Le determinanti del ricorso al debito delle piccole e medie imprese italiane: un'analisi empirica

L’analisi condotta nella tesi mira ad indagare le determinanti del debito delle piccole e medie imprese italiane: la domanda di ricerca è indirizzata a capire se la struttura finanziaria di queste ultime segue i modelli teorici sviluppati nell’ambito della letteratura di Corporate Finance o se, d’altro canto, non sia possibile prescindere dalle peculiarità delle piccole e medie imprese per spiegare il ricorso alle diverse fonti di finanziamento. La ricerca empirica effettuata nella dissertazione vuole essere un tentativo di coniugare le teorie di riferimento e le evidenze empiriche relative alle piccole e medie imprese italiane, analizzandone il comportamento attraverso lo studio del campione di dati fornito da Capitalia, relativo alla Nona Indagine per il periodo 2001-2003. Il campione in oggetto fa riferimento a circa 4000 imprese con più di 10 addetti, prevalentemente del settore manifatturiero. Per indagare le determinanti del debito nelle sue componenti più tradizionali, si sono prese in considerazione il debito commerciale e il debito bancario a breve termine come forme di finanziamento correnti mentre, tra le forme di finanziamento di medio-lungo periodo, le variabili usate sono state il ricorso al debito bancario a lungo termine e a strumenti obbligazionari. Inoltre, si è ricorso anche a misure più tradizionali di leva finanziaria, quali il rapporto di indebitamento, la proporzione tra debiti bancari, sia di breve che di lungo periodo, e l’ammontare dei finanziamenti esterni rispetto al valore dell’impresa, distinguendo anche qui, tra finanziamenti a breve e a lungo termine. L’analisi descrittiva ha mostrato il massiccio ricorso al debito bancario e, in generale, alle forme di indebitamento a breve. Le imprese di dimensioni minori, più giovani e opache tendono a ricorrere alle fonti interne e a forme di indebitamento a breve, mentre le imprese maggiormente dimensionate mostrano una struttura del debito più articolata. Questo ha suggerito la definizione di una diversa misura di debito, che tiene conto della complessità della sua struttura all’interno delle imprese, in base ad un ricorso di tipo gerarchico alle fonti di finanziamento: il grado di complessità dipende dalle tipologie e dalla quantità dei contratti di debito conclusi dall’impresa . E’ plausibile pensare che le imprese ricorrano prima alle fonti interne di finanziamento, perché prive di costi, e poi all’indebitamento nei confronti di diversi stakeholders: rispetto alla prossimità e alla facilità dell’ottenimento del finanziamento, è sembrato naturale pensare che un’impresa ricorra dapprima al debito commerciale, poi al debito bancario e solo infine all’emissione di obbligazioni, in un ordine gerarchico. Ne consegue che se un’impresa (non) ha contratto debiti con fornitori, banche e mercato, la complessità della struttura del suo debito è massima (nulla). L’analisi econometrica successiva è stata indirizzata in tre direzioni. In primis, l’analisi longitudinale dei dati è stata volta ad evidenziare se la struttura finanziaria delle PMI risponde ad un particolare modello teorico, in accordo con le teoria tradizionali di riferimento. In secondo luogo, l’analisi delle determinanti si è allargata allo studio degli aspetti peculiari delle imprese medio-piccole. Infine, si è indagato se, nell’ambito delle imprese di dimensioni minori, si osservano comportamenti omogenei oppure se determinate scelte nelle fonti di finanziamento sono da ricondurre all’esistenza di alcuni vincoli. Quindi, partendo dalla rassegna dei principali riferimenti nella letteratura, costituiti dalla Trade-off theory (Modigliani e Miller, 1963, De Angelo e Masulis, 1980, Miller, 1977), dalla Pecking order theory (Myers 1984, Myers e Majluf, 1984) e dalla Financial growth cycle theory (Berger e Udell, 1998), una prima serie di analisi econometriche è stata rivolta alla verifica empirica delle teorie suddette. Una seconda analisi mira, invece, a capire se il comportamento delle imprese possa essere spiegato anche da altri fattori: il modello del ciclo di vita dell’impresa, mutuato dalle discipline manageriali, così come il contesto italiano e la particolarità del rapporto bancaimpresa, hanno suggerito l’analisi di altre determinanti al ricorso delle diverse fonti di debito. Di conseguenza, si sono usate delle opportune analisi econometriche per evidenziare se la struttura proprietaria e di controllo dell’impresa, il suo livello di complessità organizzativa possano incidere sulla struttura del debito delle imprese. Poi, si è indagato se il massiccio ricorso al debito bancario è spiegato dalle peculiarità del rapporto banca-impresa nel nostro Paese, rintracciabili nei fenomeni tipici del relationship lending e del multiaffidamento. Ancora, si sono verificati i possibili effetti di tale rapporto sulla complessità della struttura del debito delle imprese. Infine, l’analisi della letteratura recente sulla capital structure delle imprese, l’approccio sviluppato da Fazzari Hubbard e Petersen (1988) e Almeida e Campello (2006 , 2007) ha suggerito un ultimo livello di analisi. La presenza di vincoli nelle decisioni di finanziamento, legati essenzialmente alla profittabilità, alla dimensione delle imprese, alle sue opportunità di crescita, e alla reputazione verso l’esterno, secondo la letteratura recente, è cruciale nell’analisi delle differenze sistematiche di comportamento delle imprese. Per di più, all’interno del lavoro di tesi, così come in Almeida e Campello (2007), si è ipotizzato che la propensione agli investimenti possa essere considerata un fattore endogeno rispetto alla struttura del debito delle imprese, non esogeno come la letteratura tradizionale vuole. Per questo motivo, si è proceduto ad un ultimo tipo di analisi econometrica, volta a rilevare possibili differenze significative nel comportamento delle imprese rispetto al ricorso alle fonti di finanziamento a titolo di debito: nel caso in cui esse presentino una dimensione contenuta, una bassa redditività e una scarsa reputazione all’esterno infatti, vi dovrebbe essere un effetto di complementarietà tra fonti interne ed esterne. L’effetto sarebbe tale per cui non sussisterebbe, o per lo meno non sarebbe significativa, una relazione negativa tra fonti interne ed esterne. Complessivamente, i risultati delle analisi empiriche condotte, supportano sia le teorie classiche di riferimento nell’ambito della disciplina della Corporate finance, sia la teoria proposta da Berger e Udell (1998): le variabili che risultano significative nella spiegazione della struttura del debito sono principalmente quelle relative alla dimensione, all’età, al livello e alla qualità delle informazioni disponibili. Inoltre, il ricorso a fonti interne risulta essere la primaria fonte di finanziamento, seguita dal debito. Il ricorso a fonti esterne, in particolare al debito bancario, aumenta quanto più l’impresa cresce, ha una struttura solida e la capacità di fornire delle garanzie, e ha una reputazione forte. La struttura del debito, peraltro, diventa più complessa all’aumentare della dimensione, dell’età e del livello di informazioni disponibili. L’analisi della struttura proprietaria e della componente organizzativa all’interno delle imprese ha evidenziato principalmente che la struttura del debito aumenta di complessità con maggiore probabilità se la proprietà è diffusa, se vi è un management indipendente e se la piramide organizzativa è ben definita. Relativamente al rapporto banca-impresa, i principali risultati mostrano che l’indebitamento bancario sembra essere favorito dai fenomeni di relationship lending e dal multiaffidamento. Tali peculiarità assumono tratti diversi a seconda della fase del ciclo di vita delle imprese della Nona Indagine. Infine, per quanto attiene all’ultima tipologia di analisi condotta, le evidenze empiriche suggeriscono che le piccole e medie imprese possano essere soggette a delle restrizioni che si riflettono nell’ambito delle loro politiche di investimento. Tali vincoli, relativi alla dimensione, ai profitti conseguiti e alla reputazione all’esterno, aiutano a spiegare le scelte di finanziamento delle PMI del campione.

Le scelte di investimento dei fondi pensioni italiani: un’analisi degli asset immobiliari

Il lavoro persegue l’obiettivo generale di indagare sulle scelte di investimento dei fondi pensione italiani. Per giungere al suddetto obiettivo il lavoro si articola in quattro capitoli principali corredati da premessa e conclusioni. Il primo capitolo si preoccupa di analizzare in quale modo le scelte operate dal legislatore italiano abbiano influenzato e influenzino le politiche di investimento dei fondi pensione. E’ indubbio, infatti, che l’intervento del legislatore abbia un forte ascendente sull’operatività dei fondi e possa limitarne o, viceversa, agevolarne l’attività. Alla luce di queste considerazioni, il secondo capitolo mira ad analizzare nel concreto l’influenza delle scelte operate dal legislatore sullo sviluppo del mercato dei fondi pensione italiani. In sostanza, l’obiettivo è quello di fornire informazioni circa il mercato italiano dei fondi pensione sviluppatosi in conseguenza alla normativa testé presentata. Il successivo capitolo, il terzo, propone un’analisi della letteratura che, nel contesto nazionale ed internazionale, ha analizzato la tematica dei fondi pensione. Più nel dettaglio, si propone una disamina dei riferimenti letterari che, affrontando il problema della gestione finanziaria dei fondi pensione, trattano delle politiche e delle scelte di investimento operate da questi. Il quarto capitolo riguarda un’analisi empirica mirata ad analizzare le politiche di investimento dei fondi pensione, in particolare quelle relative agli investimenti alternativi e soprattutto, tra questi, quelli immobiliari. L’obiettivo generale perseguito è quello di analizzare la composizione del patrimonio dei fondi appartenenti al campione considerato e ricavarne indicazioni circa le scelte manageriali operate dai fondi, nonché trarre indicazioni circa lo spazio riservato e/o riservabile alle asset class alternative, soprattutto a quelle di tipo immobiliare. Si evidenzia, infatti, che la verifica presentata riguarda prevalentemente gli investimenti immobiliari che rappresentano nella realtà italiana l’alternative class maggiormente diffusa. L’analisi si concentra, anche se in modo inferiore e con un approccio quasi esclusivamente qualitativo, su altre asset class alternative (hedge fund e private equity). Si precisa, inoltre, che la volontà di focalizzare la verifica sugli alternative investment limita l’analisi ai soli fondi pensione preesistenti che, ad oggi, rappresentano l’unica categoria alla quale è consentito effettuare investimenti di tipo alternativo. A differenza dei fondi di nuova generazione, tali fondi, infatti, non sono sottoposti a limitazioni nell’attività di investimento e, almeno in linea teorica, essi possono optare senza alcuna restrizione per l’asset allocation ritenuta più appropriata Tre sono le domande di ricerca a cui l’analisi proposta mira a dare risposta: Quale è la dimensione e la composizione del portafoglio dei fondi pensione preesistenti? Quale è la dimensione e la tipologia di investimento immobiliare all’interno del portafoglio dei fondi pensione preesistenti? Esiste uno “spazio” ulteriore per gli investimenti immobiliari e/o per altri alternative investment nel portafoglio dei fondi pensione preesistenti? L’analisi è condotta su un campione di dieci fondi preesistenti, che rappresenta il 60% dell’universo di riferimento (dei 29 fondi pensione preesistenti che investono in immobiliare) e la metodologia utilizzata è quella della case study. Le dieci case study, una per ogni fondo preesistente analizzato, sono condotte e presentate secondo uno schema quanto più standard e si basano su varie tipologie di informazioni reperite da tre differenti fonti. 2 La prima fonte informativa utilizzata è rappresentata dai bilanci o rendiconti annuali dei fondi analizzati. A questi si aggiungono i risultati di un’intervista svolta nei mesi di gennaio e febbraio 2008, ai direttori generali o ai direttori dell’area investimento dei fondi. Le interviste aggiungono informazioni prevalentemente di tipo qualitativo, in grado di descrivere le scelte manageriali operate dai fondi in tema di politica di investimento. Infine, laddove presente, sono state reperite informazioni anche dai siti internet che in taluni casi i fondi possiedono. Dalle case study condotte è possibile estrapolare una serie di risultati, che consentono di dare risposta alle tre domande di ricerca poste in precedenza. Relativamente alla prima domanda, è stato possibile stabilire che il portafoglio dei fondi pensione preesistenti analizzati cresce nel tempo. Esso si compone per almeno un terzo di titoli di debito, prevalentemente titoli di stato, e per un altro terzo di investimenti immobiliari di vario tipo. Il restante terzo è composto da altre asset class, prevalentemente investimenti in quote di OICR. Per quanto riguarda la politica d’investimento, si rileva che mediamente essa è caratterizzata da un’alta avversione al rischio e pochissimi sono i casi in cui i fondi prevedono linee di investimento aggressive. Relativamente alla seconda domanda, si osserva che la dimensione dell’asset class immobiliare all’interno del portafoglio raggiunge una quota decrescente nell’arco di tempo considerato, seppur rilevante. Al suo interno prevalgono nettamente gli investimenti diretti in immobili. Seguono le partecipazioni in società immobiliari. L’analisi ha permesso, poi, di approfondire il tema degli investimenti immobiliari consentendo di trarre indicazioni circa le loro caratteristiche. Infine, relativamente all’ultima domanda di ricerca, i dati ottenuti, soprattutto per mezzo delle interviste, permettono di stabilire che, almeno con riferimento al campione analizzato, l’investimento immobiliare perde quota e in parte interesse. Questo risulta vero soprattutto relativamente agli investimenti immobiliari di tipo diretto. I fondi con patrimoni immobiliari rilevanti, infatti, sono per la totalità nel mezzo di processi di dismissione degli asset, mirati, non tanto all’eliminazione dell’asset class, ma piuttosto ad una riduzione della stessa, conformemente anche a quanto richiesto dalle recenti normative. Le interviste hanno messo in luce, tuttavia, che a fronte di un’esigenza generale di contentere la quota investita, l’asset immobiliare è considerato positivamente soprattutto in termini di opportunità di diversificazione di portafoglio e buoni rendimenti nel lungo periodo. I fondi appaiono interessati in modo particolare a diversificare il portafoglio immobiliare, dismettendo parte degli asset detenuti direttamente e aumentando al contrario le altre tipologie di investimento immobiliare, soprattutto quote di OICR immobiliari. Altrettanto positivi i giudizi relativi alle altre asset class alternative. Pur restando ancora limitato il totale delle risorse destinate, tali investimenti sono percepiti come una buona opportunità di diversificazione del portafoglio. In generale, si è rilevato che, anche laddove l’investimento non è presente o è molto ridotto, nel breve periodo è intenzione del management aumentare la quota impiegata.

Strategie competitive e modelli organizzativi dei Confidi alla luce del nuovo quadro normativo

In Italia, il contesto legislativo e l’ambiente competitivo dei Confidi è profondamente mutato negli ultimi anni a seguito dell’emanazione di due nuove normative: la “Legge Quadro” sui Confidi e la nuova regolamentazione del capitale di vigilanza nelle banche (c.d. "Basilea 2"). la Legge Quadro impone ai Confidi di adottare uno dei seguenti status societari: i) ente iscritto all’albo di cui all’art. 106 del Testo Unico Bancario (TUB); ii) ente iscritto all’albo di cui all’art. 107 del Testo Unico Bancario; iii) banca cooperativa di garanzia collettiva dei fidi. Fermi restando i requisiti soggettivi sui garanti ammessi da Basilea 2, la modalità tecnica finora utilizzata dai Confidi non risponde ai requisiti oggettivi. Il pensiero strategico si enuclea nelle seguenti domande: A) qual è la missione del Confidi (perché esistono i Confidi)? B) Quali prodotti e servizi dovrebbero offrire per raggiungere la loro missione? C) Quale modello organizzativo e di governance si conforma meglio per l'offerta dei prodotti e servizi individuati come necessari per il raggiungimento della missione? Le riflessioni condotte nell’ambito di un quadro di riferimento delineato dal ruolo delle garanzie nel mercato del credito bancario, dalle “Nuove disposizioni di vigilanza prudenziale per le banche”, dalla “Legge Quadro” sui e, infine, dall’assetto istituzionale ed operativo dei Confidi si riassumono nelle seguenti deduzioni: Proposizione I: segmentare la domanda prima di adeguare l’offerta; Proposizione II: le operazioni tranched cover sono un'alternativa relativamente efficiente per l'operatività dei Confidi, anche per quelli non vigilati; Proposizione III: solo i Confidi‐banca hanno la necessità di dotarsi di un rating esterno; Proposizione IV: le banche sono nuovi Clienti dei Confidi: offrire servizi di outsourcing (remunerati), ma non impieghi di capitale; Proposizione V: le aggregazioni inter settoriali nel medesimo territorio sono da preferirsi alle aggregazioni inter territoriali fra Confidi del medesimo settore. Alle future ricerche è affidato il compito di verificare: quali opzioni strategiche nel concreato siano state applicate; quali siano state le determinati di tali scelte; il grado di soddisfacimento dei bisogni degli stakeholder dei Confidi; misurare i benefici conseguiti nell'efficienza allocativa del credito.

PTA e stenting carotideo: valutazione morfologica ed evolutiva, a breve e medio termine

In un periodo di tre anni è stato svolto un lavoro mirato alla valutazione delle complicanze correlate all’utilizzo dello stenting carotideo. Dopo la preparazione di un protocollo con definizione di tutti i fattori di rischio sono stati individuati i criteri di inclusione ed esclusione attraverso i quali arruolare i pazienti. Da Luglio 2004 a Marzo 2007 sono stati inclusi 298 pazienti e sono state valutate le caratteristiche della placca carotidea, con particolare riferimento alla presenza di ulcerazione e/o di stenosi serrata, la tortuosità dei vasi e il tipo di arco aortico oltre a tutti i fattori di rischio demografici e metabolici. E’ stato valutato quanto e se questi fattori di rischio incrementino la percentuale di complicanze della procedura di stenting carotideo. I pazienti arruolati sono stati suddivisi in due gruppi a seconda della morfologia della placca: placca complicata (placca con ulcera del diametro > di 2 mm e placca con stenosi sub occlusiva 99%) e placca non complicata. I due gruppi sono stati comparati in termini di epidemiologia, sintomatologia neurologica preoperatoria, tipo di arco, presenza di stenosi o ostruzione della carotide controlaterale, tipo di stent e di protezione cerebrale utilizzati, evoluzione clinica e risultati tecnici. I dati sono stati valutati mediante analisi statistica di regressione logistica multipla per evidenziare le variabili correlate con l’insuccesso. Dei 298 pazienti consecutivi sottoposti a stenting, 77 hanno mostrato una placca complicata (25,8%) e 221 una placca non complicata (74,2%). I due gruppi non hanno avuto sostanziali differenze epidemiologiche o di sintomatologia preoperatoria. Il successo tecnico si è avuto in 272 casi (91,2%) e sintomi neurologici post-operatosi si sono verificati in 23 casi (23.3%). Tutti i sintomi sono stati temporanei. Non si sono avute differenze statisticamente significative tra i due gruppi in relazione alle complicanze neurologiche e ai fallimenti tecnici. L’età avanzata è correlata ad un incremento dei fallimenti tecnici. I risultati dello studio portano alla conclusione che la morfologia della placca non porta ad un incremento significativo dei rischi correlati alla procedura di stenting carotideo e che l’indicazione alla CAS può essere posta indipendentemente dalla caratteristica della placca.

A new snowfall detection algorithm for high latitude regions based on a combination of active and passive sensors

Precipitation retrieval over high latitudes, particularly snowfall retrieval over ice and snow, using satellite-based passive microwave spectrometers, is currently an unsolved problem. The challenge results from the large variability of microwave emissivity spectra for snow and ice surfaces, which can mimic, to some degree, the spectral characteristics of snowfall. This work focuses on the investigation of a new snowfall detection algorithm specific for high latitude regions, based on a combination of active and passive sensors able to discriminate between snowing and non snowing areas. The space-borne Cloud Profiling Radar (on CloudSat), the Advanced Microwave Sensor units A and B (on NOAA-16) and the infrared spectrometer MODIS (on AQUA) have been co-located for 365 days, from October 1st 2006 to September 30th, 2007. CloudSat products have been used as truth to calibrate and validate all the proposed algorithms. The methodological approach followed can be summarised into two different steps. In a first step, an empirical search for a threshold, aimed at discriminating the case of no snow, was performed, following Kongoli et al. [2003]. This single-channel approach has not produced appropriate results, a more statistically sound approach was attempted. Two different techniques, which allow to compute the probability above and below a Brightness Temperature (BT) threshold, have been used on the available data. The first technique is based upon a Logistic Distribution to represent the probability of Snow given the predictors. The second technique, defined Bayesian Multivariate Binary Predictor (BMBP), is a fully Bayesian technique not requiring any hypothesis on the shape of the probabilistic model (such as for instance the Logistic), which only requires the estimation of the BT thresholds. The results obtained show that both methods proposed are able to discriminate snowing and non snowing condition over the Polar regions with a probability of correct detection larger than 0.5, highlighting the importance of a multispectral approach.

Retrieval of trace gases vertical profile in the lower atmosphere combining. Differential Optical Absorption Spectroscopy with radiative transfer models

The motivation for the work presented in this thesis is to retrieve profile information for the atmospheric trace constituents nitrogen dioxide (NO2) and ozone (O3) in the lower troposphere from remote sensing measurements. The remote sensing technique used, referred to as Multiple AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS), is a recent technique that represents a significant advance on the well-established DOAS, especially for what it concerns the study of tropospheric trace consituents. NO2 is an important trace gas in the lower troposphere due to the fact that it is involved in the production of tropospheric ozone; ozone and nitrogen dioxide are key factors in determining the quality of air with consequences, for example, on human health and the growth of vegetation. To understand the NO2 and ozone chemistry in more detail not only the concentrations at ground but also the acquisition of the vertical distribution is necessary. In fact, the budget of nitrogen oxides and ozone in the atmosphere is determined both by local emissions and non-local chemical and dynamical processes (i.e. diffusion and transport at various scales) that greatly impact on their vertical and temporal distribution: thus a tool to resolve the vertical profile information is really important. Useful measurement techniques for atmospheric trace species should fulfill at least two main requirements. First, they must be sufficiently sensitive to detect the species under consideration at their ambient concentration levels. Second, they must be specific, which means that the results of the measurement of a particular species must be neither positively nor negatively influenced by any other trace species simultaneously present in the probed volume of air. Air monitoring by spectroscopic techniques has proven to be a very useful tool to fulfill these desirable requirements as well as a number of other important properties. During the last decades, many such instruments have been developed which are based on the absorption properties of the constituents in various regions of the electromagnetic spectrum, ranging from the far infrared to the ultraviolet. Among them, Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) has played an important role. DOAS is an established remote sensing technique for atmospheric trace gases probing, which identifies and quantifies the trace gases in the atmosphere taking advantage of their molecular absorption structures in the near UV and visible wavelengths of the electromagnetic spectrum (from 0.25 μm to 0.75 μm). Passive DOAS, in particular, can detect the presence of a trace gas in terms of its integrated concentration over the atmospheric path from the sun to the receiver (the so called slant column density). The receiver can be located at ground, as well as on board an aircraft or a satellite platform. Passive DOAS has, therefore, a flexible measurement configuration that allows multiple applications. The ability to properly interpret passive DOAS measurements of atmospheric constituents depends crucially on how well the optical path of light collected by the system is understood. This is because the final product of DOAS is the concentration of a particular species integrated along the path that radiation covers in the atmosphere. This path is not known a priori and can only be evaluated by Radiative Transfer Models (RTMs). These models are used to calculate the so called vertical column density of a given trace gas, which is obtained by dividing the measured slant column density to the so called air mass factor, which is used to quantify the enhancement of the light path length within the absorber layers. In the case of the standard DOAS set-up, in which radiation is collected along the vertical direction (zenith-sky DOAS), calculations of the air mass factor have been made using “simple” single scattering radiative transfer models. This configuration has its highest sensitivity in the stratosphere, in particular during twilight. This is the result of the large enhancement in stratospheric light path at dawn and dusk combined with a relatively short tropospheric path. In order to increase the sensitivity of the instrument towards tropospheric signals, measurements with the telescope pointing the horizon (offaxis DOAS) have to be performed. In this circumstances, the light path in the lower layers can become very long and necessitate the use of radiative transfer models including multiple scattering, the full treatment of atmospheric sphericity and refraction. In this thesis, a recent development in the well-established DOAS technique is described, referred to as Multiple AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS). The MAX-DOAS consists in the simultaneous use of several off-axis directions near the horizon: using this configuration, not only the sensitivity to tropospheric trace gases is greatly improved, but vertical profile information can also be retrieved by combining the simultaneous off-axis measurements with sophisticated RTM calculations and inversion techniques. In particular there is a need for a RTM which is capable of dealing with all the processes intervening along the light path, supporting all DOAS geometries used, and treating multiple scattering events with varying phase functions involved. To achieve these multiple goals a statistical approach based on the Monte Carlo technique should be used. A Monte Carlo RTM generates an ensemble of random photon paths between the light source and the detector, and uses these paths to reconstruct a remote sensing measurement. Within the present study, the Monte Carlo radiative transfer model PROMSAR (PROcessing of Multi-Scattered Atmospheric Radiation) has been developed and used to correctly interpret the slant column densities obtained from MAX-DOAS measurements. In order to derive the vertical concentration profile of a trace gas from its slant column measurement, the AMF is only one part in the quantitative retrieval process. One indispensable requirement is a robust approach to invert the measurements and obtain the unknown concentrations, the air mass factors being known. For this purpose, in the present thesis, we have used the Chahine relaxation method. Ground-based Multiple AXis DOAS, combined with appropriate radiative transfer models and inversion techniques, is a promising tool for atmospheric studies in the lower troposphere and boundary layer, including the retrieval of profile information with a good degree of vertical resolution. This thesis has presented an application of this powerful comprehensive tool for the study of a preserved natural Mediterranean area (the Castel Porziano Estate, located 20 km South-West of Rome) where pollution is transported from remote sources. Application of this tool in densely populated or industrial areas is beginning to look particularly fruitful and represents an important subject for future studies.

A dynamical system approach to data assimilation in chaotic models

The Assimilation in the Unstable Subspace (AUS) was introduced by Trevisan and Uboldi in 2004, and developed by Trevisan, Uboldi and Carrassi, to minimize the analysis and forecast errors by exploiting the flow-dependent instabilities of the forecast-analysis cycle system, which may be thought of as a system forced by observations. In the AUS scheme the assimilation is obtained by confining the analysis increment in the unstable subspace of the forecast-analysis cycle system so that it will have the same structure of the dominant instabilities of the system. The unstable subspace is estimated by Breeding on the Data Assimilation System (BDAS). AUS- BDAS has already been tested in realistic models and observational configurations, including a Quasi-Geostrophicmodel and a high dimensional, primitive equation ocean model; the experiments include both fixed and“adaptive”observations. In these contexts, the AUS-BDAS approach greatly reduces the analysis error, with reasonable computational costs for data assimilation with respect, for example, to a prohibitive full Extended Kalman Filter. This is a follow-up study in which we revisit the AUS-BDAS approach in the more basic, highly nonlinear Lorenz 1963 convective model. We run observation system simulation experiments in a perfect model setting, and with two types of model error as well: random and systematic. In the different configurations examined, and in a perfect model setting, AUS once again shows better efficiency than other advanced data assimilation schemes. In the present study, we develop an iterative scheme that leads to a significant improvement of the overall assimilation performance with respect also to standard AUS. In particular, it boosts the efficiency of regime’s changes tracking, with a low computational cost. Other data assimilation schemes need estimates of ad hoc parameters, which have to be tuned for the specific model at hand. In Numerical Weather Prediction models, tuning of parameters — and in particular an estimate of the model error covariance matrix — may turn out to be quite difficult. Our proposed approach, instead, may be easier to implement in operational models.

Contributo della modellistica idrologica all'analisi di suscettività alle frane superficiali in argilla

L'Appenino Emiliano è tra le zone più franose al mondo; i fenomeni che la interessano sono abbastanza lenti e quindi mai catastrofici, ma, vista la loro diffusione, molto dannosi per le infrastrutture. La ricerca della pericolosità associata alle frane si distingue in previsione spaziale e previsione temporale; la prima, detta anche suscettività, è il tema del presente lavoro. La suscettività è volta alla realizzazione di carte di propensione al dissesto, relative e indipendenti dal tempo. Dall'inizio degli anni '90 sono disponibili in letteratura diversi modelli per rispondere a questa esigenza, i quali sono generalmente costituiti da una componente geo-meccanica (di solito il modello del Pendio Infinito) e una idrologica. Il presente lavoro si concentra su quest'ultima che, nei diversi modelli, presenta la maggiore varietà, e cerca di capire quale sia il contributo che questa componente può dare all'analisi di suscettività in un'area argillosa. Per valutare questo contributo, sono stati applicati ad un'area di studio rappresentativa, diversi modelli fisicamente basati noti in letteratura o creati appositamente. Le informazioni dinamiche dei modelli transitori sono state integrate nel tempo secondo diversi metodi che tengono conto della permanenza delle condizioni critiche nel versante. I risultati dell'analisi suggeriscono che, nell'area di studio, e presumibilmente nelle aree a prevalenza argillosa in genere, per la determinazione della suscettività alle frane, il contributo di un modello fisicamente basato, completo di componente geo-meccanica e componente idrologica accoppiate, è assolutamente trascurabile rispetto ad un semplice modello geo-meccanico basato sulla sola pendenza come quello del Pendio Infinito. Le indicazioni provenienti da un modello completo possono essere ridondanti o addirittura fuorvianti se questo non è adatto alle caratteristiche dell'area in studio e ben calibrato.

Numerical simulations of magma chamber dynamics at Campi Flegrei, and associated seismicity, deformation and gravity changes

Understanding the complex relationships between quantities measured by volcanic monitoring network and shallow magma processes is a crucial headway for the comprehension of volcanic processes and a more realistic evaluation of the associated hazard. This question is very relevant at Campi Flegrei, a volcanic quiescent caldera immediately north-west of Napoli (Italy). The system activity shows a high fumarole release and periodic ground slow movement (bradyseism) with high seismicity. This activity, with the high people density and the presence of military and industrial buildings, makes Campi Flegrei one of the areas with higher volcanic hazard in the world. In such a context my thesis has been focused on magma dynamics due to the refilling of shallow magma chambers, and on the geophysical signals detectable by seismic, deformative and gravimetric monitoring networks that are associated with this phenomenologies. Indeed, the refilling of magma chambers is a process frequently occurring just before a volcanic eruption; therefore, the faculty of identifying this dynamics by means of recorded signal analysis is important to evaluate the short term volcanic hazard. The space-time evolution of dynamics due to injection of new magma in the magma chamber has been studied performing numerical simulations with, and implementing additional features in, the code GALES (Longo et al., 2006), recently developed and still on the upgrade at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Pisa (Italy). GALES is a finite element code based on a physico-mathematical two dimensional, transient model able to treat fluids as multiphase homogeneous mixtures, compressible to incompressible. The fundamental equations of mass, momentum and energy balance are discretised both in time and space using the Galerkin Least-Squares and discontinuity-capturing stabilisation technique. The physical properties of the mixture are computed as a function of local conditions of magma composition, pressure and temperature.The model features enable to study a broad range of phenomenologies characterizing pre and sin-eruptive magma dynamics in a wide domain from the volcanic crater to deep magma feeding zones. The study of displacement field associated with the simulated fluid dynamics has been carried out with a numerical code developed by the Geophysical group at the University College Dublin (O’Brien and Bean, 2004b), with whom we started a very profitable collaboration. In this code, the seismic wave propagation in heterogeneous media with free surface (e.g. the Earth’s surface) is simulated using a discrete elastic lattice where particle interactions are controlled by the Hooke’s law. This method allows to consider medium heterogeneities and complex topography. The initial and boundary conditions for the simulations have been defined within a coordinate project (INGV-DPC 2004-06 V3_2 “Research on active volcanoes, precursors, scenarios, hazard and risk - Campi Flegrei”), to which this thesis contributes, and many researchers experienced on Campi Flegrei in volcanological, seismic, petrological, geochemical fields, etc. collaborate. Numerical simulations of magma and rock dynamis have been coupled as described in the thesis. The first part of the thesis consists of a parametric study aimed at understanding the eect of the presence in magma of carbon dioxide in magma in the convection dynamics. Indeed, the presence of this volatile was relevant in many Campi Flegrei eruptions, including some eruptions commonly considered as reference for a future activity of this volcano. A set of simulations considering an elliptical magma chamber, compositionally uniform, refilled from below by a magma with volatile content equal or dierent from that of the resident magma has been performed. To do this, a multicomponent non-ideal magma saturation model (Papale et al., 2006) that considers the simultaneous presence of CO2 and H2O, has been implemented in GALES. Results show that the presence of CO2 in the incoming magma increases its buoyancy force promoting convection ad mixing. The simulated dynamics produce pressure transients with frequency and amplitude in the sensitivity range of modern geophysical monitoring networks such as the one installed at Campi Flegrei . In the second part, simulations more related with the Campi Flegrei volcanic system have been performed. The simulated system has been defined on the basis of conditions consistent with the bulk of knowledge of Campi Flegrei and in particular of the Agnano-Monte Spina eruption (4100 B.P.), commonly considered as reference for a future high intensity eruption in this area. The magmatic system has been modelled as a long dyke refilling a small shallow magma chamber; magmas with trachytic and phonolitic composition and variable volatile content of H2O and CO2 have been considered. The simulations have been carried out changing the condition of magma injection, the system configuration (magma chamber geometry, dyke size) and the resident and refilling magma composition and volatile content, in order to study the influence of these factors on the simulated dynamics. Simulation results allow to follow each step of the gas-rich magma ascent in the denser magma, highlighting the details of magma convection and mixing. In particular, the presence of more CO2 in the deep magma results in more ecient and faster dynamics. Through this simulations the variation of the gravimetric field has been determined. Afterward, the space-time distribution of stress resulting from numerical simulations have been used as boundary conditions for the simulations of the displacement field imposed by the magmatic dynamics on rocks. The properties of the simulated domain (rock density, P and S wave velocities) have been based on data from literature on active and passive tomographic experiments, obtained through a collaboration with A. Zollo at the Dept. of Physics of the Federici II Univeristy in Napoli. The elasto-dynamics simulations allow to determine the variations of the space-time distribution of deformation and the seismic signal associated with the studied magmatic dynamics. In particular, results show that these dynamics induce deformations similar to those measured at Campi Flegrei and seismic signals with energies concentrated on the typical frequency bands observed in volcanic areas. The present work shows that an approach based on the solution of equations describing the physics of processes within a magmatic fluid and the surrounding rock system is able to recognise and describe the relationships between geophysical signals detectable on the surface and deep magma dynamics. Therefore, the results suggest that the combined study of geophysical data and informations from numerical simulations can allow in a near future a more ecient evaluation of the short term volcanic hazard.

Modello bayesiano per la riduzione dell'incertezza nella previsione delle piene del fiume Reno

Many efforts have been devoting since last years to reduce uncertainty in hydrological modeling predictions. The principal sources of uncertainty are provided by input errors, for inaccurate rainfall prediction, and model errors, given by the approximation with which the water flow processes in the soil and river discharges are described. The aim of the present work is to develop a bayesian model in order to reduce the uncertainty in the discharge predictions for the Reno river. The ’a priori’ distribution function is given by an autoregressive model, while the likelihood function is provided by a linear equation which relates observed values of discharge in the past and hydrological TOPKAPI model predictions obtained by the rainfall predictions of the limited-area model COSMO-LAMI. The ’a posteriori’ estimations are provided throw a H∞ filter, because the statistical properties of estimation errors are not known. In this work a stationary and a dual adaptive filter are implemented and compared. Statistical analysis of estimation errors and the description of three case studies of flood events occurred during the fall seasons from 2003 to 2005 are reported. Results have also revealed that errors can be described as a markovian process only at a first approximation. For the same period, an ensemble of ’a posteriori’ estimations is obtained throw the COSMO-LEPS rainfall predictions, but the spread of this ’a posteriori’ ensemble is not enable to encompass observation variability. This fact is related to the building of the meteorological ensemble, whose spread reaches its maximum after 5 days. In the future the use of a new ensemble, COSMO–SREPS, focused on the first 3 days, could be helpful to enlarge the meteorogical and, consequently, the hydrological variability.

Mezzi innovativi nella difesa delle cucurbitacee da Fusarium solani f.sp. cucurbitae

Lo studio “Lotta biologica a Fusarium solani f.sp. cucurbitae su zucchino” si colloca nell’ambito della difesa integrata delle colture orticole dalle fitopatie fungine, in particolare quelle causate da patogeni ad habitat terricolo nei confronti dei quali è sempre più frequente il ricorso a mezzi di lotta diversi dai prodotti chimici. Interessante e innovativa appare la prospettiva di utilizzare microrganismi adatti a svilupparsi nel suolo, competenti per la rizosfera delle piante e con spiccate caratteristiche d’antagonismo verso i patogeni tellurici e di stimolazione delle difese sistemiche della pianta. Il marciume del colletto delle cucurbitacee, causato da diversi patogeni tra cui Fusarium solani f.sp. cucurbitae, rappresenta la principale malattia fungina di tipo tellurica che colpisce lo zucchino ed il melone nella Pianura Padana e che può portare a consistenti perdite produttive. Indagini condotte dal 2004 da parte del Diproval nell’areale bolognese, hanno evidenziato un’elevata frequenza del patogeno su zucchino coltivato soprattutto in tunnel. Considerata la carenza di conoscenze locali di F. solani f.sp. cucurbitae e di mezzi chimici di lotta efficaci, la ricerca svolta ha inteso approfondire la diagnosi della malattia e le caratteristiche biologiche degli isolati locali, e valutare la possibilità di utilizzare metodi biologici di lotta contro questo patogeno, nonché di studiare alcune delle possibili modalità d’azione di microrganismi antagonisti. Sono state pertanto prelevate, da zone diverse del Bolognese, campioni di piante di zucchino che presentavano sintomi di marciume del colletto ed è stato isolato il patogeno, che in base alle caratteristiche morfologiche macro e microscopiche, alle prove di patogenicità su diversi ospiti e a saggi biomolecolari, è stato identificato come Fusarium solani f. sp. cucurbitae W.C. Snyder & H.N. Hansen razza 1. Dagli isolati di campo sono state realizzate un centinaio di colture monosporiche venti delle quali sono state utilizzate per la prosecuzione delle prove. I venti ceppi sono stati saggiati per la loro patogenicità inoculandoli in terriccio sterile e con trapianto di giovani piante di zucchino. E’ risultata un’elevata variabilità del livello di virulenza tra i ceppi, stimata da 39% a 83% riguardo la gravità della malattia e da 61 a 96% per la frequenza di malattia. Sono state condotte prove di accrescimento miceliare che hanno evidenziato differenze tra i ceppi e tra gli esperimenti condotti a tre diverse temperature (17, 23 e 28°C) alla luce ed al buio. La crescita maggiore complessivamente è stata ottenuta a 23°C. I venti ceppi hanno anche mostrato di produrre, in vitro, vari livelli di enzimi di patogenesi quali cellulasi, poligalatturonasi, pectin liasi e proteasi. E’ stata evidenziata unan correlazione significativa tra attività cellulasica e pectin liasica con frequenza e gravità della malattia dei venti ceppi del patogeno. Le prove relative al contenimento della malattia sono state condotte in cella climatica. Sono stati considerati prodotti commerciali (Remedier, Rootshield, Cedomon, Mycostop, Proradix, Clonotry) a base rispettivamente dei seguenti microrganismi: Trichoderma harzianum ICC012 + T. viride ICC080, T. harzianum T22, Pseudomonas chlororaphis MA342, Streptomyces griseoviridis K61, P. fluorescens proradix DSM13134 e T. harzianum + Clonostachys rosea). I prodotti sono stati somministrati sul seme, al terreno e su seme+terreno (esperimenti 1 e 2) e in vivaio, al trapianto e vivaio+trapianto (esperimenti 3 e 4), riproducendo situazioni di pratico impiego. L’inoculazione del patogeno (un ceppo ad elevata patogenicità, Fs7 ed uno a bassa patogenicità, Fs37) è stata effettuata nel terreno distribuendo uno sfarinato secco di semi di miglio e cereali colonizzati dal patogeno. La malattia è stata valutata come intensità e gravità. I prodotti sono stati impiegati in situazioni di particolare stress, avendo favorito particolarmente la crescita del patogeno. Complessivamente i risultati hanno evidenziato effetti di contenimento maggiore della malattia nel caso del ceppo Fs37, meno virulento. La malattia è stata ridotta quasi sempre da tutti i formulati e quello che l’ha ridotta maggiormente è stato Cedomon. Il contenimento della malattia somministrando i prodotti solo nel terreno di semina o di trapianto è stato in generale quello più basso. Il contenimento più elevato è stato ottenuto con la combinazione di due tipologie di trattamento, seme+terreno e vivaio+trapianto. Le differenze tra i prodotti sono risultate più evidenti nel caso del ceppo Fs7. Per quanto riguarda lo studio di alcune delle modalità d’azione dei microrganismi contenuti nei formulati più efficaci, è stato verificato che tutti sono stati in grado di inibire, se pur in vario modo, la crescita del patogeno in vitro. Gli antagonisti più efficaci sono stati S. griseoviridis K61 (Mycostop) e P. fluorescens proradix DSM13134). I ceppi di Trichoderma, ed in particolare T.harzianum T22 (Rootshield), sono risultati i più attivi colonizzatori del substrato. Riguardo il fenomeno dell’antibiosi, il batterio P. fluorescens proradix DSM13134 ha mostrato di produrre i metaboliti non volatili più efficaci nel ridurre lo sviluppo del patogeno. Nelle condizioni sperimentali adottate anche i due ceppi di T. viride ICC080 e T. harzianum ICC012 hanno dimostrato di produrre metaboliti efficaci. Tali risultati, anche se relativi a prove in vitro, possono contribuire alla comprensione dei meccanismi dei microrganismi sul contenimento dell’infezione relativamente al rapporto diretto sul patogeno. E’ stato inoltre verificato che tutti i microrganismi saggiati sono dotati di competenza rizosferica e solo i batteri di endofitismo. Si conclude che, nonostante l’elevata pressione infettiva del patogeno che ha certamente influito negativamente sull’efficacia dei microrganismi studiati, i microrganismi antagonisti possono avere un ruolo nel ridurre l’infezione di F. solani f.sp. cucurbitae razza 1.

Multitemporal analysis of satellite imagery: implementation of a land evolution model in ALCS (ATSR LAND CLASSIFICATION SYSTEM)

In this report it was designed an innovative satellite-based monitoring approach applied on the Iraqi Marshlands to survey the extent and distribution of marshland re-flooding and assess the development of wetland vegetation cover. The study, conducted in collaboration with MEEO Srl , makes use of images collected from the sensor (A)ATSR onboard ESA ENVISAT Satellite to collect data at multi-temporal scales and an analysis was adopted to observe the evolution of marshland re-flooding. The methodology uses a multi-temporal pixel-based approach based on classification maps produced by the classification tool SOIL MAPPER ®. The catalogue of the classification maps is available as web service through the Service Support Environment Portal (SSE, supported by ESA). The inundation of the Iraqi marshlands, which has been continuous since April 2003, is characterized by a high degree of variability, ad-hoc interventions and uncertainty. Given the security constraints and vastness of the Iraqi marshlands, as well as cost-effectiveness considerations, satellite remote sensing was the only viable tool to observe the changes taking place on a continuous basis. The proposed system (ALCS – AATSR LAND CLASSIFICATION SYSTEM) avoids the direct use of the (A)ATSR images and foresees the application of LULCC evolution models directly to „stock‟ of classified maps. This approach is made possible by the availability of a 13 year classified image database, conceived and implemented in the CARD project (http://earth.esa.int/rtd/Projects/#CARD).The approach here presented evolves toward an innovative, efficient and fast method to exploit the potentiality of multi-temporal LULCC analysis of (A)ATSR images. The two main objectives of this work are both linked to a sort of assessment: the first is to assessing the ability of modeling with the web-application ALCS using image-based AATSR classified with SOIL MAPPER ® and the second is to evaluate the magnitude, the character and the extension of wetland rehabilitation.

Difesa idraulica delle aree di pianura dalle piene al limite della prevedibilità: asta medio inferiore del Fiume Po

La Tesi si occupa dello studio della gestione delle piene al limite della prevedibilità nel tratto medio inferiore del Fiume Po attraverso una laminazione controllata in Fascia C, in linea con le linee strategiche dell'AdB-Po. A tal fine è stato realizzato un modello numerico idraulico quasi-bidimensionale del tratto studiato del Fiume con il software HEC-RAS, comprendente le Fasce A, B e C, calibrato per un tempo di ritorno di 500 anni. Sono state condotte delle simulazioni sotto l'ipotesi di argini erodibili con conseguente formazione di brecce nei punti soggetti a tracimazione (situazione attuale), e sotto l'ipotesi di argini inerodibili (teorico intervento di rivestimento e consolidamento dei tratti arginali interessati da sormonto); attraverso il confronto dei risultati si è dimostrata l'utilità della laminazione controllata in Fascia C e l'auspicabilità di nuovi studi volti all'individuazione di aree poco sensibili in cui convogliare i volumi idrici esondati.