Methodologies for the analysis and interpretation of environmental datasets from areas interested by offshore activities

The exploitation of hydrocarbon reservoirs by the oil and gas industries represents one of the most relevant and concerning anthropic stressor in various marine areas worldwide and the presence of extractive structures can have severe consequences on the marine environment. Environmental monitoring surveys are carried out to monitor the effects and impacts of offshore energy facilities. Macrobenthic communities, inhabiting the soft-bottom, represent a key component of these surveys given their great responsiveness to natural and anthropic changes. A comprehensive collection of monitoring data from four Italian seas was used to investigate distributional pattern of macrozoobenthos assemblages confirming a high spatial variability in relation to the environmental variables analyzed. Since these datasets could represent a powerful tool for the industrial and scientific research, the steps and standardized procedures needed to obtain robust and comparable high-quality data were investigated and outlined. Over recent years, decommissioning of old platforms is a growing topic in this sector, involving many actors in the various decision-making processes. A Multi-Criteria Decision Analysis, specific for the Adriatic Sea, was developed to investigate the impacts of decommissioning of a gas platform on environmental and socio-economic aspects, to select the best decommissioning scenario. From the scenarios studied, the most impacting one has resulted to be total removal, affecting all the faunal component considered in the study. Currently, the European nations are increasing the production of energy from offshore wind farms with an exponential expansion. A comparative study of methodologies used five countries of the North Sea countries was carried out to investigate the best approaches to monitor the effects of wind farms on the benthic communities. In the foreseeable future, collaboration between industry, scientific communities, national and international policies are needed to gain knowledge concerning the effects of these industrial activities on the ecological status of the ecosystems.

Tecnologie appropriate per la gestione delle georisorse nei paesi in via di sviluppo e nei paesi dell'America Latina. Creazione di una metodologia multi criteria per la valutazione dei progetti di sviluppo umano

Benessere delle popolazioni, gestione sostenibile delle risorse, povertà e degrado ambientale sono dei concetti fortemente connessi in un mondo in cui il 20% della popolazione mondiale consuma più del 75% delle risorse naturali. Sin dal 1992 al Summit della Terra a Rio de Janeiro si è affermato il forte legame tra tutela dell’ambiente e riduzione della povertà, ed è anche stata riconosciuta l’importanza di un ecosistema sano per condurre una vita dignitosa, specialmente nelle zone rurali povere dell’Africa, dell’Asia e dell’America Latina. La natura infatti, soprattutto per le popolazioni rurali, rappresenta un bene quotidiano e prezioso, una forma essenziale per la sussistenza ed una fonte primaria di reddito. Accanto a questa constatazione vi è anche la consapevolezza che negli ultimi decenni gli ecosistemi naturali si stanno degradando ad un ritmo impressionate, senza precedenti nella storia della specie umana: consumiamo le risorse più velocemente di quanto la Terra sia capace di rigenerarle e di “metabolizzare” i nostri scarti. Allo stesso modo aumenta la povertà: attualmente ci sono 1,2 miliardi di persone che vivono con meno di un dollaro al giorno, mentre circa metà della popolazione mondiale sopravvive con meno di due dollari al giorno (UN). La connessione tra povertà ed ambiente non dipende solamente dalla scarsità di risorse che rende più difficili le condizioni di vita, ma anche dalla gestione delle stesse risorse naturali. Infatti in molti paesi o luoghi dove le risorse non sono carenti la popolazione più povera non vi ha accesso per motivi politici, economici e sociali. Inoltre se si paragona l’impronta ecologica con una misura riconosciuta dello “sviluppo umano”, l’Indice dello Sviluppo Umano (HDI) delle Nazioni Unite (Cfr. Cap 2), il rapporto dimostra chiaramente che ciò che noi accettiamo generalmente come “alto sviluppo” è molto lontano dal concetto di sviluppo sostenibile accettato universalmente, in quanto i paesi cosiddetti “sviluppati” sono quelli con una maggior impronta ecologica. Se allora lo “sviluppo” mette sotto pressione gli ecosistemi, dal cui benessere dipende direttamente il benessere dell’uomo, allora vuol dire che il concetto di “sviluppo” deve essere rivisitato, perché ha come conseguenza non il benessere del pianeta e delle popolazioni, ma il degrado ambientale e l’accrescimento delle disuguaglianze sociali. Quindi da una parte vi è la “società occidentale”, che promuove l’avanzamento della tecnologia e dell’industrializzazione per la crescita economica, spremendo un ecosistema sempre più stanco ed esausto al fine di ottenere dei benefici solo per una ristretta fetta della popolazione mondiale che segue un modello di vita consumistico degradando l’ambiente e sommergendolo di rifiuti; dall’altra parte ci sono le famiglie di contadini rurali, i “moradores” delle favelas o delle periferie delle grandi metropoli del Sud del Mondo, i senza terra, gli immigrati delle baraccopoli, i “waste pickers” delle periferie di Bombay che sopravvivono raccattando rifiuti, i profughi di guerre fatte per il controllo delle risorse, gli sfollati ambientali, gli eco-rifugiati, che vivono sotto la soglia di povertà, senza accesso alle risorse primarie per la sopravvivenza. La gestione sostenibile dell’ambiente, il produrre reddito dalla valorizzazione diretta dell’ecosistema e l’accesso alle risorse naturali sono tra gli strumenti più efficaci per migliorare le condizioni di vita degli individui, strumenti che possono anche garantire la distribuzione della ricchezza costruendo una società più equa, in quanto le merci ed i servizi dell’ecosistema fungono da beni per le comunità. La corretta gestione dell’ambiente e delle risorse quindi è di estrema importanza per la lotta alla povertà ed in questo caso il ruolo e la responsabilità dei tecnici ambientali è cruciale. Il lavoro di ricerca qui presentato, partendo dall’analisi del problema della gestione delle risorse naturali e dal suo stretto legame con la povertà, rivisitando il concetto tradizionale di “sviluppo” secondo i nuovi filoni di pensiero, vuole suggerire soluzioni e tecnologie per la gestione sostenibile delle risorse naturali che abbiano come obiettivo il benessere delle popolazioni più povere e degli ecosistemi, proponendo inoltre un metodo valutativo per la scelta delle alternative, soluzioni o tecnologie più adeguate al contesto di intervento. Dopo l’analisi dello “stato del Pianeta” (Capitolo 1) e delle risorse, sia a livello globale che a livello regionale, il secondo Capitolo prende in esame il concetto di povertà, di Paese in Via di Sviluppo (PVS), il concetto di “sviluppo sostenibile” e i nuovi filoni di pensiero: dalla teoria della Decrescita, al concetto di Sviluppo Umano. Dalla presa di coscienza dei reali fabbisogni umani, dall’analisi dello stato dell’ambiente, della povertà e delle sue diverse facce nei vari paesi, e dalla presa di coscienza del fallimento dell’economia della crescita (oggi visibile più che mai) si può comprendere che la soluzione per sconfiggere la povertà, il degrado dell’ambiente, e raggiungere lo sviluppo umano, non è il consumismo, la produzione, e nemmeno il trasferimento della tecnologia e l’industrializzazione; ma il “piccolo e bello” (F. Schumacher, 1982), ovvero gli stili di vita semplici, la tutela degli ecosistemi, e a livello tecnologico le “tecnologie appropriate”. Ed è proprio alle Tecnologie Appropriate a cui sono dedicati i Capitoli successivi (Capitolo 4 e Capitolo 5). Queste sono tecnologie semplici, a basso impatto ambientale, a basso costo, facilmente gestibili dalle comunità, tecnologie che permettono alle popolazioni più povere di avere accesso alle risorse naturali. Sono le tecnologie che meglio permettono, grazie alle loro caratteristiche, la tutela dei beni comuni naturali, quindi delle risorse e dell’ambiente, favorendo ed incentivando la partecipazione delle comunità locali e valorizzando i saperi tradizionali, grazie al coinvolgimento di tutti gli attori, al basso costo, alla sostenibilità ambientale, contribuendo all’affermazione dei diritti umani e alla salvaguardia dell’ambiente. Le Tecnologie Appropriate prese in esame sono quelle relative all’approvvigionamento idrico e alla depurazione dell’acqua tra cui: - la raccolta della nebbia, - metodi semplici per la perforazione di pozzi, - pompe a pedali e pompe manuali per l’approvvigionamento idrico, - la raccolta dell’acqua piovana, - il recupero delle sorgenti, - semplici metodi per la depurazione dell’acqua al punto d’uso (filtro in ceramica, filtro a sabbia, filtro in tessuto, disinfezione e distillazione solare). Il quinto Capitolo espone invece le Tecnolocie Appropriate per la gestione dei rifiuti nei PVS, in cui sono descritte: - soluzioni per la raccolta dei rifiuti nei PVS, - soluzioni per lo smaltimento dei rifiuti nei PVS, - semplici tecnologie per il riciclaggio dei rifiuti solidi. Il sesto Capitolo tratta tematiche riguardanti la Cooperazione Internazionale, la Cooperazione Decentrata e i progetti di Sviluppo Umano. Per progetti di sviluppo si intende, nell’ambito della Cooperazione, quei progetti che hanno come obiettivi la lotta alla povertà e il miglioramento delle condizioni di vita delle comunità beneficiarie dei PVS coinvolte nel progetto. All’interno dei progetti di cooperazione e di sviluppo umano gli interventi di tipo ambientale giocano un ruolo importante, visto che, come già detto, la povertà e il benessere delle popolazioni dipende dal benessere degli ecosistemi in cui vivono: favorire la tutela dell’ambiente, garantire l’accesso all’acqua potabile, la corretta gestione dei rifiuti e dei reflui nonché l’approvvigionamento energetico pulito sono aspetti necessari per permettere ad ogni individuo, soprattutto se vive in condizioni di “sviluppo”, di condurre una vita sana e produttiva. È importante quindi, negli interventi di sviluppo umano di carattere tecnico ed ambientale, scegliere soluzioni decentrate che prevedano l’adozione di Tecnologie Appropriate per contribuire a valorizzare l’ambiente e a tutelare la salute della comunità. I Capitoli 7 ed 8 prendono in esame i metodi per la valutazione degli interventi di sviluppo umano. Un altro aspetto fondamentale che rientra nel ruolo dei tecnici infatti è l’utilizzo di un corretto metodo valutativo per la scelta dei progetti possibili che tenga presente tutti gli aspetti, ovvero gli impatti sociali, ambientali, economici e che si cali bene alle realtà svantaggiate come quelle prese in considerazione in questo lavoro; un metodo cioè che consenta una valutazione specifica per i progetti di sviluppo umano e che possa permettere l’individuazione del progetto/intervento tecnologico e ambientale più appropriato ad ogni contesto specifico. Dall’analisi dei vari strumenti valutativi si è scelto di sviluppare un modello per la valutazione degli interventi di carattere ambientale nei progetti di Cooperazione Decentrata basato sull’Analisi Multi Criteria e sulla Analisi Gerarchica. L’oggetto di questa ricerca è stato quindi lo sviluppo di una metodologia, che tramite il supporto matematico e metodologico dell’Analisi Multi Criteria, permetta di valutare l’appropriatezza, la sostenibilità degli interventi di Sviluppo Umano di carattere ambientale, sviluppati all’interno di progetti di Cooperazione Internazionale e di Cooperazione Decentrata attraverso l’utilizzo di Tecnologie Appropriate. Nel Capitolo 9 viene proposta la metodologia, il modello di calcolo e i criteri su cui si basa la valutazione. I successivi capitoli (Capitolo 10 e Capitolo 11) sono invece dedicati alla sperimentazione della metodologia ai diversi casi studio: - “Progetto ambientale sulla gestione dei rifiuti presso i campi Profughi Saharawi”, Algeria, - “Programa 1 milhão de Cisternas, P1MC” e - “Programa Uma Terra e Duas Águas, P1+2”, Semi Arido brasiliano.

A Web GIS Decision Support System For Coastal Risk Assessment and Mitigation Planning

Coastal flooding poses serious threats to coastal areas around the world, billions of dollars in damage to property and infrastructure, and threatens the lives of millions of people. Therefore, disaster management and risk assessment aims at detecting vulnerability and capacities in order to reduce coastal flood disaster risk. In particular, non-specialized researchers, emergency management personnel, and land use planners require an accurate, inexpensive method to determine and map risk associated with storm surge events and long-term sea level rise associated with climate change. This study contributes to the spatially evaluation and mapping of social-economic-environmental vulnerability and risk at sub-national scale through the development of appropriate tools and methods successfully embedded in a Web-GIS Decision Support System. A new set of raster-based models were studied and developed in order to be easily implemented in the Web-GIS framework with the purpose to quickly assess and map flood hazards characteristics, damage and vulnerability in a Multi-criteria approach. The Web-GIS DSS is developed recurring to open source software and programming language and its main peculiarity is to be available and usable by coastal managers and land use planners without requiring high scientific background in hydraulic engineering. The effectiveness of the system in the coastal risk assessment is evaluated trough its application to a real case study.

Development of methodologies supporting the sustainable and safe integration of offshore conventional and renewable energy production

Against a backdrop of rapidly increasing worldwide population and growing energy demand, the development of renewable energy technologies has become of primary importance in the effort to reduce greenhouse gas emissions. However, it is often technically and economically infeasible to transport discontinuous renewable electricity for long distances to the shore. Another shortcoming of non-programmable renewable power is its integration into the onshore grid without affecting the dispatching process. On the other hand, the offshore oil & gas industry is striving to reduce overall carbon footprint from onsite power generators and limiting large expenses associated to carrying electricity from remote offshore facilities. Furthermore, the increased complexity and expansion towards challenging areas of offshore hydrocarbons operations call for higher attention to safety and environmental protection issues from major accident hazards. Innovative hybrid energy systems, as Power-to-Gas (P2G), Power-to-Liquid (P2L) and Gas-to-Power (G2P) options, implemented at offshore locations, would offer the opportunity to overcome challenges of both renewable and oil & gas sectors. This study aims at the development of systematic methodologies based on proper sustainability and safety performance indicators supporting the choice of P2G, P2L and G2P hybrid energy options for offshore green projects in early design phases. An in-depth analysis of the different offshore hybrid strategies was performed. The literature reviews on existing methods proposing metrics to assess sustainability of hybrid energy systems, inherent safety of process routes in conceptual design stage and environmental protection of installations from oil and chemical accidental spills were carried out. To fill the gaps, a suite of specific decision-making methodologies was developed, based on representative multi-criteria indicators addressing technical, economic, environmental and societal aspects of alternative options. A set of five case-studies was defined, covering different offshore scenarios of concern, to provide an assessment of the effectiveness and value of the developed tools.

Un modello multicriteriale di supporto alla pianificazione territoriale finalizzato alla classificazione del territorio rurale e alla caratterizzazione dell’Impronta Agro ambientale delle aree agricole periurbane.

La ricerca proposta si pone l’obiettivo di definire e sperimentare un metodo per un’articolata e sistematica lettura del territorio rurale, che, oltre ad ampliare la conoscenza del territorio, sia di supporto ai processi di pianificazione paesaggistici ed urbanistici e all’attuazione delle politiche agricole e di sviluppo rurale. Un’approfondita disamina dello stato dell’arte riguardante l’evoluzione del processo di urbanizzazione e le conseguenze dello stesso in Italia e in Europa, oltre che del quadro delle politiche territoriali locali nell’ambito del tema specifico dello spazio rurale e periurbano, hanno reso possibile, insieme a una dettagliata analisi delle principali metodologie di analisi territoriale presenti in letteratura, la determinazione del concept alla base della ricerca condotta. E’ stata sviluppata e testata una metodologia multicriteriale e multilivello per la lettura del territorio rurale sviluppata in ambiente GIS, che si avvale di algoritmi di clustering (quale l’algoritmo IsoCluster) e classificazione a massima verosimiglianza, focalizzando l’attenzione sugli spazi agricoli periurbani. Tale metodo si incentra sulla descrizione del territorio attraverso la lettura di diverse componenti dello stesso, quali quelle agro-ambientali e socio-economiche, ed opera una sintesi avvalendosi di una chiave interpretativa messa a punto allo scopo, l’Impronta Agroambientale (Agro-environmental Footprint - AEF), che si propone di quantificare il potenziale impatto degli spazi rurali sul sistema urbano. In particolare obiettivo di tale strumento è l’identificazione nel territorio extra-urbano di ambiti omogenei per caratteristiche attraverso una lettura del territorio a differenti scale (da quella territoriale a quella aziendale) al fine di giungere ad una sua classificazione e quindi alla definizione delle aree classificabili come “agricole periurbane”. La tesi propone la presentazione dell’architettura complessiva della metodologia e la descrizione dei livelli di analisi che la compongono oltre che la successiva sperimentazione e validazione della stessa attraverso un caso studio rappresentativo posto nella Pianura Padana (Italia).

Verso il consumo sostenibile: i prodotti biologici nelle abitudini alimentari degli italiani

Scegliere di consumare in modo sostenibile significa passare ad un nuovo modello di consumo. Tale modello richiede una maggiore consapevolezza e responsabilità da parte dei consumatori, unite all'adozione di nuovi stili di vita e di scelte d’acquisto, che permettano il raggiungimento di elevati livelli di benessere nel rispetto dell'ambiente. Un notevole sforzo è stato compiuto recentemente dai policy maker per incoraggiare il consumo sostenibile quali implementazioni dello sviluppo sostenibile. Ancora lunga, tuttavia, è la strada da percorrere per raggiungere pienamente questo obiettivo. Tra i prodotti sostenibili, il biologico si è rivelato di gran lunga il più rappresentativo: le statistiche di questo mercato mostrano, infatti, tendenze positive, sebbene il consumo risulti ancora eterogeneo e contenuto rispetto al consumo di alimenti convenzionali. Ciò mostra che il comportamento dei consumatori non è ancora abbastanza reattivo alle suddette politiche. Il presente studio si propone di contribuire alla ricerca sul consumo sostenibile approfondendo i fattori che incoraggiano o impediscono il consumo di prodotti alimentari biologici in Italia. Adottando un nuovo approccio si cerca di capire come i diversi segmenti di diete alimentari affrontino gli alimenti biologici in termini di consumi e di atteggiamenti. Un'analisi multivariata a più fasi è stata condotta su un campione di 3.004 consumatori. Un’analisi delle componenti principali non lineare è stata applicata alle variabili ordinali che misurano il consumo di ventuno categorie di alimenti. Successivamente è stata applicata la cluster analysis che ha dato luogo a quattro segmenti di abitudini alimentari. I prodotti biologici sono diventati parte delle abitudini alimentari in Italia in quasi un terzo della popolazione. Il consumo sembra essersi affermato soprattutto nel segmento con abitudini alimentari sane. Una scarsa attenzione ad una dieta sana, gli stili di vita, il reddito, l'accessibilità, la mancanza di consapevolezza condizionano le abitudini alimentari a scapito di un consumo più sostenibile.

Procedures of quality control and data analysis of multi-site ground-based observations for the absolute flux calibration of Gaia

The Gaia space mission is a major project for the European astronomical community. As challenging as it is, the processing and analysis of the huge data-flow incoming from Gaia is the subject of thorough study and preparatory work by the DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), in charge of all aspects of the Gaia data reduction. This PhD Thesis was carried out in the framework of the DPAC, within the team based in Bologna. The task of the Bologna team is to define the calibration model and to build a grid of spectro-photometric standard stars (SPSS) suitable for the absolute flux calibration of the Gaia G-band photometry and the BP/RP spectrophotometry. Such a flux calibration can be performed by repeatedly observing each SPSS during the life-time of the Gaia mission and by comparing the observed Gaia spectra to the spectra obtained by our ground-based observations. Due to both the different observing sites involved and the huge amount of frames expected (≃100000), it is essential to maintain the maximum homogeneity in data quality, acquisition and treatment, and a particular care has to be used to test the capabilities of each telescope/instrument combination (through the “instrument familiarization plan”), to devise methods to keep under control, and eventually to correct for, the typical instrumental effects that can affect the high precision required for the Gaia SPSS grid (a few % with respect to Vega). I contributed to the ground-based survey of Gaia SPSS in many respects: with the observations, the instrument familiarization plan, the data reduction and analysis activities (both photometry and spectroscopy), and to the maintenance of the data archives. However, the field I was personally responsible for was photometry and in particular relative photometry for the production of short-term light curves. In this context I defined and tested a semi-automated pipeline which allows for the pre-reduction of imaging SPSS data and the production of aperture photometry catalogues ready to be used for further analysis. A series of semi-automated quality control criteria are included in the pipeline at various levels, from pre-reduction, to aperture photometry, to light curves production and analysis.

Evaluation of a multi variated analysis for the selection of t-tbar multijet events in the current CMS implemented environment at LHC

In the present study we are using multi variate analysis techniques to discriminate signal from background in the fully hadronic decay channel of ttbar events. We give a brief introduction to the role of the Top quark in the standard model and a general description of the CMS Experiment at LHC. We have used the CMS experiment computing and software infrastructure to generate and prepare the data samples used in this analysis. We tested the performance of three different classifiers applied to our data samples and used the selection obtained with the Multi Layer Perceptron classifier to give an estimation of the statistical and systematical uncertainty on the cross section measurement.

EXAM-S: an Analysis tool for Multi-Domain Policy Sets

As distributed collaborative applications and architectures are adopting policy based management for tasks such as access control, network security and data privacy, the management and consolidation of a large number of policies is becoming a crucial component of such policy based systems. In large-scale distributed collaborative applications like web services, there is the need of analyzing policy interactions and integrating policies. In this thesis, we propose and implement EXAM-S, a comprehensive environment for policy analysis and management, which can be used to perform a variety of functions such as policy property analyses, policy similarity analysis, policy integration etc. As part of this environment, we have proposed and implemented new techniques for the analysis of policies that rely on a deep study of state of the art techniques. Moreover, we propose an approach for solving heterogeneity problems that usually arise when considering the analysis of policies belonging to different domains. Our work focuses on analysis of access control policies written in the dialect of XACML (Extensible Access Control Markup Language). We consider XACML policies because XACML is a rich language which can represent many policies of interest to real world applications and is gaining widespread adoption in the industry.

A partial dependence factorial analysis to deal with selection bias in observational studis

This thesis presents a creative and practical approach to dealing with the problem of selection bias. Selection bias may be the most important vexing problem in program evaluation or in any line of research that attempts to assert causality. Some of the greatest minds in economics and statistics have scrutinized the problem of selection bias, with the resulting approaches – Rubin’s Potential Outcome Approach(Rosenbaum and Rubin,1983; Rubin, 1991,2001,2004) or Heckman’s Selection model (Heckman, 1979) – being widely accepted and used as the best fixes. These solutions to the bias that arises in particular from self selection are imperfect, and many researchers, when feasible, reserve their strongest causal inference for data from experimental rather than observational studies. The innovative aspect of this thesis is to propose a data transformation that allows measuring and testing in an automatic and multivariate way the presence of selection bias. The approach involves the construction of a multi-dimensional conditional space of the X matrix in which the bias associated with the treatment assignment has been eliminated. Specifically, we propose the use of a partial dependence analysis of the X-space as a tool for investigating the dependence relationship between a set of observable pre-treatment categorical covariates X and a treatment indicator variable T, in order to obtain a measure of bias according to their dependence structure. The measure of selection bias is then expressed in terms of inertia due to the dependence between X and T that has been eliminated. Given the measure of selection bias, we propose a multivariate test of imbalance in order to check if the detected bias is significant, by using the asymptotical distribution of inertia due to T (Estadella et al. 2005) , and by preserving the multivariate nature of data. Further, we propose the use of a clustering procedure as a tool to find groups of comparable units on which estimate local causal effects, and the use of the multivariate test of imbalance as a stopping rule in choosing the best cluster solution set. The method is non parametric, it does not call for modeling the data, based on some underlying theory or assumption about the selection process, but instead it calls for using the existing variability within the data and letting the data to speak. The idea of proposing this multivariate approach to measure selection bias and test balance comes from the consideration that in applied research all aspects of multivariate balance, not represented in the univariate variable- by-variable summaries, are ignored. The first part contains an introduction to evaluation methods as part of public and private decision process and a review of the literature of evaluation methods. The attention is focused on Rubin Potential Outcome Approach, matching methods, and briefly on Heckman’s Selection Model. The second part focuses on some resulting limitations of conventional methods, with particular attention to the problem of how testing in the correct way balancing. The third part contains the original contribution proposed , a simulation study that allows to check the performance of the method for a given dependence setting and an application to a real data set. Finally, we discuss, conclude and explain our future perspectives.

Slope stability analysis by multi-temporal DEMs and 3D modelling: The 2002 and 2007 Stromboli landslide events

Natural hazard related to the volcanic activity represents a potential risk factor, particularly in the vicinity of human settlements. Besides to the risk related to the explosive and effusive activity, the instability of volcanic edifices may develop into large landslides often catastrophically destructive, as shown by the collapse of the northern flank of Mount St. Helens in 1980. A combined approach was applied to analyse slope failures that occurred at Stromboli volcano. SdF slope stability was evaluated by using high-resolution multi-temporal DTMMs and performing limit equilibrium stability analyses. High-resolution topographical data collected with remote sensing techniques and three-dimensional slope stability analysis play a key role in understanding instability mechanism and the related risks. Analyses carried out on the 2002–2003 and 2007 Stromboli eruptions, starting from high-resolution data acquired through airborne remote sensing surveys, permitted the estimation of the lava volumes emplaced on the SdF slope and contributed to the investigation of the link between magma emission and slope instabilities. Limit Equilibrium analyses were performed on the 2001 and 2007 3D models, in order to simulate the slope behavior before 2002-2003 landslide event and after the 2007 eruption. Stability analyses were conducted to understand the mechanisms that controlled the slope deformations which occurred shortly after the 2007 eruption onset, involving the upper part of slope. Limit equilibrium analyses applied to both cases yielded results which are congruent with observations and monitoring data. The results presented in this work undoubtedly indicate that hazard assessment for the island of Stromboli should take into account the fact that a new magma intrusion could lead to further destabilisation of the slope, which may be more significant than the one recently observed because it will affect an already disarranged deposit and fractured and loosened crater area. The two-pronged approach based on the analysis of 3D multi-temporal mapping datasets and on the application of LE methods contributed to better understanding volcano flank behaviour and to be prepared to undertake actions aimed at risk mitigation.

Techniques and Methods for a multi-scale analysis of neuromuscular fatigue

This thesis proposes an integrated holistic approach to the study of neuromuscular fatigue in order to encompass all the causes and all the consequences underlying the phenomenon. Starting from the metabolic processes occurring at the cellular level, the reader is guided toward the physiological changes at the motorneuron and motor unit level and from this to the more general biomechanical alterations. In Chapter 1 a list of the various definitions for fatigue spanning several contexts has been reported. In Chapter 2, the electrophysiological changes in terms of motor unit behavior and descending neural drive to the muscle have been studied extensively as well as the biomechanical adaptations induced. In Chapter 3 a study based on the observation of temporal features extracted from sEMG signals has been reported leading to the need of a more robust and reliable indicator during fatiguing tasks. Therefore, in Chapter 4, a novel bi-dimensional parameter is proposed. The study on sEMG-based indicators opened a scenario also on neurophysiological mechanisms underlying fatigue. For this purpose, in Chapter 5, a protocol designed for the analysis of motor unit-related parameters during prolonged fatiguing contractions is presented. In particular, two methodologies have been applied to multichannel sEMG recordings of isometric contractions of the Tibialis Anterior muscle: the state-of-the-art technique for sEMG decomposition and a coherence analysis on MU spike trains. The importance of a multi-scale approach has been finally highlighted in the context of the evaluation of cycling performance, where fatigue is one of the limiting factors. In particular, the last chapter of this thesis can be considered as a paradigm: physiological, metabolic, environmental, psychological and biomechanical factors influence the performance of a cyclist and only when all of these are kept together in a novel integrative way it is possible to derive a clear model and make correct assessments.