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La tecnica di visione artificiale permettono sistemi di mappatura che possono aiutare a evitare la produzione di scie di condensazione, riducendo l’impatto del comparto dell’aviazione sul cambiamento climatico

di MIT Technology Review Italia

Nel 2020, la riduzione del flusso del trasporto aereo ha cancellato dai cieli non solo i jet, ma anche le morbide scie bianche che producono nell’atmosfera. Gli ingegneri del MIT hanno confrontato i dati sulle scie di condensazione con gli anni prepandemici e hanno scoperto che la loro copertura si è ridotta di circa il 20%, rispecchiando il calo avvenuto nello stesso arco di tempo nei voli statunitensi.  

I risultati dimostrano che la tecnica di mappatura del team funziona e ora i ricercatori stanno applicandola ai sistemi di previsione per capire dove è probabile che si formino le scie di condensazione nell’atmosfera. Il primo studio sul fenomeno in realtà risale al 1953 quando lo scienziato H. Appleman ha realizzato un grafico, diventato famoso tra gli addetti ai lavori, che può essere usato sia per fare previsioni sia per effettuare delle verifiche a posteriori.

È noto che le formazioni simili a nuvole svolgono un ruolo significativo nel riscaldamento globale legato all’aviazione. Secondo alcuni studi, il prodotto di scarto dei voli contribuisce ad aumentare il riscaldamento globale soprattutto in presenza delle scie di condensazione bianche, meglio note come le famigerate “scie chimiche”.  

Gli aerei, infatti,  oltre al vapore acqueo emettono necessariamente altre sostanze come biossido di carbonio, ossidi di azoto, monossido di carbonio, idrocarburi come il metano, solfati, particolato, come normale prodotto delle combustioni. Queste sostanze possono agire come nuclei di condensazione aggiuntivi, che sono fondamentali per formare qualsiasi tipo di nube, naturale o artificiale che sia.

“Questo tipo di tecnologia può aiutare a deviare gli aerei per prevenire le scie di condensazione, in tempo reale”, afferma Steven Barrett, professore e capo associato del Department of Aeronautics and Astronautics del MIT. “C’è un’opportunità insolita per dimezzare l’impatto sul clima dell’aviazione eliminando la maggior parte delle scie di condensazione prodotte oggi”.

Nella loro ricerca pubblicata sulla rivista “Environmental Research Letters”, Barrett e colleghi sostengono che circa la metà del contributo dell’industria aeronautica al riscaldamento globale proviene direttamente dalle emissioni di anidride carbonica degli aerei e che l’altra metà sia una conseguenza delle loro scie. 

Le tipiche code bianche vengono prodotte quando lo scarico caldo e umido di un aereo si mescola con l’aria fresca e umida in alto nell’atmosfera. Emesse in linee sottili, le scie di condensazione si diffondono rapidamente e possono fungere da coperte che intrappolano il calore in uscita dalla Terra.

Mentre una singola scia di condensazione potrebbe non avere un grande effetto di riscaldamento, nel loro insieme le scie di condensazione hanno un impatto significativo. Ma le stime di questo effetto sono incerte e si basano su modelli computerizzati e dati satellitari limitati. 
Inoltre, i tradizionali algoritmi di visione artificiale che analizzano i dati sulle scie di condensazione hanno difficoltà a distinguere le code sottili dalle nuvole naturali.

Come riportato da “MIT News”, per individuare e tracciare con precisione le scie di condensazione su larga scala, il team del MIT ha esaminato le immagini scattate dal satellite geostazionario GOES-16 della NASA. Il team ha prima ottenuto circa 100 immagini scattate dal satellite e con i dati ha addestrato un algoritmo di visione artificiale per discernere una scia di scia da una nuvola o da un’altra caratteristica dell’immagine.

I ricercatori hanno quindi eseguito l’algoritmo su circa 100.000 immagini satellitari, pari a quasi 6 trilioni di pixel, ciascuno dei quali rappresenta un’area di circa 2 chilometri quadrati. L’algoritmo ha classificato automaticamente ogni pixel come scia di condensazione o meno e ha generato mappe giornaliere delle scie di condensazione negli Stati Uniti. 

Queste mappe rispecchiavano le principali rotte di volo della maggior parte delle compagnie aeree statunitensi, con alcune differenze notevoli. Ad esempio, intorno ai principali aeroporti sono comparsi “buchi” di scia di condensazione, il che riflette il fatto che gli aerei che atterrano e decollano intorno agli aeroporti generalmente non sono abbastanza alti nell’atmosfera da consentire la formazione di scie di condensazione.

“Pur non sapendo nulla delle rotte degli aerei, l’algoritmo è stato in grado di ricostruirle”, afferma Barrett. 
Il team ha anche osservato i modelli giornalieri e stagionali. In generale, le scie di condensazione sembravano raggiungere il picco al mattino e diminuire nel pomeriggio. Poiché è più probabile che i cirri naturali si formino nel pomeriggio, l’algoritmo potrebbe avere difficoltà a distinguere le scie di condensazione tra le nuvole nel corso della giornata. 

Ma potrebbe anche essere un’indicazione importante su quando si formano maggiormente le scie di condensazione, che in genere raggiungono il picco nel tardo inverno e all’inizio della primavera, quando l’aria è naturalmente più fredda e più favorevole alla loro formazione.

Evitare le regioni dove si formano queste scie potrebbe essere un obiettivo realizzabile in pochi anni, perché richiede piccole modifiche al modo in cui gli aerei vengono pilotati e si può ottenere con gli aeroplani e la tecnologia di osservazione esistenti. È un modo a breve termine per ridurre di circa la metà il riscaldamento dell’aviazione.

(rp)