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Presentazione al Convegno "Quale didattica della Fisica per formare gli insegnanti discuola primaria?", organizzato nell'ambito delle attività delGruppo G6-PLS- Fisica -Progetto Laurea Scientifiche

La crescente rilevanza e attenzione per le previsioni di eventi meteo estremi, soprattutto nel territorio montano e collinare, rende opportuna l'elaborazione di modelli che integrino le analisi meteo-climatiche e la presenza di attività antropiche. Una ricerca sociologica in Lombardia, in ottica di Citizen Science

In questo lavoro viene presentato un percorso di geometria piana che ha come protagonista una figura spesso trascurata nelle classi: il deltoide. La metodologia proposta è di tipo attivo e operativo e fa uso sia di artefatti (“modelli dinamici”) costruiti dagli alunni, sia di software geometrici (Cabri, Geogebra). Si espone il quadro teorico di riferimento e il sapere matematico ricavabile dalle attività suggerite; vengono anche date indicazioni sulla modalità di organizzazione e gestione delle attività in classe e sul loro valore educativo e conoscitivo. / This work presents a plan geometry learning unit that highlights the deltoid, a figure often neglected in the classrooms. The proposed methodology is active and operative, employing both artifacts (“dynamic models”) built by the students and geometrical software (Cabri, Geogebra). The theoretical reference framework and the mathematical knowledge that can be gained from the suggested activi ties are explained and instructions on the organization and the activities management in the classroom are provided together with their educative and cognitive value.

L'importanza dei fenomeni dinamici nell'ecosistema lagunare ha portato a concepire e realizzare un prototipo di sistema informatico geografico che integra le potenzialità del GIS in quanto strumento di gestione e rappresentazione dei dati spaziali con quelle di modelli matematici e di automi cellulari per il trattamento di dati spazio-temporali. Si tratta di una struttura modulare basata sull'autonomia di ogni ambiente di lavoro, dove il flusso dei dati dal GIS ai modelli dinamici e viceversa viene assicurato da procedure di scambio appositamente sviluppate. Grazie all'interoperabilità il modulo GIS diventa lo strumento per rappresentazioni multi-livello e la base per lo sviluppo di un ambiente cartografico di lavoro. The relevance of dynamic phenomena in lagoon ecosystems has led to the conception of a prototype of geographic information system which integrates GIS potentials of spatial data representation and processing with those of mathematical and cellular automata models for the Spatio-temporal treatment of data. It is a modular framework which preserves the autonomy of each processing environment, while procedures for data exchange are developed which enable data flow in both directions: from GIS to models and from models to GIS. Thanks to the interoperability the GIS module becomes the tool for multi-level representations. It displays potentials for developing a working environment designed for the production of cartography.

Mediterranean basin supports characteristic Mediterranean forests, woodlands, and scrub vegetation, highly adapted to the mild, rainy winters and hot, dry summers that characterize the Mediterranean climate. Never less the Mediterranean region has been identified as one of the hot spots of climate change. This study aims to understand what are the conditions of coexistence, thus biodiversity, of Mediterranean tree species in humid areas under future scenarios of altered hydrological regimes. The core of the work is a quantitative, dynamic model exploring the coexistence of different mediterranean tree species, typical of the arid or semi-arid wetland where ecological overlaps exist between mesic communities and those dominated by wetland specialists. The original idea of the paper is to address this topic from a deterministic approach using a dynamical model which is validated by existing data on species abundance. The dynamic of the population is broadly-defined according to the distinct adaptive strategies of trees for water stress of summer drought and winter flooding while climate change are explored as external forcing by means of a bifurcation analysis and compared with the major regional climate scenarios. I argue that at intermediate levels of water supply, which do not benefit either of the two species, the dual role of water (resource and stress) results in the coexistence of two kind of species, namely Hygrophilous and Non-hygrophilous. In order to support the validity of the ideas contained in the present study I applied the model to a Mediterranean coastal forested wetlands of Central Italy located into Castelporziano Estate and Circeo National Park. The results obtained show that there are distinct rainfall thresholds on the ability of Mediterranean wetlands to maintain species coexistence and hence to sustain biodiversity, calling for an urgent adaptation and mitigation response to prevent human pressure on water resources in proximity of wetland forested areas. Come è noto, il bacino del mediterraneo ospita una vegetazione fortemente adattata alle particolari condizioni climatiche che ne caratterizzano l’area. Inoltre la regione mediterranea è ricca di zone umide naturali ad elevata valenza ecologica. L’equilibrio di questi complessi sistemi naturali corre il rischio di essere alterato a causa dei cambiamenti climatici globali che, secondo i maggiori scenari climatici, mostrano un hot spot proprio nella regione mediterranea. Alla luce di questi fatti, la presente tesi mira ad individuare le condizioni climatiche per le quali la coesistenza, intesa quale sinonimo di biodiversità, di diverse specie arboree delle zone umide del mediterraneo è preservata. A tal fine è stato sviluppato un modello dinamico di competizione idrica per descrivere la coesistenza di due distinti gruppi di specie arboree (i.e. specie denominate igrofile e non-igrofile) che mostrano diverse strategie adattative allo stress idrico che caratterizza le zone umide del mediterraneo: drought estivo e flooding invernale. Al fine di verificarne la validità, il modello è stato validato sulle foreste umide planinziali della costa tirrenica integrando le informazioni rinvenute per i siti del Parco Nazionale del Circeo e della Tenuta Presidenziale di Castelporziano. I risultati ottenuti mostrano che per un regime idrico intermedio, rappresentato da quello attuale, in cui nessuna delle due specie è avvantaggiata, il duplice ruolo dell’acqua, risorsa-stress, garantisce la coesistenza delle due specie. Tuttavia, il trend con cui la precipitazione sta diminuendo è destinato a destabilizzare tale l’equilibrio nell’arco di qualche decennio, spostando il regime di vegetazione attuale da uno stato di coesistenza ad uno dominato dalle sole specie sclerofille. In generale, il modello è in grado di descrivere la dinamica delle popolazioni delle zone umide delle regioni aride o semi-aride in cui è facile rilevare sovrapposizioni ecologiche tra popolazioni relativamente più xeriche e quelle tipicamente più igrofile. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

Le foreste rivestono un importante ruolo sia dal punto di vista socio-economico che dal punto di vista ambientale. Queste rientrano in un delicato equilibrio che coinvolge non solo la stessa componente vegetazionale ma anche i cicli bio-geochimici e il clima al livello regionale nonché globale. Le foreste rappresentano inoltre un importante serbatoio di biodiversità per l'intero pianeta, partecipano attivamente al ciclo del carbonio e sono considerate un importante elemento di mitigazione dell'effetto serra. La conoscenza della quantità di anidride carbonica assorbita e convertita in biomassa dagli ecosistemi forestali rappresenta quindi una preziosa informazione per la loro gestione sostenibile anche e soprattutto nell’ambito dei cambiamenti climatici. Negli ultimi anni la modellistica in ambito forestale si è dimostrata essere un valido aiuto a tal proposito. Il lavoro presentato in questa tesi ha avuto come scopo lo sviluppo di un modello predittivo e dinamico su scala ecosistemica che, tramite parametri eco-fisiologici che possono essere facilmente sia misurati che calcolati, fornisce come output numerose informazioni utili alla conoscenza dei processi che governano la dinamica forestale e la sua gestione come la produttività primaria lorda e netta al livello ecosistemico e l'evoluzione della fisionomia della foresta. Il modello 3D-CMCC presentato in questo lavoro, si basa sul concetto dell'efficienza di utilizzo della luce (Light Use Efficiency) a livello di chioma lungo un gradiente verticale. E' noto infatti come la mutua interazione tra la crescita forestale e le condizioni di luce, causino nella foresta una differenziazione sia orizzontale che verticale della struttura fisionomica. Il codice logico del modello è stato creato considerando la singola cella di rappresentazione all'interno di una struttura tridimensionale con differenti piani variabili a seconda della tipologia di foresta da simulare. Tale struttura logica permette di lavorare su foreste multi-specie, multi-strato e disetanee partendo da una risoluzione minima della cella di un ettaro per scale temporali mensili. La versione multi-layer è il risultato dell'implementazione e dello sviluppo della legge di Lambert-Beer per la stima della luce intercettata, assorbita e trasmessa attraverso i differenti strati che compongono una foresta. Il modello è quindi in grado di stimare, per ciascun piano, il valore di PAR (Photosynthetic Active Radiation) a partire da variabili come l'indice di area fogliare LAI (Leaf Area Index), il coefficiente di estinzione della luce specie-specifico e la copertura percentuale del pixel usando l'approccio della “Big Leaf” nonché l'evapotraspirazione, anch'essa strettamente legata alla luce ricevuta da ogni piano, e l'evaporazione dal suolo. La posizione di una classe di età di una determinata specie in un determinato piano nella struttura verticale della foresta, determina la quantità di luce ricevuta e utilizzabile per i processi di fotosintesi. Inoltre la densità di popolamento rappresenta un indice di competizione nella determinazione della struttura stessa e delle dimensioni della chioma di un albero all'interno di un popolamento. Il modello riesce a stimare, in funzione della densità di copertura dei vari piani, la struttura della chioma del singolo albero, sia verticalmente che orizzontalmente, riportandola a tutto il popolamento. Lo spessore delle chiome e la percentuale di copertura orizzontale costituiscono infatti un indice di competizione per la luce che determina il partizionamento e l'allocazione dinamica tra i vari comparti (tronchi, radici, foglie e comparto riproduttivo) della biomassa prodotta nell’anno precedente a quello di simulazione. La copertura vegetale dello strato dominante di una foresta si riflette poi sulla presenza o meno di uno o più strati dominati, sulla loro produttività lorda, sulla loro capacità di immagazzinare carbonio e quindi sul bilancio lordo e netto di assorbimento di CO2 dell'intero ecosistema. Tramite i risultati ottenuti dal modello 3D-CMCC è possibile inoltre simulare gli effetti che la gestione selvicolturale ha sulla produttività del bosco e quindi valutare, il miglior intervento sul sito preso in esame. Il modello è stato validato con una simulazione di medio termine (10 anni) su una foresta multi-strato, disetanea e pluri-specifica con prevalenza di cerro (Q. cerris L.) nella stazione di “La Torre di Feudozzo” (AQ). I risultati ottenuti dalla simulazione risultano in ottimo accordo con i dati misurati. Forests are important both for socio-economic and for environmental aspects. Forests changes affect a delicate balance that involves not only vegetation components but also bio-geochemical cycles and global climate and they play an important role in biodiversity conservation. Hence the knowledge of the amount of Carbon sequestered for carbon cycle by forests, represents precious information for their sustainable management in the framework of climate changes. The aim of the present work is the development of a forest dynamic model, generic, hybrid on ecosystem spatial scale able to obtain useful predictive information for the knowledge of the process at the base of forest dynamic and forest management using ecophysiological parameters easy to be assessed and to be measured. The 3D-CMCC Forest Model is based on light use efficiency (LUE) approach at the canopy level. It's well documented that the mutual interaction of forest growth and light conditions cause vertical and horizontal differentiation in the natural forest mosaic. Only eco-physiological parameters which can be either directly measured or estimates with reasonable certainty, are used. The model has been created considering a tridimensional cell structure with different vertical layers depending on the forest type that has to be simulated. The 3D-CMCC Forest Model is able to work on multi-layer and multi-species forests type from one hectare cell resolution and at monthly time-step for the typical Italian forest species. The multi-layer version is the result of the implementation and development of Lambert-Beer law for the estimation of intercepted, absorbed and transmitted light through different storeys of the forest in a new logic structure. It is possible estimates, for each storey, a PAR value (Photosynthetic Active Radiation) through Leaf Area Index (LAI), Light Extinction Coefficient and cell Canopy Cover using a “Big Leaf” approach and the evapotraspiration rate, itself closely linked to the light intercepted, for each layer and the evaporation from soil. Hence, the presence of a cohort in a storey determines the amount of light received for the photosynthetic processes. The population density (numbers of trees per cell) represents a good competition index for determining the tree crown structure and tree crown dimension within a forest population. The model assesses the structure of the tree crown both vertically and horizontally on the base of the population density and it upscale the result to the whole stand. The canopy depth and the percentage of horizontal coverage determines moreover a crowding competition index that lead to a specific biomass partitioning-allocation ratio among the different tree components (foliage, roots, stem and fruits) and especially for the stem affecting Height-Diameter (at breast height) ratio hence modeling the forest dynamic. In this model, Height-Diameter ratio is used as an alternative competition index in determining the vigour and the strength of competition on free growth status of trees. The forest dominant vegetative cover affects moreover the presence of a dominated layer, it influences its yield and its carbon stocking capacity and thereby the forest ecosystem CO2 carbon balance. Using this model it is possible to simulate the impact of climate change on forests as a result of productivity decrement or in some cases increment as well as the feedback of one or more dominated layers in terms of CO2 uptake in a forest stand and the effects of forest management activities for the next years. The model has been applied in an explanatory investigation to compute the medium-term (10 years) development of a multi-layer, multi-age and multi-species turkey oak forest (Q. cerris L.). The results obtained agree with measured data. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

Modelli dinamici applicati a un caso di analisi di bilancio reale