ENVIRONMENTAL MODELLING

L'insegnamento è inserito nel curriculum "Global Environmental Change",GEC. L'obiettivo principale del Corso di Laurea è la formazione di qualificati professionisti, in grado di mettere competenze interdisciplinari a servizio della diagnosi e soluzione di problemi ambientali complessi. In particolare. il curriculum GEC si prefigge di fornire una visione sistemica e integrata delle dinamiche ambientali ed economiche, al fine di mettere il laureato nelle condizioni di affrontare da un punto di vista olistico le sfide legate alla gestione dell'ambiente in presenza di cambiamenti globali e nel contesto dello sviluppo sostenibile. Di particolare rilievo, a tal riguardo, è la sfida rappresentata dalla messa a punto di politiche di adattamento e mitigazione dei cambiamenti climatici. In questo contesto, l'insegnamento fornisce gli elementi fondamentali per descrivere quantitativamente e simulare l'evoluzione di sistemi dinamici, quali quelli economici ed ambientali, mediante modelli matematici di tipo meccanicistico. Questi strumenti consentono di rendere quantitativi e, quindi, confrontabili con le osservazioni modelli concettuali che colleghino le risposte di un sistema ambientale, ai flussi di materia ed energia che riceve ed alle principali interazioni tra le variabili che lo caratterizzano. Tale approccio sistemico è essenziale per giungere alla formulazione di modelli previsionali, in grado di guidare politiche di gestione ambientale, ivi incluse quelle di mitigazione delle cause dei cambiamenti ed adattamento ai loro effetti. L'insegnamento è inoltre mutuato dal corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per la transizione ecologica con il titolo "Applied ecology and environmental Directives". I contenuti saranno quindi orientati a favorire la collaborazione e lo scambio di conoscenze tra gli studenti di entrambi i corsi di laurea, enfatizzando l' applicazione di strumenti modellistici alla messa in opera dell'attuale legislazione ambientale, con particolare riferimento ai corpi idrici.

La frequenza e lo studio individuale delle note del corso, la lettura del materiale indicato, lo svolgimento degli esercizi proposti e lo sviluppo dell'elaborato a fine corso consentiranno a studenti/studentesse di conseguire i risultati descritti di seguito.
1) Conoscenza e comprensione.
Conoscenza della terminologia e dei principali concetti di teoria dei sistemi dinamici e di analisi statistica multivariata. Coerentemente con gli obiettivi formativi del curriculum, tale conoscenza consente di caratterizzare e modellare la variabilità spazio-temporale di dati ambientali.
Comprensione dell'importanza dell'approccio sistemico nello studio ed interpretazione del comportamento di sistemi complessi ed alla previsione della loro evoluzione.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Capacità di applicare metodologie statistiche e strumenti modellistici alla valutazione della qualità ambientale e alla previsione delle conseguenze di azioni gestionali, volte a migliorarla, in ottemperanza alle normative vigenti. Capacità di progettare ipotesi di intervento atti a mitigare gli impatti di pressioni antropiche, ivi inclusi quelli generati dai cambiamenti globali.
3) Capacità di giudizio
Capacità di valutare i benefici ambientali derivanti da diverse alternative gestionali, ad es. interventi di ripopolamento e ripristino di habitat, riduzione dei carichi di sostanze inquinanti, limitazione dello sforzo di pesca.

Conoscenze degli elementi fondamentali del calcolo differenziale e integrale, quali: concetto di funzione, principali funzioni reali di variabile reale (esponenziale, logaritmo, funzioni trigonometriche), derivata di funzione, differenziale di funzione, regole di derivazione e differenziazione, integrale definito e indefinito, integrali fondamentali e regole di integrazione.

1) La legislazione dell'Unione Europea per la protezione dell'ambiente: concetti generali. Le Direttive Europee per la protezione degli ambienti acquatici: Direttiva Quadro Acque e Direttiva Quadro Strategia Marina. Elementi di Qualità e valutazione dello Stato Ecologico. Macrodescrittori e valutazione e del Buono Stato Ambientale. Recepimento delle Direttive nella legislazione italiana e loro messa in opera.
2) Dati ambientali: il portale Copernicus e suoi servizi.
3) Monitoraggio ambientale: principali metodologie di rilevazione in corpi idrici. Applicazione di metodologie statistiche all'analisi della variabilità spazio-temporale dei dati.
4) Indicatori e indici per la valutazione dello stato ambientale. Indici di biodiversità.
5) Approccio sistemico allo studio delle dinamiche ambientali. Elementi di teoria dei sistemi dinamici. Metodi numerici per la determinazione di traiettorie e orbite. Sviluppo di codici in ambiente di programmazione "R" per la modellazione dell'evoluzione di un inquinante in un corpo idrico. Relazioni input-output e problema inverso: rilevanza per la messa in opera della legislazione ambientale. Combinazione lineare di forzanti: il principio di sovrapposizione. Modello di Streeter-Phelps per la simulazione della dinamica dell'ossigeno disciolto in un corpo idrico. Modelli biogeochimici NPDZ per la simulazione della produttività primaria pelagica.
6) Modelli di rete trofica e loro accoppiamento con i modelli di bioaccumulo di microinquinanti organici: loro utilizzo nella valutazione degli elementi di qualità ecologica e chimica.
7) Modelli ad Agenti: loro utilizzo nella valutazione dell'insediamento e dispersione di specie invasive non-indigene.

Dispense e materiale integrativo forniti dal docente.

L'apprendimento viene verificato attraverso una prova scritta e la presentazione di un elaborato. La prova scritta include 6 domande, volte ad accertare che lo studente abbia compreso i principali principi teorici e li sappia applicare a semplici casi concreti. L'elaborato consiste nello sviluppo e applicazione degli strumenti statistici e modellistici ad un caso studio definito assieme al docente. Il caso studio viene sviluppato da un gruppo formato da un massimo di tre studenti. Alla prova scritta viene attribuito un punteggio massimo pari a 12 punti. All'elaborato viene attribuito un punteggio massimo di 18 punti. Il punteggio attribuito all'elaborato è uguale per tutti i componenti dello stesso gruppo. Il voto è dato dalla somma dei punteggi ottenuti nel test e nell'elaborato

scritto e orale

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

A. punteggi nella fascia 18-22 verranno attribuiti in presenza di:
- sufficiente conoscenza e comprensione del programma;
- limitata capacità di applicare le nozioni teoriche a casi concreti.
B. punteggi nella fascia 23-26 verranno attribuiti in presenza di:
- discreta conoscenza e comprensione del programma;
- discreta capacità di applicare le nozioni teoriche a casi concreti;
C. punteggi nella fascia 27-30 verranno attribuiti in presenza di:
- buona o ottima conoscenza e comprensione del programma;
- buona o ottima capacità di interpretare i dati ed applicare le nozioni teoriche a casi concreti formulando giudizi autonomi;
D. la lode verrà attribuita in presenza di conoscenza del programma e capacità di applicare le nozioni teoriche a casi concreti eccellenti

1) Lezioni frontali, basate sulle note distribuite settimanalmente agli studenti, in cui vengono esposti gli argomenti trattati avvalendosi anche di presentazioni power point. Gli argomenti trattati vengono illustrati con esempi, ritenuti di interesse per comprendere e modellare le dinamiche ambientali. Vengono risolti semplici esercizi numerici, simili a quelli proposti nel test.
2) Correzione di esercizi assegnati
3) Utilizzo di software per la risoluzione numerica dei sistemi dinamici e l'applicazione delle metodologie statistiche e modellistiche: ciò mette in grado gli studenti di simulare il comportamento di sistemi ecologici in casi reali, in cui le funzioni forzanti sono derivate da serie storiche di dati sperimentali.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale naturale e qualità dell'ambiente" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile