Focus
Il gruppo di ricerca sviluppa modelli matematici per l'analisi quantitativa e la gestione dei sistemi ambientali, con la finalità di promuovere un uso più efficiente e sostenibile delle risorse naturali e di favorire l'utilizzo di procedure di decisione più trasparenti e condivise.
I temi su cui si concentra l’attività di ricerca includono:
Qualità dell'aria e dell'acqua
La dinamica dell'inquinamento di aria e acqua è studiata tramite modelli deterministici e stocastici per le predizioni di breve periodo delle condizioni di qualità e per valutare piani ottimali di riduzione delle emissioni.
Gestione partecipata della risorsa idrica
Si studia la formulazione di modelli con un ridotto numero di parametri (parsimoniosi) di sistemi idrici nell'ambito di approcci basati sulla Teoria del controllo ottimo per la simulazione, la previsione e la gestione efficiente di serbatoi con molteplici destinazioni d'uso, reti di serbatoi e reti di distribuzione. Sono inoltre sviluppati metodi basati sulla Teoria della decisione e della negoziazione per individuare strutture di preferenza e per il supporto alle decisioni in contesti complessi (multi-obiettivo, multi-decisore e con incertezza). Questi modelli sono infine implementati in sistemi di supporto alle decisioni per la pianificazione partecipata e integrata delle risorse idriche.
Ecologia e Sostenibilità
Si studiano modalità di sfruttamento sostenibile degli ecosistemi, come risorse ittiche o forestali, atte a valutare politiche alternative di gestione in una prospettiva a molti obiettivi che integra punti di vista economici, sociali e ambientali. Si sviluppano nuovi modelli meccanicistici che incorporano il movimento degli organismi in interazioni di tipo risorsa-consumatore (piante-animali) oppure ospite-parassita (uomo-colera) per l'identificazione dei meccanismi chiave che determinano configurazioni spaziali o i pattern di diffusione osservati sul campo. Si analizza inoltre il rischio di estinzione in popolazioni frammentate attraverso lo sviluppo di modelli spazialmente impliciti ed espliciti, finalizzati a discutere gli effetti di diverse politiche di conservazione.
Bioenergia
Sono utilizzate di tecniche miste di ottimizzazione a numeri interi e di tipo non lineare per definire l'uso ottimo di biomasse residuali e coltivazioni dedicate per la produzione di energia. L’applicazione di questi metodi a diverse regioni italiane ha rivelato la possibilità di produrre energia elettrica e termica con una riduzione consistente di emissioni di CO2 e ritorni economici positivi.
Risutati principali della ricerca
E' stata sviluppata una procedura integrata e partecipativa per la pianificazione e la gestione delle risorse idriche. La procedura è presentata in termini teorici e validata attraverso un’applicazione ad un progetto concreto in due volumi della collana IDEA dell’editrice Elsevier. E' stato anche realizzato e reso disponibile un applicativo software denominato TwoLe Planning Engine che consente un'ottimizzazione avanzata in senso multi-obiettivo e la simulazione dinamica della risorsa idrica in un serbatoio e in reti di distribuzione. Il software può essere scaricato liberamente secondo la licenza GNU-GPLv3 all'indirizzo
http://savannah.nongnu.org/projects/twole-plan.
Sono stati studiati problemi di grande interesse sociale ed economico come la migrazione delle anguille attraverso l'Atlantico, la diffusione del mitilo zebra nel bacino del fiume Mississippi o le epidemie di colera in Kwatzulu-Natal al fine di suggerire le modalità ottime di intervento. A questo scopo sono stati sviluppati modelli che integrano la descrizione del movimento e dei processi di vita e di morte in maniera innovativa, evidenziando l'importanza ad ogni scala spaziale e temporale del movimento degli organismi, e l'influenza che esso esercita sia sulla persistenza di specie a rischio, sia sulla diffusione di specie o patogeni indesiderati (alloctoni). Questi modelli consentono di spiegare i fenomeni citati a scala continentale e decennale e anche quelli che operano attraverso reti complesse o diversi vettori di trasporto.
Infine è stato sviluppato un metodo per pianificare lo sfruttamento più efficiente del territorio dedicato alla coltivazione di biomassa a fini energetici, metodo poi applicato alla regione Emilia-Romagna. Utilizzando un approccio dello stesso tipo, è stato implementato un sistema software user-friendly a supporto di scelte energetiche ambientalmente compatibili per una provincia agricola del Nord Italia.
