I dati del satellite Sentinel-5P

Sentinel Application PlatformCopernicus Data Space Ecosystem (CDSE)

I dati acquisiti ogni giorno dai satelliti Sentinel sono catalogati e resi disponibili a tutti sul sito dataspace.copernicus.eu

Vediamo come cercare e prelevare il set di dati che ci interessa, ovvero i valori di particolato sulla zona di Torino. 

Cerchiamo le informazioni 🕵️

L'interfaccia del browser Copernicus è molto complessa. All'avvio presenta la mappa dell'Europa e invita l'utente a definire un'area di interesse (AOI, Area of interest): in questo caso abbiamo definito un sottoinsieme che comprende il Nord Italia.

Definizione dell'area di interesse

A questo punto cerchiamo nel catalogo prodotti (product catalog) il dataset che ci interessa: nel nostro caso selezioniamo il satellite Sentinel 5P

Ricerca dataset del satellite Sentinel 5P

Il dataset che interessa la nostra analisi si chiama "Level 2 AER AI": è l'Aerosol Index (Indice degli Aerosol) e la sigla Level-2 indica un livello di elaborazione dei dati provenienti dal satellite Copernicus Sentinel-5P.

Definiamo l'intervallo di tempo che ci interessa e proseguiamo con la ricerca: il sistema ci presenta una serie di dataset che corrispondono al gruppo di informazioni acquisite nel corso delle orbite in quei determinati giorni e che cadono all'interno della nostra area di interesse.

Elenco dei dataset Sentinel-5P

Individuato quello che si avvicina di più all'area interessata, possiamo salvare il corrispondente file in formato "nc".

I file con estensione .nc appartengono al formato NetCDF (Network Common Data Form). 

Non sono semplici immagini o fogli di calcolo, ma sono considerati lo standard universale per i dati scientifici multidimensionali specialmente in meteorologia, oceanografia e monitoraggio satellitare come quello di Sentinel-5P.

File NC... ma che cosa c'è dentro? 📦

1. La struttura "a cubo": le 3  dimensioni.
   
   A differenza di una foto (che ha solo larghezza e altezza), un file NetCDF può contenere molte più dimensioni. Immagina un cubo di dati:
• X e Y: Latitudine e Longitudine (la griglia geografica).
• Z: L'altitudine (pressione atmosferica o diversi strati dell'aria).
• T: Il tempo (lo stesso file può contenere le rilevazioni di un intero mese, giorno per giorno).
  
  
2.  Cosa contengono
   
   All'interno di questo "cubo" si trovano tre elementi fondamentali:
• Variabili: Sono i dati misurati veri e propri. Nel caso di Sentinel-5P, troverai variabili come aerosol_index, methane_mixing_ratio o nitrogendioxide_tropospheric_column. Ogni cella della griglia ha un valore numerico per quella variabile.
• Attributi (Metadati): Questa è la parte più importante. Il file descrive se stesso e riporta:
• Qual è l'unità di misura (es. mol/m2 o adimensionale).
• Chi ha raccolto i dati (ESA/Copernicus).
• La precisione e i limiti di errore.
• Coordinate: Indicano esattamente a quale punto della Terra corrisponde ogni "pixel".
  
  
3. Perché si usano per i dati sull'inquinamento?
   
   Il formato NetCDF è "Self-Describing" (autodescrittivo). analizzandolo con l'applicazione adatta (come SNAP o il plugin Mesh di QGIS), il software sa già dove posizionare i dati sulla mappa perché le coordinate sono definite all'interno del file stesso.
   
   Vantaggi principali:
• Compattezza: Gestiscono enormi quantità di dati in modo efficiente.
• Indipendenza dalla piattaforma: Un file .nc creato su un supercomputer Linux può essere aperto sul tuo Windows o Mac senza errori.
• Precisione: Conservano i valori numerici originali rilevati dal satellite senza le compressioni tipiche delle immagini (come i JPG).

Convertiamo le coordinate 🌍

Una volta individuato il prodotto AER_AI sul Copernicus Browser, il download e la preparazione per QGIS richiedono alcuni passaggi specifici perché i file Sentinel-5P (.nc) abbiamo visto che non sono "semplici" immagini, ma griglie di dati scientifici.

Ecco i passaggi necessari:

1. Scaricare il file in locale.
• Dalla lista dei risultati della ricerca sul Copernicus Browser, tramite l'icona Download (la freccia verso il basso) accanto al prodotto desiderato.
• Il browser scaricherà un file con estensione .nc (NetCDF). Questi file possono essere molto grandi (anche centinaia di MB) perché contengono l'intera orbita del satellite, non solo il ritaglio di Torino.
2. Convertire in GeoTIFF
   Per avere un file perfettamente allineato alle mappe per la zona di Torino e il Nord Italia si devono seguire questi passi:

Si installa l'applicazione SNAP (Sentinel Application Platform), il software gratuito sviluppato dall'ESA.

• Si apre il file .nc in SNAP.
• Dal menù su Raster si seleziona Geometric Operations -> Reprojection.
• Si seleziona come sistema di riferimento EPSG:4326 (WGS84).
• Una volta riproiettato, con il tasto destro sul layer si scegli Export View as GeoTIFF.
• Il file GeoTIFF si potrà importare in QGIS con i riferimenti delle coordinate corretti

La funzione "Reprojection" del file NC

Ora abbiamo il nostro (sudatissimo) dataset in formato GeoTiff.

Nel prossimo post vedremo come acquisirlo e visualizzarlo in QGIS, un sistema informativo geografico (GIS) gratuito e open-source che consente agli utenti di creare, modificare, visualizzare, analizzare e pubblicare dati geospaziali. 

Logo di QGIS