Matematica per l'Ambiente

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ll gruppo Matematica per l'Ambiente costituisce l'IMACS technical committee su Modelling, Methods and Simulations for Environmental Problems. Ha competenze nel campo dell'Osservazione della Terra, acquisite in oltre vent'anni di partecipazione a progetti di modellazione e analisi di dati provenienti da sensori remoti. Partecipa inoltre agli studi su Meteosat Terza Generazione e sviluppa modelli di trasferimento radiativo e algoritmi di inversione per FORUM, la missione ESA Earth Explorer 9 che sarà operativa dal 2026.

Il gruppo è inoltre coinvolto nella rete LTER (Long Term Ecological Research); è connesso alle principali iniziative (LifeWatch ERIC, GEO ECO, GEO LDN) e progetti sulla struttura e le funzioni degli ecosistemi e sulla biodiversità (ECOPOTENTIAL, eLTER PLUS, EOTiST, Restore4C) sviluppando competenze complementari che integrano modellistica e analisi dei dati per l'ambiente. Attualmente partecipa alle attività del National Biodiversity Future Center finanziato dal PNRR.

Nel gruppo sono anche attive competenze di modellistica matematico numerica per la descrizione di processi di transizione di fase liquido/solido che trovano applicazione in soluzioni innovative di problematiche di tipo ambientale, come la caratterizzazione della evoluzione di porzioni della criosfera.

Le aree tematiche svolte riguardano:

  • Osservazione della Terra basata su dati provenienti da sensori remoti.
  • Ricerca ecologica a lungo termine su la struttura e le funzioni degli ecosistemi, orientata alla neutralità del degrado del suolo. Impatto del cambiamento climatico. Biodiversità.
  • Diffusione di infezioni batteriche all'interno delle specie vegetali. Crescita e diffusione di popolazioni di specie invasive all'interno di aree protette e aree agricole.
  • Studio diagnostico e prognostico della criosfera (dai ghiacciai alpini al ghiaccio marino polare).
  • Emissioni inquinanti nel trasporto merci urbano rispetto alle scelte operative di delivery.

Contenuti scientifici tecnologici

Le attività del gruppo 'Matematica per l'Ambiente' si concentrano sullo sviluppo di modelli matematici e metodi computazionali ad alto impatto innovativo per la risoluzione, in un contesto interdisciplinare, di problemi ambientali rilevanti. Nello specifico sono sviluppate:

  • tecniche di machine learning per l'analisi di scene, ad esempio per l'individuazione di nubi e conseguenti tecniche predittive di gap-fillings di prodotti L2 per stima trend spazio-temporali. Algoritmi di retrieval e tecniche di regolarizzazione;
  • tecniche per l'estrazione di indici vegetazionali e dati utili nei modelli previsionali che tengano conto di parametri superficiali e di parametri atmosferici stimati a partire da misure nell'infrarosso e nel lontano infrarosso.
  • stima su profilo della concentrazione di OCS, potenziale proxy dell'assorbimento della CO2 direttamente correlato alla Gross Primary Production (GPP), e/o di gas serra e qualità dell'aria;
  • modelli matematici e metodi numerici per la previsione della crescita e dispersione delle popolazioni di specie invasive al fine di simulare e valutare le strategie e le azioni di gestione.
  • modelli di stima dei trend di carbonio organico nel sottosuolo per la previsione del comportamento a lungo termine al fine del raggiungimento della neutralità. Modelli non lineari incentrati sul ruolo della comunità microbica nel ciclo di trasformazione della materia organica con integrazione di misurazioni e informazioni da telerilevamento;
  • modelli multi-scala per l'evoluzione della banchisa: evoluzione della distribuzione di spessore del ghiaccio in presenza di acqua di fusione e del trasporto convettivo di calore attraverso lo strato poroso di ghiaccio;
  • modelli per la descrizione della meccanica e termodinamica del permafrost per la descrizione del flusso di ghiacciai rocciosi e la previsione dell'innesco di processi di slittamento.

 

Referenti