Satellite and in situ data integrated analysis to study the upper ocean an coastal environment of the Italian seas

The thesis objectives are to develop new methodologies for study of the space and time variability of Italian upper ocean ecosystem through the combined use of multi-sensors satellite data and in situ observations and to identify the capability and limits of remote sensing observations to monitor the marine state at short and long time scales. Three oceanographic basins have been selected and subjected to different types of analyses. The first region is the Tyrrhenian Sea where a comparative analysis of altimetry and lagrangian measurements was carried out to study the surface circulation. The results allowed to deepen the knowledge of the Tyrrhenian Sea surface dynamics and its variability and to defined the limitations of satellite altimetry measurements to detect small scale marine circulation features. Channel of Sicily study aimed to identify the spatial-temporal variability of phytoplankton biomass and to understand the impact of the upper ocean circulation on the marine ecosystem. An combined analysis of the satellite of long term time series of chlorophyll, Sea Surface Temperature and Sea Level field data was applied. The results allowed to identify the key role of the Atlantic water inflow in modulating the seasonal variability of the phytoplankton biomass in the region. Finally, Italian coastal marine system was studied with the objective to explore the potential capability of Ocean Color data in detecting chlorophyll trend in coastal areas. The most appropriated methodology to detect long term environmental changes was defined through intercomparison of chlorophyll trends detected by in situ and satellite. Then, Italian coastal areas subject to eutrophication problems were identified. This work has demonstrated that satellites data constitute an unique opportunity to define the features and forcing influencing the upper ocean ecosystems dynamics and can be used also to monitor environmental variables capable of influencing phytoplankton productivity.

Lifelines in case of Natural Disaster Emergencies

In order to handle Natural disasters, emergency areas are often individuated over the territory, close to populated centres. In these areas, rescue services are located which respond with resources and materials for population relief. A method of automatic positioning of these centres in case of a flood or an earthquake is presented. The positioning procedure consists of two distinct parts developed by the research group of Prof Michael G. H. Bell of Imperial College, London, refined and applied to real cases at the University of Bologna under the coordination of Prof Ezio Todini. There are certain requirements that need to be observed such as the maximum number of rescue points as well as the number of people involved. Initially, the candidate points are decided according to the ones proposed by the local civil protection services. We then calculate all possible routes from each candidate rescue point to all other points, generally using the concept of the "hyperpath", namely a set of paths each one of which may be optimal. The attributes of the road network are of fundamental importance, both for the calculation of the ideal distance and eventual delays due to the event measured in travel time units. In a second phase, the distances are used to decide the optimum rescue point positions using heuristics. This second part functions by "elimination". In the beginning, all points are considered rescue centres. During every interaction we wish to delete one point and calculate the impact it creates. In each case, we delete the point that creates less impact until we reach the number of rescue centres we wish to keep.

Analisi degli effetti degli interventi agronomici all’impianto in un intervento di recupero ambientale di una cava di sabbie ed argille della collina bolognese: parametrizzazione e quantificazione dell’azoto.

In questo lavoro sono state analizzate diverse strategie di recupero di una cava dismessa situata presso la località Colombara (Monte San Pietro, Bologna). Su questi terreni sono state condotte tre prove, costituite da diverse parcelle nelle quali sono stati adottati differenti trattamenti. Sono state svolte analisi di tipo quantitativo del suolo e della parte epigea delle specie arbustive e arboree, focalizzandosi sull'azoto (N totale, ammoniacale, nitrico, e firma isotopica) e sulla sostanza organica del suolo. Inoltre è stata effettuata un'indagine qualitativa della composizione floristica. Scopo della tesi è quello di individuare le strategie più efficaci per un recupero di suoli degradati. Non sempre a trattamenti iniziali migliori corrispondono i migliori risultati portando a conclusioni apparentemente controintuitive a cui si è cercato di dare risposta.

Patogeni e zecche vettrici: studio epidemiologico in parchi pubblici dell'Emilia Romagna

Le malattie trasmesse da zecche sono un importante problema sia per la salute animale che per quella umana e negli ultimi decenni hanno aumentato notevolmente la loro diffusione, in seguito ai cambiamenti climatici, che hanno permesso la distribuzione delle zecche in aree prima non interessate. Per tale motivo si è deciso di effettuare un’indagine sulla diffusione delle zecche e sui patogeni da loro trasmessi, mediante campionamenti sia a livello ambientale, sia su animali e umani infestati in quattro siti di tre parchi dell’Emilia Romagna, dove non risultavano precedenti segnalazioni, nelle province di Bologna e Ravenna, da Aprile a Ottobre 2010. In totale sono state raccolte 8212 zecche. Dall’ambiente sono state campionate 6734 larve, 1344 ninfe, 61 adulti; dagli animali e da persone sono stati raccolti 68 adulti e 5 ninfe appartenenti a diverse specie di Ixodidae. Sono state condotte analisi sull’abbondanza delle zecche nelle diverse aree di raccolta, in funzione del periodo di campionamento, della temperatura e dell’umidità relativa misurata a 5 cm dal suolo al momento del campionamento e della vegetazione. Su tutti gli individui adulti e su pool di ninfe e di larve, per un totale di 393 campioni, sono state condotte analisi di tipo molecolare per la ricerca di piroplasmi, Anaplasma phagocytophilum e Borrelia burgdorferi s.l. Attraverso la PCR e il sequenziamento, è emerso che il 7,6% dei campioni era positivo per piroplasmi, tra i quali è stata riscontrata anche la presenza delle specie zoonosiche Babesia EU1 e B. divergens. La real-time PCR eseguita solo sui campioni costituiti da ninfe e adulti ha evidenziato una prevalenza del 9,2% per A. phagocytophilum e del 21,6% per B. burgdorferi s.l. Su questi patogeni sono state quindi condotte analisi di tipo filogenetico. In alcuni campioni sono state riscontrate coinfezioni con combinazioni di due patogeni contemporaneamente.

Analisi critica di modelli previsionali per le frane in Emilia Romagna

Questa tesi di dottorato è inserita nell’ambito della convenzione tra ARPA_SIMC (che è l’Ente finanziatore), l’Agenzia Regionale di Protezione Civile ed il Dipartimento di Scienze della Terra e Geologico - Ambientali dell’Ateneo di Bologna. L’obiettivo principale è la determinazione di possibili soglie pluviometriche di innesco per i fenomeni franosi in Emilia Romagna che possano essere utilizzate come strumento di supporto previsionale in sala operativa di Protezione Civile. In un contesto geologico così complesso, un approccio empirico tradizionale non è sufficiente per discriminare in modo univoco tra eventi meteo innescanti e non, ed in generale la distribuzione dei dati appare troppo dispersa per poter tracciare una soglia statisticamente significativa. È stato quindi deciso di applicare il rigoroso approccio statistico Bayesiano, innovativo poiché calcola la probabilità di frana dato un certo evento di pioggia (P(A|B)) , considerando non solo le precipitazioni innescanti frane (quindi la probabilità condizionata di avere un certo evento di precipitazione data l’occorrenza di frana, P(B|A)), ma anche le precipitazioni non innescanti (quindi la probabilità a priori di un evento di pioggia, P(A)). L’approccio Bayesiano è stato applicato all’intervallo temporale compreso tra il 1939 ed il 2009. Le isolinee di probabilità ottenute minimizzano i falsi allarmi e sono facilmente implementabili in un sistema di allertamento regionale, ma possono presentare limiti previsionali per fenomeni non rappresentati nel dataset storico o che avvengono in condizioni anomale. Ne sono esempio le frane superficiali con evoluzione in debris flows, estremamente rare negli ultimi 70 anni, ma con frequenza recentemente in aumento. Si è cercato di affrontare questo problema testando la variabilità previsionale di alcuni modelli fisicamente basati appositamente sviluppati a questo scopo, tra cui X – SLIP (Montrasio et al., 1998), SHALSTAB (SHALlow STABility model, Montgomery & Dietrich, 1994), Iverson (2000), TRIGRS 1.0 (Baum et al., 2002), TRIGRS 2.0 (Baum et al., 2008).

The role of the West African Monsoon in the tropical to mid-latitudes climate

The interaction between atmosphere–land–ocean–biosphere systems plays a prominent role on the atmospheric dynamics and on the convective rainfall distribution over the West Africa monsoon area during the boreal summer. In particular, the initialization of convective systems in the Sub – Sahelian region has been directly linked to soil moisture heterogeneities identified as the major triggering, development and propagation of convective systems. The present study aims at investigating African monsoon large scale convective dynamics and rainfall diurnal cycle through an exploration of the hypothesis behind the mechanisms of a monsoon phenomenon as an emergence of a collective dynamics of many propagating convective systems. Such hypothesis is based on the existence of an internal self – regulation mechanism among the various components. To achieve these results a multiple analysis was performed based on remote sensed rainfall dataset, and global and regional modelling data for a period of 5 seasons: 2004 - 2008. Satellite rainfall data and convective occurrence variability were studied for assessing typical spatio – temporal signatures and characteristics with an emphasis to the diurnal cycle footprint. A global model and regional model simulation datasets, specifically developed for this analysis and based on Regional Atmospheric Modelling System – RAMS, have been analysed. Results from numerical model datasets highlight the evidence of a synchronization between the destabilization of the convective boundary layer and rainfall occurrence due to the solar radiation forcing through the latent heat release. This supports the conclusion that the studied interacting systems are associated with a process of mutual adjustment of rhythms. Furthermore, this rainfall internal coherence was studied in relation to the West African Heat Low pressure system, which has a prominent role in the large scale summer variability over the Mediterranean area since it is acting as one of dynamic link between sub tropical and midlatitudes variability.

Sistemi strutturali cellulari a pareti portanti in cemento armato gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene

In questa Tesi di Dottorato di Ricerca sono state studiate le caratteristiche strutturali e le relative prestazioni dei sistemi strutturali cellulari a pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzate con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene. Tali sistemi strutturali sono caratterizzati da numerose peculiarità; infatti, (i) il comportamento globale delle strutture risulta essere di tipo cellulare, e, le pareti che costituiscono il sistema resistente alle azioni sia orizzontali che verticali risultano essere: (ii) tozze, (iii) di tipo sandwich e caratterizzate da: (iv) basse percentuali di armatura, (v) ridotti tassi di lavoro a sforzo assiale e (vi) stesso quantitativo di armatura orizzontale e verticale. Date le specificità dei sistemi strutturali in esame, si è, in primo luogo, cercato di inquadrare le peculiarità strutturali sopra elencate nell’ambito scientifico. Ciò ha consentito di riscontrare una profonda carenza nella conoscenza relativa al comportamento di tali strutture specialmente nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico. Pertanto i due principali obiettivi di questa Tesi di Dottorato sono stati: (1) la sistematizzazione scientifica e la relativa interpretazione di 10 anni di prove sperimentali condotte sul sistema strutturale in esame; e (2) la progettazione, la realizzazione e l’interpretazione preliminare dei risultati di una prova su tavola vibrante di una struttura a tre piani con pianta rettangolare, realizzata con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene (la prova è stata effettuata nell’ambito del progetto di ricerca Europeo SERIES). Questa ricerca ha dunque consentito di far luce sul comportamento (in particolar modo, nei confronti delle azioni orizzontali di tipo sismico) dei sistemi strutturali composti da pareti tozze di tipo sandwich in c. a. gettato in opera realizzati con la tecnologia del pannello di supporto in polistirene.

Analisi preliminare del trasporto di sostanze pericolose nel polo chimico di Ferrara.

Sommario Il polo chimico di Ferrara, situato nella periferia nord occidentale del territorio comunale, rappresenta un’area ad alta concentrazione di stabilimenti, ai sensi dell’art. 13 del D.Lgs. 334/99 e s.m.i., ovvero un’area in cui sono presenti diversi stabilimenti a rischio di incidente rilevante, così definiti in base alle caratteristiche di pericolosità e dei quantitativi delle sostanze chimiche presenti. Per tali aree la norma di legge prevede la realizzazione di uno Studio di Sicurezza Integrato d’Area o SSIA. Allo SSIA del polo chimico ferrarese è stato dato avvio nel corso del 2012, in seguito ad un accordo tra la Regione Emilia Romagna, l’Agenzia Regionale di Protezione Civile, la Provincia di Ferrara, l’Ufficio Territoriale del Governo, il Comune di Ferrara, la Direzione Regionale dei Vigili del Fuoco, l’Agenzia Regionale Prevenzione e Ambiente e le stesse aziende presenti nel polo. La realizzazione dello SSIA prevede 6 fasi: 1) la definizione dei criteri metodologici da adottare per l’analisi del rischio; 2) la raccolta e l’analisi critica dei dati necessari all'analisi del rischio; 3) l’individuazione e la caratterizzazione delle sorgenti di rischio; 4) l’analisi delle conseguenze e la stima della frequenza di accadimento degli scenari incidentali che possono scaturire da ogni sorgente di rischio; 5) la ricomposizione, per tutti gli scenari di ogni sorgente e per tutte le sorgenti, delle frequenze e delle conseguenze negli indici di rischio; 6) l’analisi e la valutazione dei risultati ottenuti, al fine di interventi eventuali interventi per la riduzione e la mitigazione del rischio stesso. Il presente lavoro di tesi si inserisce nello Studio di Sicurezza Integrato d’Area del polo chimico di Ferrara ed in particolare nelle fasi 2), 3) e 4) sopra citate. Esso ha preso avvio durante un tirocinio svolto presso l’Agenzia Regionale di Protezione Civile ed ha avuto ad oggetto il trasporto di sostanze pericolose via strada e ferrovia nell'area dello SSIA. Il lavoro di tesi è così strutturato: a valle del capitolo 1 avente carattere introduttivo, si è descritta nel dettaglio l’area oggetto dello SSIA, con particolare riferimento alle vie di trasporto delle sostanze pericolose (capitolo 2). Successivamente (capitolo 3) si è illustrata la metodologia utilizzata per effettuare il censimento dei dati di trasporto delle sostanze pericolose forniti dalle aziende del polo e si sono presentati i risultati ottenuti. Infine (capitolo 4) si è eseguita l’analisi delle conseguenze degli scenari incidentali associati al trasporto di alcune delle sostanze movimentate per strada e ferrovia.

Utilizzo di dispositivi isteretici per l'isolamento di piano: strategie per una progettazione sismica di tipo multi-prestazionale

Con la presente tesi si è inteso studiare le possibilità applicative di una particolare tipologia strutturale dotata di isolamento sismico “di piano”, intendendosi con ciò una struttura in cui l'intero piano terra, tramite l'inserimento di opportuni elementi dissipativi isteretici ed in analogia al consueto isolamento sismico di base, agisce da “strato” di protezione passiva per i piani sovrastanti. A riguardo, fra le possibili soluzioni per realizzare effettivamente tale isolamento "di piano" è stata considerata la disposizione di particolari elementi dissipativi isteretici di controvento detti Crecent-Shaped Braces, caratterizzati da una forma bilatera o curva, tale comunque da presentare un'eccentricità non nulla fra l'asse del controvento stesso e la linea congiungente gli estremi.

Modellistica Idraulico-Matematica per la definizione di strategie di mitigazione del rischio alluvionale

La Comunità Europea, alla luce dei recenti eventi alluvionali occorsi nei Paesi Membri ed al progressivo aumento dei danni economici da essi provocati, ha recentemente emanato una direttiva (Direttiva Europea 2007/60/CE, Flood Directive) per la valutazione e la predisposizione di piani di gestione del rischio idraulico alluvionale. Con riferimento a tale contesto l’attività di ricerca condotta si è concentrata sulla valutazione delle potenzialità offerte dalla modellistica numerico-idraulica mono e bidimensionale quale strumento per l’attuazione della Direttiva 2007/60. Le attività sono state affrontate ponendo particolare attenzione alla valutazione dei termini di incertezza che caratterizzano l’applicazione dei modelli numerico-idraulici, esaminando i possibili effetti di tale incertezza sulla mappatura della pericolosità idraulica. In particolare, lo studio si concentra su diversi tratti fluviali del corso medio inferiore del Fiume Po e si articola in tre parti: 1) analisi dell’incertezza connessa alla definizione delle scale di deflusso in una generica sezione fluviale e valutazione dei suoi effetti sulla calibrazione dei modelli numerici quasi-bidimensionali (quasi-2D); 2) definizione di mappe probabilistiche di allagamento per tratti fluviali arginati in presenza di tre sorgenti di incertezza: incertezza nelle condizioni al contorno di monte, nelle condizioni di valle e nell’identificazione delle eventuali brecce arginali; 3) valutazione dell’applicabilità di un modello quasi-2D per la definizione, a grande scala spaziale, di strategie alternative al tradizionale rialzo dei manufatti arginali per la mitigazione del rischio alluvionale associato a eventi di piena catastrofici. Le analisi condotte, oltre ad aver definito e valutato le potenzialità di metodologie e modelli idraulici a diversa complessità, hanno evidenziato l’entità e l’impatto dei più importanti elementi d’incertezza, sottolineando come la corretta mappatura della pericolosità idraulica debba sempre essere accompagnata da una valutazione della sua incertezza.

Contributi della Geomatica nella salvaguardia e gestione dei Beni Culturali

Il territorio italiano presenta una grandissima ricchezza nel campo dei Beni Culturali, sia mobili che immobili; si tratta di un patrimonio di grande importanza che va gestito e tutelato nel migliore dei modi e con strumenti adeguati, anche in relazione ai problemi ad esso legati in termini di manutenzione e di salvaguardia dai fattori di rischio a cui può essere esposto. Per una buona conoscenza del Patrimonio Culturale, è fondamentale un’acquisizione preliminare di informazioni condotte in modo sistematico e unitario, che siano diffuse ed organiche, ma anche utili ad una valutazione preventiva e ad una successiva programmazione degli interventi di restauro di tipo conservativo. In questo ambito, l'impiego delle tecniche e tecnologie geomatiche nel campo dei Beni Culturali, può fornire un valido contributo, che va dalla catalogazione e documentazione del bene culturale al suo controllo e monitoraggio. Oggigiorno il crescente sviluppo di nuove tecnologie digitali, accompagnato dai notevoli passi avanti compiuti dalle discipline della geomatica (in primo luogo topografiche e fotogrammetriche), rende possibile una efficace integrazione tra varie tecniche, favorita anche dalla diffusione di soluzioni per l’interscambio dati e per la comunicazione tra differenti dispositivi. Lo studio oggetto della presente tesi si propone, di approfondire gli aspetti legati all’uso delle tecniche e tecnologie della Geomatica, per mettere in risalto le condizioni di un bene ed il suo stato di degrado. Per la gestione e la salvaguardia di un bene culturale , si presenta il SIT Carta del Rischio che evidenzia le pericolosità legate al patrimonio, e come esse sommate alla vulnerabilità di un singolo bene, contribuiscano all’individuazione del grado di rischio. di approfondire gli aspetti legati all’uso delle tecniche e tecnologie delle Geomatica, per mettere in risalto le condizioni di un bene ed il suo stato di degrado.

Produzione di energia da fonti rinnovabili applicate sinergicamente ad una realtà agricola

Agricoltura ed Energia sono le due parole cardine attorno a cui ruota questa tesi. La prima si trova ad oggi ad essere investita da enormi aspettative: ha implicazioni economiche, sociali, ambientali e territoriali. Offre opportunità occupazionali nelle aree rurali, favorisce il mantenimento di un tessuto sociale, ha funzioni produttive e di tutela ambientale. In Italia è profondamente diffusa ma mantiene caratteristiche molto differenti legate ai prodotti, al territorio e al paesaggio agrario. Andrebbe quindi meglio conosciuta, tutelata, ma soprattutto rinnovata per essere efficientemente inserita nel contesto dello sviluppo del nostro Paese. Ricercando nuove soluzioni e nuove idee, che dovrebbero essere alla base della ripresa dal periodo di crisi, ci si collega al secondo termine, meglio definito con un aggettivo descrittivo: rinnovabile. L'utilizzo di queste fonti è alla base delle odierne necessità di risparmio energetico e dell'uso razionale delle energie. Il primo passo è annullare gli sprechi incrementando lʼefficienza dei dispositivi che producono energia. Vengono qui analizzate diversi impianti ad energie rinnovabili proposti in un luogo specifico che si presta a vedere le diverse fonti agire in sinergia ed a servizio dell'agricoltura che rimane la vocazione principale del luogo in esame. La sinergia diventa quindi la chiave di lettura della tesi in quanto le rinnovabili sono caratterizzate da una imprevedibile variabilità per cui risulta funzionale un sistema integrativo che porti il progetto finale ad avere una maggiore continuità nel servizio in ogni periodo dell'anno.

Pedofilia e pedopornografia online: una ricerca socio-criminologica nella realtà italiana e francese

Una delle realtà criminali che ha maggiormente fruito delle innovazioni introdotte dalla “società dell’Informazione” è, senza dubbio, quella dell’abuso sessuale sui minori. Tra le differenti forme di abuso sessuale sui minori, si è scelto di affrontare il fenomeno della pedopornografia online in ragione del preoccupante diffondersi di questa forma di criminalità che, grazie all’implementazione delle tecnologie dell’informazione, ha assunto caratteri nuovi, per alcuni versi difformi dai “tradizionali” profili della pedofilia, che sollevano interrogativi e nuove sfide sia sul versante della repressione di queste condotte illecite, sia sul piano della prevenzione. Nell'ambito di questo contributo, saranno esaminate in particolare le politiche penali elaborate in due diverse realtà nazionali, l'Italia e la Francia, a partire da differenti punti di vista e ponendo particolare attenzione agli strumenti, normativi ed operativi, introdotti per reprimere lo sfruttamento sessuale dei minori legato alla dimensione virtuale.

Tecniche di localizzazione indoor per il tracciamento di oggetti: studio per un caso reale

Nuovi sviluppi nella comunicazione wireless e nell'elettronica hanno permesso lo sviluppo di dispositivi poco costosi, poco energivori e multifunzione, piccoli in dimensione e in grado di comunicare a breve distanza. Collegati con tecnologie senza fili e disponibili in gran numero, questi sensori hanno offerto opportunità senza precedenti nel monitorare e controllare case, città, e l'ambiente. In aggiunta, i sensori wireless hanno anche una vasta gamma di applicazioni nella sicurezza, generando nuove capacità di riconoscimento e sorveglianza, unite ad altre finalità tattiche. La capacità di localizzazione di questi congegni poi è altamente studiata e ricercata, per applicazioni che vanno dal monitoraggio di incendi,della qualità dell'acqua e dell'agricoltura di precisione alla gestione di inventari, di sistemi anti intrusione, monitoraggio del traffico e di parametri medici. Da questo esteso panorama di utilizzi, è scaturita l'idea di un impiego di queste reti in un contesto particolare. L'esperienza maturata in ambito fieristico mi ha portato a considerare una problematica da sempre sentita, ma che non ha mai trovato soluzioni soddisfacenti o definitive, che è quella della protezione dei beni dai rapinatori. In questo ultimo periodo, dove si assiste ad un progressivo ma repentino calo degli affari dovuto ad una congiuntura economica mondiale sfavorevole, il problema è più avvertito da chi, in vari settori, vede un sempre più basso margine di compensazione ai furti.