Satellite-based Monitoring of Shorelines Influenced by Posidonia oceanica Banquettes

Gli ambienti costieri sono sistemi dinamici, sempre più esposti all’innalzamento del livello del mare dovuto ai cambiamenti climatici. Nel Mediterraneo, la Posidonia oceanica produce vaste praterie sottomarine e, una volta che le foglie si staccano naturalmente, possono essere trasportate sulla battigia, formando accumuli chiamati “banquette” la cui presenza e formazione dipende dalla morfologia della spiaggia, dalle condizioni del moto ondoso e degli eventi di mareggiata. Tali banquette possono ridurre temporaneamente l’erosione dissipando l’energia del moto ondoso ed intrappolando sedimento, anche se la loro funzione protettiva varia in base all’estensione, alla maturità e alla loro persistenza. Le attività antropiche, come la pulizia stagionale delle spiagge, spesso modificano o rimuovono completamente le banquette, alterando i bilanci sedimentari e modificando le dinamiche spiaggia–duna. Comprendere tali interazioni richiede un approccio di monitoraggio multiscala, capace di cogliere sia l’evoluzione costiera di lungo periodo sia le variazioni rapide indotte dalle mareggiate. Le tecniche di mappatura da remoto tradizionali, come le immagini aeree e il video monitoraggio, offrono informazioni importanti ma sono limitate dalla copertura spaziale o dalle condizioni di acquisizione. Negli ultimi anni, le Satellite Derived Shoreline (SDS) sono diventate strumenti fondamentali per analizzare il comportamento della linea di riva, grazie a missioni multispettrali liberamente disponibili come Landsat e Sentinel-2. Algoritmi sub-pixel, tra cui CoastSat, SHOREX e SAET, hanno migliorato significativamente l’estrazione della linea di riva da immagini a media risoluzione, mentre sensori iperspettrali come PRISMA offrono nuove opportunità per affinare il rilevamento delle confine terra–mare in contesti complessi. Tuttavia, l’accuratezza dell’estrazione della shoreline è ancora limitata dalla risoluzione spaziale e dall’eterogeneità spettrale delle spiagge, soprattutto in presenza di banquette di Posidonia oceanica. Differenze nella maturità, nel contenuto d’acqua e nel contenuto in sedimento modificano la risposta spettrale, rendendo più difficile distinguere in modo affidabile il confine tra terra e acqua. Ciò evidenzia la necessità di metodologie specificamente adattate ai litorali che presentano fanerogame marine e supportate da rilievi di campo sincroni per una validazione robusta. Questa tesi di dottorato mira a sviluppare un quadro metodologico integrato per migliorare la comprensione delle dinamiche costiere sulle spiagge mediterranee influenzate dalle banquette di Posidonia oceanica. In primo luogo, la tesi combina fotografie aeree storiche e dati multispettrali satellitari per analizzare l’evoluzione della linea di riva nel medio e lungo termine, con particolare attenzione alle interazioni spiaggia–duna e alle interazione con eventi di mareggiata. In secondo luogo, intende migliorare l’accuratezza dell’estrazione della shoreline in presenza di banquette, incorporando, adattando e testando indici spettrali specificamente progettati o modificati per queste condizioni in diversi siti mediterranei. In terzo luogo, valuta il potenziale degli approcci iperspettrali ed esamina come il contenuto di sedimento e la variabilità spettrale delle banquette influenzino la delimitazione della linea di riva nelle immagini PRISMA.

Coastal environments are dynamic systems increasingly exposed to climate-driven sea-level rise and shifting storm regimes. In the Mediterranean, Posidonia oceanica forms extensive underwater meadows and, once its leaves leave the stems, they can be transported ashore, creating accumulations known as banquettes whose presence and formation depend on beach morphology, wave conditions and storm history. These banquettes can temporarily reduce erosion by dissipating wave energy and trapping sediment, although their protective function varies according to their extent, maturity and persistence. Human activities, such as seasonal beach cleaning, often disturb or remove banquettes, altering sediment budgets and modifying beach–dune dynamics. Understanding these interactions requires a multiscale monitoring approach capable of capturing both long-term coastal evolution and short-term storm-driven changes. Traditional mapping techniques, such as aerial imagery and video monitoring, provide valuable insights but are limited by spatial coverage or acquisition constraints. In recent years, satellite-derived shorelines (SDS) have become essential products for analysing shoreline behaviour, enabled by freely available multispectral missions such as Landsat and Sentinel-2. Sub-pixel algorithms, including CoastSat, SHOREX and SAET, have significantly improved shoreline extraction from medium-resolution imagery, while hyperspectral sensors such as PRISMA offer new opportunities to refine boundary detection in complex coastal settings. However, shoreline extraction accuracy remains challenged by spatial resolution limitations and the spectral heterogeneity of beaches, especially where Posidonia oceanica banquettes are present. Variations in banquette maturity, moisture content and sand enrichment alter spectral responses, making it difficult to reliably discriminate land–water boundaries. This highlights the need for algorithms specifically tailored to seagrass-rich shorelines and supported by synchronous field surveys for robust validation. This doctoral thesis aims to develop an integrated methodological framework to improve the understanding of coastal dynamics on Mediterranean beaches influenced by Posidonia oceanica banquettes. First, the thesis combines historical aerial imagery and multispectral satellite data to analyse medium- and long-term shoreline evolution, with particular attention to beach–dune interactions and storm-induced displacements. Second, it seeks to enhance the accuracy of shoreline extraction under banquette presence by incorporating, adapting and testing spectral indices specifically designed or modified for banquette conditions across different Mediterranean sites. Third, it evaluates the potential of hyperspectral approaches, and examines how the sediment content and spectral variability of banquettes influence shoreline detection in PRISMA imagery.