Identificação de períodos secos e chuvosos e a influência na produção de café de montanha nas Matas de Minas.

O Brasil é o maior produtor e exportador de café do mundo, sendo responsável por mais de 30% da produção, com o plantio numa área total de 1,96 milhões de hectares (CONAB, 2014). A Companhia Nacional de Abastecimento (Conab) revelou que em 2014 foram produzidas entre 46,53 a 50,15 milhões de sacas de 60 quilos de café (arábica e conilon) do produto beneficiado, que irá contribuir significativamente para o crescimento do PIB brasileiro. Minas Gerais possui o maior parque cafeeiro do País, respondendo por mais de 51% da produção nacional e por 2/3 da produção total de café arábica com o volume variando entre 25,6 a 27,1 milhões de saca (CONAB, 2014). O café é vendido para mais de 60 países do mundo, sendo quatro as regiões produtoras no Estado: Sul de Minas (47%), Matas de Minas (30,7%), Cerrado Mineiro (19%) e Chapada de Minas (3,3%).

Canopy-scale biophysical controls of transpiration and evaporation in the Amazon Basin.

Canopy and aerodynamic conductances (gC and gA) are two of the key land surface biophysical variables that control the land surface response of land surface schemes in climate models. Their representation is crucial for predicting transpiration (λET) and evaporation (λEE) flux components of the terrestrial latent heat flux (λE), which has important implications for global climate change and water resource management. By physical integration of radiometric surface temperature (TR) into an integrated framework of the Penman?Monteith and Shuttleworth?Wallace models, we present a novel approach to directly quantify the canopy-scale biophysical controls on λET and λEE over multiple plant functional types (PFTs) in the Amazon Basin. Combining data from six LBA (Large-scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia) eddy covariance tower sites and a TR-driven physically based modeling approach, we identified the canopy-scale feedback-response mechanism between gC, λET, and atmospheric vapor pressure deficit (DA), without using any leaf-scale empirical parameterizations for the modeling. The TR-based model shows minor biophysical control on λET during the wet (rainy) seasons where λET becomes predominantly radiation driven and net radiation (RN) determines 75 to 80 % of the variances of λET. However, biophysical control on λET is dramatically increased during the dry seasons, and particularly the 2005 drought year, explaining 50 to 65 % of the variances of λET, and indicates λET to be substantially soil moisture driven during the rainfall deficit phase. Despite substantial differences in gA between forests and pastures, very similar canopy?atmosphere "coupling" was found in these two biomes due to soil moisture-induced decrease in gC in the pasture. This revealed the pragmatic aspect of the TR-driven model behavior that exhibits a high sensitivity of gC to per unit change in wetness as opposed to gA that is marginally sensitive to surface wetness variability. Our results reveal the occurrence of a significant hysteresis between λET and gC during the dry season for the pasture sites, which is attributed to relatively low soil water availability as compared to the rainforests, likely due to differences in rooting depth between the two systems. Evaporation was significantly influenced by gA for all the PFTs and across all wetness conditions. Our analytical framework logically captures the responses of gC and gA to changes in atmospheric radiation, DA, and surface radiometric temperature, and thus appears to be promising for the improvement of existing land?surface?atmosphere exchange parameterizations across a range of spatial scales.

Canopy-scale biophysical controls of transpiration and evaporation in the Amazon Basin.

Canopy and aerodynamic conductances (gC and gA) are two of the key land surface biophysical variables that control the land surface response of land surface schemes in climate models. Their representation is crucial for predicting transpiration (?ET) and evaporation (?EE) flux components of the terrestrial latent heat flux (?E), which has important implications for global climate change and water resource management. By physical integration of radiometric surface temperature (TR) into an integrated framework of the Penman?Monteith and Shuttleworth?Wallace models, we present a novel approach to directly quantify the canopy-scale biophysical controls on ?ET and ?EE over multiple plant functional types (PFTs) in the Amazon Basin. Combining data from six LBA (Large-scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia) eddy covariance tower sites and a TR-driven physically based modeling approach, we identified the canopy-scale feedback-response mechanism between gC, ?ET, and atmospheric vapor pressure deficit (DA), without using any leaf-scale empirical parameterizations for the modeling. The TR-based model shows minor biophysical control on ?ET during the wet (rainy) seasons where ?ET becomes predominantly radiation driven and net radiation (RN) determines 75 to 80?% of the variances of ?ET. However, biophysical control on ?ET is dramatically increased during the dry seasons, and particularly the 2005 drought year, explaining 50 to 65?% of the variances of ?ET, and indicates ?ET to be substantially soil moisture driven during the rainfall deficit phase. Despite substantial differences in gA between forests and pastures, very similar canopy?atmosphere "coupling" was found in these two biomes due to soil moisture-induced decrease in gC in the pasture. This revealed the pragmatic aspect of the TR-driven model behavior that exhibits a high sensitivity of gC to per unit change in wetness as opposed to gA that is marginally sensitive to surface wetness variability. Our results reveal the occurrence of a significant hysteresis between ?ET and gC during the dry season for the pasture sites, which is attributed to relatively low soil water availability as compared to the rainforests, likely due to differences in rooting depth between the two systems. Evaporation was significantly influenced by gA for all the PFTs and across all wetness conditions. Our analytical framework logically captures the responses of gC and gA to changes in atmospheric radiation, DA, and surface radiometric temperature, and thus appears to be promising for the improvement of existing land?surface?atmosphere exchange parameterizations across a range of spatial scales.

Scalar turbulent behavior in the roughness sublayer of an Amazonian forest.

An important current problem in micrometeorology is the characterization of turbulence in the roughness sublayer (RSL), where most of the measurements above tall forests are made. There, scalar turbulent fluctuations display significant departures from the predictions of Monin?Obukhov similarity theory (MOST). In this work, we analyze turbulence data of virtual temperature, carbon dioxide, and water vapor in the RSL above an Amazonian forest (with a canopy height of 40?m), measured at 39.4 and 81.6?m above the ground under unstable conditions. We found that dimensionless statistics related to the rate of dissipation of turbulence kinetic energy (TKE) and the scalar variance display significant departures from MOST as expected, whereas the vertical velocity variance follows MOST much more closely. Much better agreement between the dimensionless statistics with the Obukhov similarity variable, however, was found for the subset of measurements made at a low zenith angle Z, in the range 0°??

Impactos da simulação de ocorrência de chuva ácida artificial em sistemas agrícolas do sul do Brasil - 2012 a 2016.

2016

Analisi climatologiche locali con dati convenzionali e dendrocronologici

L'obiettivo di questa tesi è quello di valutare se vi sono delle corrispondenze tra dati dendrocronologici e indici climatici su scala locale. Per procedere a questa analisi vengono introdotti i metodi utilizzati per il monitoraggio del sistema climatico e proposta una breve presentazione della dendrocronologia e degli strumenti di cui ci si avvale in questo campo. La corrispondenza dendroclimatologica su piccola scala è stata fatta tramite l'utilizzo dei dati convezionali (termometri, pluviometri) e dati dendrocronologici tramite un'analisi diretta su alberi nella provincia di Bologna. I dati da pluviometro e termometro sono stati rielaborati in riferimento a indici di teleconnessione forniti dal NOAA sulle differenze di pressioni atmosferiche su precisi punti geografici. In secondo luogo sono stati effettuati dei test non parametrici sulle tendenze e sull'esistenza di punti di cambio e un'elaborazione della probabilità di comparsa di eventi di siccità. I risultati ottenuti sono stati confrontati con ricerche analoghe trovate in letterauratura. L'analisi di dati dendrocronologici è stata fatta sia su immagini relative ad anelli di quercia che a dati di resistenza alla perforazione di un stronco di pioppo vivente. Il confronto finale fra dati convenzionali e alberi, pur soffrendo di notevoli incertezze e imprecisioni ha mostrato alcuni risultati circa l'effetto delle condizioni climatiche sulle piante. Mostrando l'applicabilità di tecniche dendroclimatologiche su piccola scala.

Preparazione e caratterizzazione di micelle costituite da un pro-farmaco di Paclitaxel e caricate con un agente fotosensibile per il trattamento chemio- e foto-terapico dei tumori

Il Paclitaxel (PTX) è un potente agente chemioterapico approvato per il trattamento di numerosi tumori solidi. Tuttavia, la scarsa solubilità in acqua e l’elevata tossicità causano gravi effetti collaterali che pregiudicano severamente la qualità di vita dei pazienti, già compromessa dalla patologia. Il presente lavoro di tesi ha riguardato la preparazione mediante nano-precipitazione di micelle di un pro-farmaco del PTX (PTX2S), caricate con feoforbide a (PheoA), una molecola fotosensibile che illuminata ad una specifica lunghezza d’onda genera specie reattive all’ossigeno (ROS) e ossigeno di singoletto (1O2) capaci di uccidere le cellule tumorali. Le nanomicelle sono state caratterizzate in termini di stabilità in condizioni fisiologiche, capacità di loading e di rilascio del farmaco e sviluppo di ROS a seguito di irraggiamento con luce bianca. Inoltre, test preliminari in vitro eseguiti su cellule staminali mesenchimali umane (MSC) hanno dimostrato che le nanomicelle sono efficacemente internalizzate dalle cellule senza comprometterne la vitalità e la morfologia. Tali dati preliminari dimostrano che le MSC possono essere quindi utilizzate come vettori selettivi delle nanomicelle qui descritte.

Sintesi per microemulsione di materiali fotocatalitici ed elettrocatalitici basati su nanoparticelle di ossido di titanio

Il catalizzatore studiato per questa reazione è principalmente l’ossido di titanio (TiO2) per la sua disponibilità. Le modifiche principali riguardano l’inserimento nella struttura della TiO2 di altri elementi, principalmente N, e la deposizione di particelle di metalli nobili come co-catalizzatori. In questo elaborato vengono studiate una serie di sintesi per via microemulsione (ME). L’introduzione di una base (NaOH o NH4OH) è stata utilizzata per produrre delle modifiche nella morfologia dei catalizzatori. Alcuni parametri operativi delle sintesi, quali: tempo di agitazione del precursore, agente neutralizzante e trattamenti a riflusso sono stati studiati. Ottimizzando le sintesi in ME è stato possibile ottenere polveri di TiO2 con densità inferiore al campione di riferimento prodotto per ME, con valori inferiori a 1 g/mL. Le dimensioni delle particelle sono state osservate e risultano anch’esse inferiori, solitamente sotto 10 nm. L’area superficiale delle polveri è di solito superiore a 100 m2/g. Ulteriori modifiche introdotte riguardano la presenza di N nella struttura della TiO2, che ha permesso un miglioramento nell’assorbimento di luce nello spettro visibile. Inoltre, sfruttando la versatilità delle ME è stato possibile mettere a punto delle sintesi che permettono la precipitazione di specie di Ag sotto forma di nanoparticelle, della dimensione di 1 nm. I catalizzatori sono poi stati testati in fotocatalisi eterogenea, usando condizioni pressione atmosferica, temperatura di 30°C e utilizzando come solvente acqua. L’attività catalitica dei campioni è risultata promettente e si pensa che ulteriori studi di ottimizzazione dei parametri delle sintesi possano portare a successivi miglioramenti. I catalizzatori prodotti per neutralizzazione hanno mostrato una maggiore reattività e tra questi, quello trattato con NaOH, per effetto sinergico della densità e delle dimensioni dei cristalliti, ha esibito un’attività superiore agli altri.

Sviluppo e validazione di un algoritmo per la conversione delle incertezze delle effemeridi dell'asteroide Didymos

Per determinare lo stato di un satellite ad ogni istante è necessario un propagatore orbitale, cioè un algoritmo che, partendo da condizioni iniziali note, calcola la traiettoria di un corpo in un intervallo di tempo arbitrario. L’orbita ottenuta è tuttavia soggetta ad errori numerici (errori di propagazione) ed incertezze. Queste ultime derivano da condizioni iniziali non precise, in quanto ricavate da osservazioni, soggette ad errori di misurazione, o ipotesi sui parametri dell’orbita e del corpo. Per questo motivo è importante utilizzare il propagatore anche per verificare l’evoluzione di tali incertezze nel tempo tramite un processo noto come analisi della covarianza. Questo processo permette di valutare l’entità dell’incertezza calcolandone la variazione rispetto allo stato iniziale a cui è generata e la rispondenza ai requisiti di missione. Lo scopo della tesi è l’incremento di precisione del propagatore orbitale esistente e lo sviluppo di strumenti per il supporto della missione LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids). In particolare, saranno implementati effetti secondari nel modello di propagazione ed uno strumento per la propagazione e conversione della rappresentazione di incertezze delle effemeridi. Questo permetterà la valutazione della precisione dell’orbita di Didymos e di LICIACube, dal suo rilascio fino al flyby. Per l’esportazione della traiettoria calcolata viene presentata una funzione che, tramite interpolazione, rappresenti l’orbita generata utilizzando un limitato spazio di memoria.

Cyclone systems over the Aegean Sea. A statistical representation of their main characteristics

Il Mar Egeo è un bacino chiuso dove ha luogo una parte significativa dell'attività ciclonica del Mediterraneo. Inoltre, è circondato da città densamente popolate e ricche di risorse, quindi essere in grado di tracciare ed esaminare le caratteristiche degli intensi fenomeni meteorologici come i cicloni può prevenire i pericoli naturali che provocano perdite umane e danni economici. Questo studio tratta le caratteristiche principali dei sistemi a bassa pressione avvenuti nel Mar Egeo dal 1979 al 2020 ed è basato sul dataset di ERA5. Nello specifico, si tratta di un’analisi statistica delle loro caratteristiche come il numero medio di occorrenza per ogni mese dell’anno, la loro velocità di propagazione, la loro durata, la distanza percorsa dal momento della loro formazione fino al punto della loro dissipazione, lo spostamento fra la posizione di formazione e di dissipazione nonché` la loro distribuzione spaziale nelle 4 stagioni. Quello che è stato osservato è un’attività ciclonica rilevante che ha luogo nel Mar Egeo che costituisce uno dei posti del Mediterraneo con attività ciclonica non trascurabile. Si è fatto un confronto quantitativo tra i cicloni e più in generale le attività cicloniche che passano o nascono nel Mar Egeo con i cicloni che hanno luogo nel Mediterraneo nel suo complesso e quello che è stato trovato è che il Mar Egeo è un’area del Mediterraneo con attività ciclonica rilevante, e con caratteristiche simili dei cicloni che avvengono nel Mar Mediterraneo.

Modellazione numerica del sistema fognario di parte della città di Ravenna

La presente tesi di laurea vuole affrontare il tema degli allagamenti in ambito urbano e si inserisce all’interno di un progetto già in essere riguardante la realizzazione di un modello numerico del sistema di drenaggio della città di Ravenna. L'obbiettivo è la modellazione in 2D delle aree della città del comparto nord caratterizzate da eventi di Pluvial flooding con particolare riguardo ai siti di interesse archeologico facenti parte del patrimonio UNESCO. Il caso di studio, inoltre, è ripreso dal programma SHELTER (Sustainable Historic Environments hoListic reconstruction through Technological Enhancement and community based Resilience) finanziato nell’ambito del programma per la ricerca europea Horizon 2020. Nel presente elaborato verranno dunque simulati i vari scenari idraulici caratterizzati da eventi di precipitazione riferiti a tempi di ritorno differenti al fine di analizzare la risposta del comparto nord della rete di Ravenna, per valutarne le critica tramite l’utilizzo del software EPA SWMM. I risultati ottenuti saranno dunque rielaborati per essere utilizzati nella realizzazione di carte tematiche grazie all’utilizzo del software GIS. Tali carte permetteranno quindi di valutare le aree maggiormente soggette a fenomeni di allagamento. I risultati verranno infine analizzati attraverso il software di modellazione bidimensionale HEC-RAS riuscendo così a comprendere meglio il fenomeno dell’allagamento urbano. Verrà posta una particolare attenzione nelle zone dove sono presenti i siti facenti parte del patrimonio UNESCO: Basilica di San Vitale e Battistero Ariani. I risultati ottenuti dalla modellazione, permetteranno infine, di valutare le metodologie e gli approcci per ridurre i deflussi superficiali durante la precipitazione e, quindi le portate in fognatura, andando così a garantire una protezione idraulica e ambientale del territorio aumentando la resilienza del comparto urbano.

Sviluppo e validazione di mappe di copertura nevosa per lo studio della variabilità del manto nevoso in Emilia Romagna nel periodo 2000-2020

Il telerilevamento satellitare costituisce una delle tecniche di osservazione maggiormente efficace nel monitoraggio e nello studio dell'estensione del manto nevoso. Il manto ricopre un ruolo di estrema importanza quale risorsa idrica per gli ecosistemi e per le applicazioni agricole e industriali. Inoltre, è un indicatore climatologico in un contesto di cambiamenti climatici regionali e globali. In questo senso, la copertura nevosa è da considerarsi come una importante risorsa economica e sociale. Lo scopo della presente tesi è di produrre mappe di copertura nevosa giornaliere per la stima dell'estensione del manto nevoso della regione Emilia-Romagna e di analizzare la sua variabilità spazio-temporale nel periodo 2000-2020. Le mappe sono state sviluppate sulla base dei prodotti di neve, M*D10A1, del sensore MODIS, che consistono in mappe di classificazione della copertura in funzione dell'indice NDSI. Inizialmente, è stato costruito un albero decisionale con criteri a soglia multipla in grado di rielaborare la classificazione della superficie del sensore e produrre mappe di copertura nevosa sulla base di tre classi: neve, no-neve e nube. L'accuratezza delle mappe è stata validata tramite test statistici effettuati confrontandole con i dati di altezza del manto nevoso in situ di 24 stazioni meteorologiche, per il periodo di compresenza dei dati 2000-2012. I risultati della procedura di validazione hanno mostrato come, in generale, vi sia buon accordo tra il dato satellitare e la rispettiva osservazione al suolo, soprattutto nei pressi di stazioni lontane da vegetazione sempreverde e/o di ambiente urbano. Infine, è stata valutata la variabilità climatologica dell'estensione del manto nevoso tramite l'elaborazione degli indici di neve SCF, SCD e diversi indici SCA. L'attenzione è stata particolarmente focalizzata sugli indici di massima estensione invernale del manto, del valore mediano e del numero di giorni con estensione superiore al 39.5% della regione.

Studio del ciclo geochimico del Mercurio all'interfaccia aria-neve nel plateau Antartico

Lo studio si basa sull’analisi di campioni di neve superficiale (0-3 cm) e sub-superficiale (3-6 cm) raccolti nei pressi della “clean area” di Concordia Station, nel plateau Antartico, e di campioni di deposizione raccolti a seguito di eventi di precipitazione nello stesso sito. Il sito di campionamento “clean area” è designato allo studio dei valori di fondo nel plateau antartico, poiché ritenuto privo di contaminazione antropica. L’obiettivo è la quantificazione delle concentrazioni in ultra-tracce di mercurio per lo studio di eventuali patterns relativi al ciclo geochimico dell’elemento nei periodi interessati da radiazione solare. Inoltre, per studiare i processi che controllano il ciclo del mercurio nel plateau Antartico sono stati considerati sia i parametri meteorologici che le variazioni di elementi chimici usati per tracciare le possibili sorgenti emissive ed i meccanismi di scambio che avvengono per il mercurio all’interfaccia aria-neve. Le analisi sono state svolte con ICP-SFMS, una tecnica di spettrometria in grado di rilevare concentrazioni nell’ordine del ppt. A causa dei limiti di rilevazione molto bassi, tutte le provette usate per le analisi e la conservazione dei campioni sono state trattate al fine di minimizzare la contaminazione. I campioni destinati alle analisi di mercurio sono stati trattati con acido, seguendo la procedura per la stabilizzazione di metalli volatili. Il lavoro svolto non ha identificato particolari processi di trasporto e di scambio mentre invece riporta episodi di contaminazione della “clean area” dovuti in parte alla non usuale provenienza del vento ed in parte al crescente impatto antropico dovuto alle attività delle stazioni di ricerca. Lo studio ha messo in luce le problematiche legate al possibile impatto della base di ricerca Concordia Station sui processi naturali evidenziando la necessità di ulteriori studi e approfondimenti sul tema della contaminazione della designata “area pulita” per il campionamento di neve.

Aspetti microstrutturali, proprietà meccaniche e ottimizzazione del trattamento termico di un acciaio inossidabile PH processato con laser powder bed fusion

L’attività di ricerca svolta in questa tesi ha riguardato gli aspetti microstrutturali, le proprietà meccaniche e l’ottimizzazione del trattamento termico di un acciaio inossidabile indurente per precipitazione processato mediante tecnologia additiva Laser Powder Bed Fusion (L-PBF). I provini, realizzati presso il competence center Bi-REX (Bologna) e lavorati presso il laboratorio di Metallurgia del DIN, sono stati oggetto di vari trattamenti termici sperimentali in cui è stata fatta variare la temperatura e la durata di mantenimento in forno, al fine di identificare la combinazione ottimale di temperatura e tempo sia per la fase di solubilizzazione che di invecchiamento. Nello specifico, la scelta dei parametri di solubilizzazione e invecchiamento è stata fatta solo sulla base dei trend di durezza. Da queste attività sono stati scelti i parametri di trattamento che garantissero elevata durezza, prossima alla massima ottenibile, senza durate di invecchiamento eccessive. L'esito della sperimentazione ha permesso di ridurre sensibilmente temperatura e durata di solubilizzazione rispetto al trattamento benchmark senza penalizzazione della durezza risultante. Dopodiché è stata eseguita una caratterizzazione microstrutturale e meccanica dell’acciaio, in termini di durezza, trazione e resilienza, per confrontare il trattamento termico ottimizzato con la condizione As-Built (AB) e con il trattamento termico standard indicato dal produttore. L’elevata durezza misurata dopo invecchiamento si deve alla presenza di precipitati di rinforzo in grado di ostacolare il moto delle dislocazioni. Le prove meccaniche hanno confermato l’ottenimento di elevata resistenza a snervamento e a trazione, superiore al benchmark, ma di un basso allungamento a rottura e bassissima resilienza a causa di difetti quali porosità, mancate fusioni e spattering. Infine, lo studio delle superfici di frattura ha permesso di analizzare i meccanismi di rottura dei campioni di trazione e resilienza.

Caratterizzazione delle formazioni cicloniche associate a precipitazioni estreme sulla Sardegna

Gli eventi degli ultimi due decenni hanno mostrato come la Sardegna, in particolare il suo settore est, sia soggetta a frequenti eventi di precipitazione intensa che comportano perdita di vite umane e ingenti danni. Le alluvioni avvenute a Olbia nel 2013 o la più recente avvenuta a Bitti nel 2020 sono la dimostrazione dell’impatto che questi eventi possono avere sul territorio. Dal punto di vista della pratica previsionale di questi fenomeni intensi, è in uso presso ARPAS una classificazione dei cicloni avvenuti nel periodo compreso tra il 1957 e il 1999, che presentano configurazioni bariche simili e raggruppati in gruppi o “cluster”. Lo scopo di questo lavoro di tesi è estendere questa classificazione per il periodo 1951-1957 e 2000-2009, sulla base della configurazione sinottica in quota e al suolo in cui si sviluppano i cicloni appartenenti ai vari cluster. Tramite questa nuova classificazione, e utilizzando la temperatura superficiale media del mare, verrà analizzata la loro stagionalità e la loro durata temporale. Infine, sarà ricostruita la precipitazione legata ai diversi cluster suddividendo la precipitazione per i settori est e ovest dell’isola, per valutarne distribuzione e variabilità spaziale. I risultati mostrano come vi siano differenze tra i cicloni associati a ciascun cluster in base alle diverse configurazioni sinottiche. Un fattore importante è dato anche dalla stagione in cui i cicloni si verificano: emerge una frequenza maggiore nei mesi autunnali in cui le temperature medie mensili e l’anomalia di temperatura media risulta più alta. La distribuzione spaziale delle precipitazioni associate ai cluster conferma che le precipitazioni più intense e omogene interessano il settore est dell’isola. Poiché lo studio è basato interamente su una classificazione di tipo operativo in uso ad ARPAS, i suoi sviluppi riguardano soprattutto un maggior supporto e conoscenza previsionale degli eventi estremi sulla Sardegna.