caratterizzare completamente la deformazione, spesso si combinano due geometrie di osservazione (orbite ascendenti e discendenti) o l’InSAR con dati GNSS. Inoltre, l’InSAR fornisce spostamenti relativi tra punti – tipicamente un pixel viene scelto come riferimento (assunto fermo) e tutte le misure sono relative ad esso. Movimenti comuni all’intera scena o inclinazioni a grande scala possono sfuggire senza riferimenti esterni.
Ritardi atmosferici: La variabilità atmosferica tra le acquisizioni radar può introdurre ritardi di fase che imitano una deformazione. Ad esempio, una bolla d’umidità o una differenza di pressione possono rallentare il segnale radar, creando un pattern di fase non correlato ai movimenti reali del suolo en.wikipedia.org en.wikipedia.org. Questi artefatti atmosferici possono avere scale di pochi o decine di km, a volte creando pattern ad anello o gradienti che, se non opportunamente corretti, possono essere confusi con vere deformazioni. Esistono tecniche per limitare gli effetti atmosferici (ad es. sommare più interferogrammi, usare modelli meteorologici o dati GNSS sul contenuto di vapore acqueo), ma rimane una fonte d’errore rilevante per piccole deformazioni. L’InSAR è più affidabile quando i segnali mostrano pattern spaziali o temporali coerenti distinti dal rumore atmosferico casuale.
Copertura e rivisita satellitare: Sebbene vi siano molti satelliti in funzione, persistono limitazioni su quando e dove acquisiscono i dati. Un satellite ha un’orbita e una schedulazione di rivisita fissata; se non è programmato per acquisire dati su una zona, non ci saranno immagini (in passato questo ha creato lacune in alcune regioni). In passato, satelliti come ERS o Envisat non coprivano tutto in modo continuo, generando archivi scarsi per certe località en.wikipedia.org. Oggi Sentinel-1 garantisce copertura sistematica, ma i SAR commerciali ad alta risoluzione possono essere taskati solo su richiesta. Il monitoraggio InSAR di un’area dipende dunque da acquisizioni regolari. Non è un monitoraggio continuo on-demand – i dati possono arrivare ogni 6–12 giorni (o più, in caso di guasto o spegnimento del satellite). Se un evento accade tra due passaggi, si vede solo l’effetto cumulativo. Questo non è un limite per processi lenti, ma per fenomeni improvvisi come sinkhole o frane l’InSAR potrebbe perdere l’attimo esatto (può però coglierne precursori o effetti successivi).
Problemi geometrici (layover/shadow): I SAR osservano lateralmente, quindi su aree a forte pendenza (montagne, falesie) o con edifici alti, si possono avere problemi di layover (bersagli a diverse quote in un pixel) o di ombra radar (nessun dato sui versanti “opposti” al sensore) en.wikipedia.org. Questo significa che certi luoghi (ad es. versanti montani nordici osservati da orbite ascendenti) non sono ben acquisibili, lasciando buchi nella copertura InSAR. InSAR terrestre o aeroportato può in certi casi colmare queste zone cieche, ma InSAR da satellite ha questa limitazione geometrica.
Richiede competenze e elaborazione dati: Sebbene i dati siano abbondanti, ottenere risultati InSAR affidabili non è banale. Serve molta elaborazione (co-registrazione, generazione di interferogrammi, srotolamento della fase, ecc.) e analisi attenta per evitare segnali falsi. I risultati possono essere sensibili ai parametri scelti. Tuttavia, con strumenti open-source e piattaforme cloud moderne sta diventando più facile, ma resta una competenza specialistica interpretare correttamente gli interferogrammi (ad esempio, distinguere un artefatto da un reale segnale di deformazione groundstation.space).
Limite nei movimenti molto rapidi o ampi: Se il suolo si sposta di più della metà della lunghezza d’onda radar tra due acquisizioni (~2,8 cm per C-band, ~1,5 cm per X-band, ~12 cm per L-band), la fase può avvolgersi più volte, rendendo difficile la srotolatura e l’interpretazione. Movimenti molto rapidi possono produrre totale decorelazione (ad es., un terremoto con spostamento di un metro può causare perdita di coerenza). L’InSAR è quindi eccellente per deformazioni piccole o moderate. Deformazioni molto ampie (metri) o cambiamenti improvvisi (esplosioni, crateri) potrebbero non essere ben rilevati, tranne il contorno dell’area interessata.

In pratica, molte di queste limitazioni possono essere mitigate strategicamente: usando intervalli di ripetizione brevi, sfruttando metodi multi-temporali, aggiungendo dati esterni per la calibrazione, e focalizzandosi su aree adatte. Nonostante i suoi limiti, i vantaggi dell’InSAR spesso superano le difficoltà, soprattutto ora che i dati sono abbondanti. Offre una visione unica e a larga scala che nessun’altra tecnica può dare, e per molti problemi di deformazione è diventato lo strumento di riferimento.

Casi di Studio Reali

Per illustrare i concetti sopra menzionati, ecco una breve selezione di casi di studio reali in cui l’InSAR ha svolto un ruolo cruciale:

Terremoto di Bam 2003, Iran: L’InSAR è stato utilizzato per mappare la deformazione provocata dal devastante terremoto di Bam. L’interferogramma ha mostrato ~25 cm di spostamento superficiale attraverso la faglia. Questi dati hanno aiutato gli scienziati a determinare che il sisma era avvenuto su una faglia trascorrente non mappata e hanno fornito indicazioni sulla distribuzione dello slip, informazioni fondamentali per la rivalutazione del rischio sismico nella regione.
Terremoto di Tōhoku 2011, Giappone: Il satellite giapponese PALSAR (ALOS) ha rilevato l’enorme deformazione causata dal sisma M9.0 di Tōhoku. Gli spostamenti nella linea di vista hanno superato il metro in alcune zone (con molte frange), e combinati con dati GPS, hanno rilevato un sollevamento del fondale marino che ha contribuito allo tsunami. Questo evento ha sottolineato il valore dell’InSAR nel mappare i grandi terremoti di subduzione, integrando la fitta rete GPS del Giappone.
Napoli (Campi Flegrei), Italia: L’InSAR Persistent Scatterer, utilizzando dati ERS/Envisat e successivamente COSMO-SkyMed, monitora la caldera dei Campi Flegrei, un’area vulcanica irrequieta situata sotto una città densamente popolata. L’InSAR ha rilevato periodi di sollevamento (come nel 2012–2013) di alcuni centimetri, allertando scienziati e autorità civili su un aumento della pressione vulcanica. Queste misurazioni, combinate con sensori a terra, informano lo stato di pericolo (attualmente elevato ma non eruttivo) per l’area.
Central Valley, California: Serie temporali InSAR su più anni (da Envisat, poi Sentinel-1) sono state utilizzate dall’U.S. Geological Survey per mappare la subsidenza legata all’estrazione di acque sotterranee nella Central Valley californiana. Una scoperta significativa è che durante la siccità del 2012–2016, alcune parti della San Joaquin Valley sono sprofondate di oltre 60 cm, danneggiando canali e pozzi. Le mappe InSAR hanno mostrato l’estensione della subsidenza, guidando le risposte nella gestione delle acque usgs.gov.
Oslo, Norvegia (Infrastruttura urbana): Indagini InSAR a Oslo hanno identificato una subsidenza nella zona centrale edificata su terreni di riporto. L’uso combinato di PS-InSAR Sentinel-1 e dati storici radar ha mostrato che le parti più antiche della stazione centrale (su riempimenti più morbidi) stavano cedendo, mentre le strutture più recenti ancorate alla roccia risultavano stabili esa.int esa.int. Questo caso ha dimostrato come l’InSAR possa identificare cedimenti differenziali nelle aree urbane, aiutando gli ingegneri delle città a prioritizzare gli interventi di consolidamento delle fondamenta.
Diga delle Tre Gole, Cina: L’InSAR è stato impiegato per monitorare i pendii intorno al gigantesco invaso delle Tre Gole. Quando il livello dell’invaso è salito, diversi pendii hanno mostrato movimenti dovuti alla saturazione d’acqua. Le autorità cinesi hanno utilizzato l’InSAR (insieme a sensori terrestri) per rilevare precocemente queste instabilità sciencedirect.com nhess.copernicus.org, portando a evacuazioni preventive e misure di consolidamento su alcune sponde del bacino. Questo è un esempio emblematico di come l’InSAR contribuisca alla sicurezza di grandi infrastrutture.

Ognuno di questi casi evidenzia specifici punti di forza dell’InSAR: copertura di vasta area (Central Valley), precisione (Campi Flegrei), o capacità di individuare punti critici (Oslo, Tre Gole). Spesso l’InSAR viene integrato con altri dati (reti GPS in Giappone, livellazioni in California, studi geologici in Norvegia). Il punto chiave è che l’InSAR è passato da sperimentale negli anni ’90 a risorsa operativa e affidabile per le informazioni sulla deformazione negli anni 2020.

Tendenze Future e Innovazioni nell’InSAR

L’ambito dell’InSAR è in rapida evoluzione, con nuove missioni satellitari e tecniche di analisi dati in arrivo che ne potenzieranno ulteriormente le capacità. Ecco alcune tendenze e innovazioni chiave per il futuro:

Nuove missioni SAR multifrequenza: Il lancio di NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) previsto attorno al 2025 rappresenterà una pietra miliare. NISAR opererà sia in banda L che S, offrendo un ricco dataset per studi di deformazione. Lunghezze d’onda maggiori come la L-band (come su NISAR e la futura missione ESA BIOMASS in banda P) miglioreranno la capacità di monitorare aree vegetate su scala globale, riducendo i problemi di decorrelazione earthdata.nasa.gov. Vedremo anche missioni di continuità come Sentinel-1C/D per mantenere la copertura in banda C. La combinazione di frequenze (X, C, L, S e anche P) da vari satelliti consentirà analisi InSAR multibanda – ad esempio, la banda L per confermare segnali osservati in banda C.
Rivisitazioni più frequenti e costellazioni: La tendenza è verso più satelliti e tempi di rivisitazione più rapidi. Verso la fine del 2020 potremmo avere immagini SAR quotidiane della maggior parte della Terra, grazie a costellazioni di piccoli satelliti SAR commerciali (Capella Space, ICEYE, ecc.), oltre ai sistemi governativi. Una frequenza di osservazione maggiore migliorerà la probabilità di cogliere eventi rapidi e consentirà un monitoraggio della deformazione quasi in tempo reale. Ad esempio, Capella Space propone costellazioni multi-orbita per ottenere diversi angoli di osservazione e rivisitazioni molto frequenti capellaspace.com capellaspace.com. Dati frequenti e processi automatici potrebbero far sì che nel giro di uno o due giorni da un sisma o da una deformazione vulcanica un risultato InSAR sia disponibile per informare i soccorritori.
Servizi operativi di monitoraggio: L’InSAR sta passando da strumento di ricerca a servizio operativo per i governi. Si stanno diffondendo servizi di mappatura della deformazione basati su InSAR su scala nazionale e regionale. L’esempio del progetto norvegese InSAR Norge offre mappe nazionali di movimento del suolo aggiornate annualmente esa.int esa.int. L’European Ground Motion Service (EGMS) è un’altra iniziativa, fornendo dati PS-InSAR coerenti per tutta l’Europa con Sentinel-1. Si può prevedere che più Paesi adotteranno servizi simili (alcuni già lo fanno, come il portale italiano sul movimento del terreno). Questi servizi portano l’InSAR agli utenti finali, anche non esperti, tramite mappe intuitive della stabilità dei terreni. Ampia diffusione significherà standardizzazione dei metodi, miglioramento dell’affidabilità e attenzione ai bisogni dell’utente (come distinguere facilmente le cause dei movimenti).
Elaborazioni e algoritmi avanzati: Nel campo dell’analisi dati, sono in corso innovazioni per migliorare i risultati InSAR. Correzione atmosferica: si usano dati ausiliari come modelli meteorologici, stime GNSS di vapor d’acqua o lo stesso dato SAR (ad esempio, tecniche split-spectrum) per ridurre il rumore atmosferico earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Altro campo in crescita è machine learning e AI: possono facilitare lo srotolamento di fase (risolvendo ambiguità 2π in modo più robusto), riconoscere pattern di deformazione (ad esempio, identificando automaticamente un vulcano deformante in centinaia di serie temporali) o integrare dati multisorgente. I ricercatori stanno applicando il rilevamento automatico non supervisionato di anomalie su grandi dataset InSAR per individuare segnali di interesse (come possibili disordini vulcanici o problemi infrastrutturali) all’interno del rumore di fondo agupubs.onlinelibrary.wiley.com. Inoltre, algoritmi innovativi come il Distributed Scatterer InSAR (DS-InSAR) combinano i punti di forza di PS e SBAS utilizzando più pixel (anche quelli parzialmente coerenti) per serie temporali, permettendo misure più dense in aree rurali. InSAR tridimensionale (o tomografia SAR) rappresenta un’altra frontiera: usando passaggi da angoli leggermente diversi (o satelliti cooperativi come TanDEM-X) si possono separare scatterer a diverse altezze nello stesso pixel (utile per distinguere in città tra movimenti di terreno e edifici). Anche se computazionalmente impegnative, tali metodiche saranno sempre più alla portata con l’aumento della potenza di calcolo.
Integrazione con altri sensori: Il futuro vedrà probabilmente un’integrazione più stretta tra InSAR e altri sensori geospaziali e geofisici. Un esempio è la combinazione InSAR e GNSS in flussi di lavoro automatici: il GNSS corregge errori di lunga lunghezza d’onda in InSAR, mentre l’InSAR offre informazioni spaziali ai network GNSS papers.ssrn.com. Altra integrazione è con l’ottico: ad esempio sfruttando immagini ottiche per interpretare meglio segnali InSAR (confermare una frana laddove l’InSAR registra un movimento). Nel monitoraggio del rischio, l’InSAR potrà essere parte di sistemi multisensore che includono sensori sismici, tiltmetri, lidar ecc., tutti connessi a dashboard integrati, ad esempio in un osservatorio vulcanologico. L’obiettivo è un controllo olistico dove l’InSAR è uno strato informativo.
InSAR polarimetrico e nuove applicazioni: InSAR polarimetrico (Pol-InSAR), che combina polarimetria radar e interferometria, è una tecnica emergente che può aiutare a caratterizzare i meccanismi di scattering e separare potenzialmente movimenti del suolo da quelli della vegetazione earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov. Sebbene ancora specialistico, potrebbe migliorare il monitoraggio della deformazione in aree vegetate filtrando il movimento della vegetazione. Vi sono anche studi sull’uso dell’InSAR in nuovi ambiti: agricoltura di precisione (monitoraggio delle variazioni di contenuto idrico nei suoli tramite piccoli rigonfiamenti o cedimenti), permafrost (mappatura dell’innalzamento dovuto al gelo e disgelo stagionale). Il monitoraggio dell’integrità delle infrastrutture potrà ampliarsi – si potrebbe monitorare ogni ponte o diga importante con SAR ad alta risoluzione su base regolare, creando una sorta di indice remoto di salute strutturale. L’InSAR è anche in sperimentazione per studi sui ghiacciai e sulle calotte polari, dove integra i metodi ottici per misurare lo scorrimento dei ghiacci e la migrazione della grounding line (specie con radar a lunghezza d’onda lunga che penetrano la neve per rilevare il movimento glaciale).
Calcolo e gestione dei dati: L’aumento esplosivo dei dati SAR (con numerosi nuovi satelliti) comporta sfide “big data”, ma anche opportunità. Piattaforme cloud come Google Earth Engine iniziano a ospitare dati SAR già pronti per l’analisi, permettendo agli utenti di eseguire algoritmi InSAR senza dover scaricare terabyte di dati grezzi. I pipeline InSAR automatici (alcuni open source, altri commerciali) possono ormai processare flussi dati in quasi tempo reale, base dei servizi operativi. Questa tendenza continuerà, rendendo i risultati InSAR più accessibili anche per i non esperti (basterà accedere a un portale web per visualizzare la mappa di deformazione aggiornata della propria città).

Guardando al futuro, il futuro dell’InSAR è promettente. Come ha dichiarato un gruppo industriale, la tecnologia è “pronta per notevoli progressi”, grazie a migliori algoritmi, integrazione dell’AI e una copertura satellitare sempre più ampia che estenderà l’InSAR a nuovi ambiti come la ricerca ambientale, l’agricoltura di precisione e il monitoraggio delle infrastrutture capellaspace.com. Possiamo immaginare un’epoca in cui il monitoraggio InSAR sarà diffuso come le previsioni meteo satellitari – e controllerà costantemente il “battito” della superficie terrestre, aiutando a prevenire e mitigare rischi naturali e a gestire in modo sostenibile gli ambienti costruiti. Con più occhi in cielo e strumenti più intelligenti a terra, l’InSAR continuerà a essere in prima linea nell’osservazione dei movimenti e cambiamenti del nostro pianeta dinamico, offrendo conoscenze cruciali per la scienza e la società.

Riferimenti (Fonti chiave)

Nozioni di base sull’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) – U.S. Geological Survey usgs.gov usgs.gov
Wikipedia: Interferometric synthetic-aperture radar – panoramica generale, scatterer persistenti e applicazioni en.wikipedia.org en.wikipedia.org en.wikipedia.org
NASA Earthdata (Z. Lu, 2006/2024): Interferometric SAR: Building Tomorrow’s Tools Today – spiegazione dettagliata della tecnica InSAR e dei suoi progressi earthdata.nasa.gov earthdata.nasa.gov
University of Twente ITC: Spiegazione della tecnica InSAR SBAS (Small Baseline Subset) ltb.itc.utwente.nl ltb.itc.utwente.nl
MDPI Remote Sensing (2022): Integrazione di InSAR e GNSS per la subsidenza del suolo – confronto tra punti InSAR e GNSS mdpi.com
Capella Space (2025): Come l’InSAR sta rivoluzionando l’osservazione della Terra – vantaggi del SAR (tutte le condizioni meteo, notte) e prospettive future capellaspace.com capellaspace.com
ESA Copernicus Sentinel-1: I satelliti confermano l’affondamento della Millennium Tower di San Francisco – caso di studio sulla subsidenza urbana esa.int esa.int
Scientific Reports (2024): Studio sulla subsidenza della metropolitana di Città del Messico – tassi estremi di subsidenza (~500 mm/anno) a Città del Messico nature.com
Groundstation.Space (2022): Fraintendimenti sull’interpretazione dei dati InSAR – discute le criticità come risoluzione e mediazione (groundstation.space).
ESA studio InSARap: Deformazioni a San Francisco e Oslo – dimostrata la fattibilità del monitoraggio su scala nazionale esa.int esa.int.