Matematica per l'Ambiente

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ll gruppo Matematica per l'Ambiente partecipa al comitato tecnico IMACS su Modelling, Methods and Simulations for Environmental Problems.  Vanta un'ampia esperienza nel campo dell'Osservazione della Terra, maturata in oltre vent'anni di partecipazione a progetti di modellazione e analisi di dati da remote sensing. Il gruppo partecipa agli studi su Meteosat Terza Generazione e sviluppa modelli di trasferimento radiativo e algoritmi di inversione per FORUM, la missione ESA Earth Explorer 9, operativa dal 2026. Nell'ambito del progetto ASI SAPP4VU sviluppa metodi e algoritmi per l'uso di dati iperspettrali con acquisizione continua, come quelli della missione PRISMA, a supporto di applicazioni ecologiche per la valutazione della vulnerabilità degli ecosistemi. Inoltre, nell'ambito del progetto PRIN 2022 PNRR MVP, il gruppo sviluppa un framework di retrieval per la stima dei profili verticali di CH₄ da dati satellitari, basato su Physics-Informed Neural Networks (PINN) e applicato ai dati IASI.

Il gruppo è inoltre coinvolto nella rete LTER (Long Term Ecological Research) e collabora con le principali iniziative internazionali, come LifeWatch ERIC, GEO ECO e GEO LDN, nonché con progetti di ricerca sulla struttura e le funzioni degli ecosistemi e sulla biodiversità, tra cui  eLTER PLUS, eLTER EnRich, Restore4Cs. Attraverso questi progetti, sviluppa competenze complementari che integrano modellistica e analisi dei dati per applicazioni ambientali. Finanziati dal PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza), nell'ambito delle  attività del National Biodiversity Future Center il gruppo sviluppa modelli per la dinamica del carbonio nel sottosuolo, mentre come attività del partenariato  Return-CriticalFires  e Progetto PRIN 2022 PNRR "Mathematical modelling of fire propagation in forests"  il gruppo si occupa della identificazione dei modelli matematici più efficaci per descrivere l'evoluzione degli incendi boschivi. 

All'interno del gruppo sono presenti anche competenze in modellistica matematica numerica per la descrizione di processi di transizione di fase liquido/solido, applicabili a soluzioni ambientali innovative, come la caratterizzazione dell'evoluzione della criosfera, attive nell'ambito del progetto ENIGMA. Inoltre, il gruppo contribuisce allo sviluppo di modelli per la mobilità sostenibile e l'economia circolare nell'ambito dei progetti R.O.M.E. Digital Hub e PRISMA Platform.

Le attività del gruppo si concentrano sulle seguenti tematiche:

  • Osservazione della Terra basata su dati provenienti da sensori remoti.
  • Ricerca ecologica a lungo termine sulla struttura e le funzioni degli ecosistemi, con focus su neutralità del degrado del suolo, impatto dei cambiamenti climatici e biodiversità.
  • Modellazione della diffusione di infezioni batteriche nelle specie vegetali.
  • Studio della crescita e diffusione di specie invasive, sia in aree protette sia in aree agricole.
  • Analisi diagnostica e predittiva della criosfera, dai ghiacciai alpini al ghiaccio marino polare.
  • Analisi delle emissioni inquinanti nel trasporto merci urbano, in relazione alle scelte operative di delivery.

Contributi scientifici e tecnologici

Le attività del gruppo Matematica per l'Ambiente si focalizzano sullo sviluppo di modelli matematici e metodi computazionali ad alto impatto innovativo per affrontare problemi ambientali rilevanti in un contesto interdisciplinare. In particolare, vengono sviluppati:

  • Tecniche di machine learning per l'analisi di scene, ad esempio per l'individuazione di nubi e per l'implementazione di tecniche predittive di gap-filling su prodotti L2 per la stima di trend spazio-temporali.
  • Algoritmi di retrieval e tecniche di regolarizzazione.
  • Tecniche per l'estrazione di indici vegetazionali e di dati utili per modelli previsionali, considerando parametri superficiali e atmosferici stimati a partire da misure nell'infrarosso e nel lontano infrarosso.
  • Stima del profilo di 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 della dispersione di popolazioni di specie invasive, con l'obiettivo di simulare e valutare strategie e azioni di gestione.
  • Modelli per la stima dei trend del carbonio organico nel sottosuolo, utili per la previsione del comportamento a lungo termine e per il raggiungimento della neutralità del degrado del suolo.
  • Modelli non lineari che analizzano il ruolo della comunità microbica nel ciclo di trasformazione della materia organica, integrando misurazioni e dati da telerilevamento.
  • Modelli multi-scala per l'evoluzione della banchisa, studiando la distribuzione dello spessore del ghiaccio in presenza di acqua di fusione e il trasporto convettivo di calore attraverso lo strato poroso di ghiaccio.
  • Modelli per la descrizione della meccanica e termodinamica del permafrost, utili per lo studio del flusso dei ghiacciai rocciosi e per la previsione dell'innesco di processi di slittamento.

 

Referenti