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During the research project RIADE (Ricerca Integrata per l'Applicazione di tecnologie e processi innovativi per la lotta alla DEsertificazione), devoted to the study on the potential risk of desertification in Southern Italy, a particular attention has been paid also to the analysis of precipitations from three surface stations (Licata, Sicily; Rotondella, Basilicata; Surigheddu, Sardinia) in order to improve the knowledge derived from the most modern climatological studies related to this subject. The point of view adopted is to better define the precipitation microphysical properties (in particular, the Drop Size Distribution, DSD, and its moments), which are deeply related to the cloud system that generates the precipitation events. In particular we have used a newly introduced Convective Stratiform discrimination technique, that allowed us to observe a prevalence of events, concentrated along Winter (Wi) season, of different microphysical nature. In fact the prevailing Stratiform nature is related to Licata station, while for Surigheddu and for Rotondella the nature is mainly Convective. This distinction is related to the presence of drops of bigger dimensions and more intense precipitations in the latter case, while, in the former case, a prevalence of smaller drops and a less intense precipitation is recorded. This confirms the distinctive belonging to three different climatic regions, as indicated in the study by Brunetti et al. (2006). Our findings are important in the framework of desertification studies, because the cause of desertification can be related either to fertile soils removal (in the case of Convective events) or to lack of precipitated water (in the case of Stratiform events). We have also analysed a sub-set of ten events, with contemporary presence of data from VIS/IR channels of METEOSAT-7, SSM/I data from F13 and MODIS data from Terra platform. This has been done both to confirm the findings of PLUDIX data analysis (which is, in fact, confirmed) and to show the capability of PLUDIX to detect the fast local variations related to the temporal evolution of more extended systems. The potentiality of PLUDIX as a real-time detector of precipitation events, together with the development of an adequate number of algorithms, that give a complete microphysical description of the observed events, finally, opens the way for developing a new Present Weather Sensor.

In molti paesi sviluppati, drammatici cambiamenti nelle società e nelle strutture economiche si sono verificati nel corso degli ultimi anni. Questi processi implicano anche cambiamenti nella disponibilità di risorse naturali e nella configurazione del paesaggio con impatti sulla qualità dell’ambiente. A titolo di esempio, i cambiamenti avvenuti dal secondo dopoguerra ad oggi, nella struttura delle economie dei paesi Mediterranei hanno causato pressioni su ecosistemi fragili, soprattutto nelle aree più sensibili ed economicamente svantaggiate, e su territori tradizionalmente polarizzati. Tali cambiamenti, dovuti a cause bio-fisiche e antropogeniche destano una sempre maggiore attenzione nelle scienze sociali, discipline interessate a mettere in luce le possibili conseguenze del degrado degli ecosistemi sulla popolazione e sui sistemi economici, nonché la risposta delle società locali a tali cambiamenti. Incertezza e rischio vengono pertanto interpretati come concetti chiave di questo percorso interpretativo che riguarda, in modo integrato, le dinamiche economiche, i cambiamenti sociali e l'azione politica. Configurandosi come un problema sociale ed economico al tempo stesso, il degrado delle terre appare correlato al nostro sistema di produzione e consumo che si fonda su una nozione di progresso, a lungo predominante, incentrata sull’espansione quantitativa dei beni prodotti e del loro consumo, in base al principio secondo il quale la crescita economica comporterebbe automaticamente un aumento del benessere sociale. Ciò pone al centro dell’attenzione una riflessione sul nostro stesso modello di sviluppo e la necessità di un suo ripensamento in direzione della costruzione di un “benessere umano sostenibile”. Quest’ultimo parte dal presupposto che il miglioramento delle condizioni di vita non dipende solo dalla disponibilità crescente di beni ma anche dall’equità distributiva della ricchezza prodotta e dalla riduzione degli impatti sull’ambiente, in modo da garantire la stabilità del benessere nel tempo, sulla base di un’etica di equità intergenerazionale che impone di non compromettere la capacità delle generazioni future di usufruire delle risorse che oggi sono a disposizione delle generazioni attuali. Il dibattito sull’organizzazione e l’infrastrutturazione del territorio è pure particolarmente vivace nel contesto Europeo e Mediterraneo in particolare, caratterizzato spesso da una ridotta accessibilità delle aree interne, collinari e montane, che influenza negativamente il loro sviluppo. D’altra parte, innumerevoli segni ha lasciato lo sviluppo economico sul paesaggio Italiano, che ha cominciato a perdere già dal secondo dopoguerra i connotati della ruralità diffusa che lo avevano caratterizzato nella prima metà del secolo scorso, per trasformarsi in contesti progressivamente urbanizzati e spesso ad elevata infrastrutturazione. I fenomeni di crescita urbana e di littoralizzazione investono le grandi aree urbane della pianura Padana e gli agglomerati – senza soluzione di continuità – di Roma e Napoli, come pure le coste pugliesi e siciliane, la maremma tosco-laziale, l’intero litorale adriatico dalla Romagna fino al Molise. Negli stessi anni, l’agricoltura intensiva della monocultura e della zootecnia industriale si alterna all’insediamento industriale ad elevata densità, manipolando i tratti tipici del paesaggio e creando un mosaico 'entropico' di usi del suolo, con una coesistenza di tratti urbani e rurali che restituisce territori indistinti e frammentati, riducendo quella qualità che è una delle dotazioni di capitale più promettente per le possibilità future di crescita. Con loro vengono meno quei territori, marginali e, al tempo stesso, ad alta vocazione paesaggistica, che hanno conservato per anni, anche durante il ‘boom’ economico, i caratteri di ruralità e biodiversità compromessi da uno sviluppo recente più esile, ma anche più diffuso e spazialmente capillare. In quest’ottica, la desertificazione è oggi una delle questioni ambientali e socio-economiche più complesse che le nostre società sono chiamate ad affrontare, con importanti implicazioni sullo sviluppo sostenibile e sull’organizzazione spaziale del territorio. Se, da un lato, il tema è stato spesso al centro dell’attenzione dei media, dei decision makers e dell’opinione pubblica, dall’altro, si deve notare il carattere tendenzialmente ciclico di tale interesse, corrispondente allo scoppiare di situazioni emergenziali legate principalmente ad episodi prolungati di siccità e alla scarsità idrica, fenomeni peraltro facilmente (ma talvolta erroneamente) associati al tema del cambiamenti climatici. Tale interesse ha, pertanto, fatto concentrare l'attenzione del grande pubblico verso la relazione desertificazione-clima (e più in generale verso i fattori bio-fisici alla base della desertificazione), facendo trascurare, invece, l'importante ruolo giocato dai fattori sociali, economici, culturali, politici ed istituzionali. Tale ruolo, messo alla ribalta dalle dinamiche più recenti a varie scale di osservazione, necessita di approcci dedicati dal punto di vista scientifico e di una divulgazione più consapevole e meno sensazionalistica. La grande eterogeneità dei processi di degrado delle terre nel Mediterraneo complica il monitoraggio e limita lo sviluppo di azione efficaci di contrasto (Conacher e Sala 1998). L'interesse per questi problemi è stato rinnovato negli ultimi venti anni. A partire dalle esperienze progettuali finanziate dalla Comunità Europea, diversi studi hanno considerato il degrado delle terre come un concetto composito, che descrive come uno o più componenti del capitale naturale sia peggiorato nel tempo, dal punto di vista quantitativo o qualitativo. Negli ultimi anni appare, inoltre, in aumento l'interesse verso uno studio più sistematico, rispetto al passato, dei fattori socio-economici che interagiscono con il capitale naturale (principalmente suolo ed acqua) e che ne determinano un’eventuale degradazione, attraverso l’uso di approcci sia teorici che empirici. Tuttavia, nonostante alcuni contributi scientifici, la relazione tra sviluppo sostenibile, disparita’ territoriali e degrado delle terre appare ancora sostanzialmente non esplorata nel bacino del Mediterraneo. In particolare, appare di interesse l’esplorazione e l’interpretazione, su base quali-quantitativa, delle tendenze recenti nell’evoluzione spaziale del livello di vulnerabilita’ alla desertificazione in Italia, attraverso uno studio mirato all’individuazione delle disparita’ territoriali che conducono ad un accresciuto livello di degrado, con riferimento sia a variabili di natura bio-fisica che socio-economica. Questo lavoro di tesi affronta questi temi con un approccio esplorativo e discutendo la relazione, sempre piu’ attuale tra processi di degrado delle terre, rischio di desertificazione, assetto del territorio e disparita’ territoriali a scala nazionale, in un contesto fragile dal punto di vista ambientale come quello Italiano. Il contributo, attraverso una disamina accurata dal punto di vista geografico di numerose variabili predisponenti il livello di degrado delle terre, ha esaminato le tendenze recenti del rischio di desertificazione in Italia, con uno specifico focus dal 1960 al 2010, attraverso l’analisi di quattro dimensioni di ricerca (clima, suolo, vegetazione e uso del suolo, pressione antropica) descritte tramite specifici indicatori comparabili sull’intero territorio nazionale e disponibili ad una scala di dettaglio spaziale sufficientemente dettagliata, secondo le indicazioni del modello interpretativo ESAI (Environmentally Sensitive Area Index) sviluppato nell’ambito di progetti comunitari di ricerca quali le azioni MEDALUS, che hanno rappresentato il cuore della letteratura geografica, ambientale e socio-economica sulla desertificazione nel bacino del Mediterraneo. L’analisi quantitativa dei risultati ottenuti, unita ad una rassegna delle evidenze empiriche gia’ disponibili sull’Italia, mette in luce una progressiva complessificazione della geografia del degrado delle terre in Italia a seguito dell’azione congiunta di numerosi determinanti sia a carattere bio-fisico che socio-economico. Tale quadro e’ stato messo in relazione con il lento consolidamento delle disparita’ territoriali in termini socio-economici, evidenziando inoltre come le policy a scala nazionale non siano ancora del tutto pronte a recepire le nuove sfide legate alla multiscalarita’ e ad un’azione necessariamente piu’ congiunta e integrata su obiettivi plurimi di mitigazione e adattamento, che possono traguardare le diverse dimensioni della sostenibilita’.

Tamarix trees are considered of particular interest for afforestation and reforestation of degraded areas, because they were noticed to establish and grow well in wide spectrum of edaphic, contrasting, and extreme environmental conditions. A better understanding of the functional mechanisms enabling Tamarix to adapt to extreme conditions is important, for a more insightful selection of the best ones, intended to be used for biomass production and conservation purposes in arid zones. For this scope, two trials of short period were conducted in semi-controlled conditions, during which two species of Tamarix (T. aphylla and T. jordanis) collected from Negev desert were exposed to salt, drought and combined stress. The first trial was executed at mild level of stress: salt (150mM), drought (50 % F.C.); the second trial was more severe: salt (350mM), drought (30% F.C.). Physiological and biochemical responses and growth were studied regularly during the experiments. The results of the experiments, showed the highest tolerance of T. jordanis to salt stress up to 350 mM. The maintenance of high amount of carbohydrates, high capacity of carbon assimilation, and active growth could be considered as potential and early markers for salt tolerance of Tamarix spp. On the other hand, the growth and biomass displayed highest performance of T. aphylla than T. jordanis in mild dry conditions. The highest accumulation of sugar and the highest relative water content in T. aphylla were suggested among their acclimatory mechanisms under mild drought (50% F.C.). Combined stress was shown to be additive in lowering performance of plants relative to salt and drought stress applied alone. Proline accumulation in both species was suggested to be a storage form of nitrogen for use under combined stress, rather than a principal osmoregulator. Given the high productivity of some Tamarix spp. cultivated in arid and degraded lands (Eshel et al., 2010), it was also investigated the possible use of Tamarix biomass for bioethanol production, in the second step of our study. Several samples were collected from different natural and experimental plantations in Mediterranean area. Differences in ligncoelulose matrix among different locations, age, and species were evaluated. The results showed that the growing sites had significant effect on structural sugars content with no apparent significant influence on lignin. There were no significant variations in structural sugars and lignin between different species and ages. Despite the limited number of samples, the results, in general, have shown a good quality of lignocellulosic biomass of tamarisk for the production of bioethanol. The content of hexose and pentose sugars found in the samples analyzed was highly comparable to other species already used in the production of biofuels such as eucalyptus (43-45% cellulose). However, some obstacles from presence of ash and extractives in high amount should be taken into account, and better understanding of cultural practices effect on these substances is essential prior to any process of sugar conversion to ethanol. Le tamarix sono considerate di particolare interesse per la forestazione ed afforestazione di aree aride e salinizzate. Sono specie che si distribuiscono su un ampio areale e quindi in grado di vivere e crescere in ambineti diversi, estremi e contrastanti tra loro. Una migliore conoscenza dei meccanismi funzionali che regolano la risposta adattativa a condizioni limitanti, (aridità e salinità) in Tamarix spp., è importante per individuare degli indici funzionali precosi, utili a selezionare specie idonee per rimboschimenti di ambienti marginali a fini conservativi e produttivi. A tal fine, sono stati condotti due esperimenti shock di breve durata, in cui due specie di tamerici, provenienti dal deserto del Negev (T. aphylla and T. jordanis), sono state sottoposte a stress salino, idrico e alla combinazione dei due stress (salino+ idrico). In un primo esperimento le piante sono state sottoposte ad un medio livello di stress: 150mM di NaCl e 50% della capacità idrica di campo (F.C.). In un secondo esperimento i livelli di stress sono stati aumentati fino a raggiungere i 350 mM per lo stress salino e il 30% della capacità idrica di campo per lo stress idrico. I principali parametri fisiologici, biochimici e di crescita sono stati rilevati regolarmente durante i periodi di stress. I risultati, in entrambi gli esperimenti, hanno mostrato una maggiore tolleranza alla salinità in T. jordanis che si evidenzia maggiormente a concentrazioni saline elevate (350 mM). Il mantenimento di elevate quantità di carboidrati, di un‘elevata capacità assimilativa, e di un buon accrescimento in condizioni di salinità, potrebbe indicare un adattamento allo stress. Tali parametri possono, per questo motivo, essere considerati dei marcatori potenziali e precoci per la tolleranza allo stress salino in Tamarix spp. Al contrario, in condizioni di stress idrico, T. aphylla ha mostrato un tasso di crescita e produzione di biomassa significativamente più elevate della T. jordanis. Inoltre, in condizioni di stress idrico medio, è stato osservato un maggior accumulo degli zuccheri solubili e un più alto contenuto idrico fogliare (relative water content) a sottolineare, in correlazione con la maggiore produttività, una più elevata tolleranza all‘aridità in T. aphylla rispetto alla T. jordanis. La combinazione dei due stress ha mostrato un effetto additivo negativo su entrambe le specie. In condizioni di stress combinato il contenuto di prolina è risultato elevato. Dai calcoli eseguiti, il contributo della prolina sul potenziale osmotico fu comunque troppo basso per far considerare la prolina uno dei principali soluti, che può consentire alla pianta di tollerare lo stress salino v attraverso una regolazione osmotica. I risultati ottenuti in questa ricerca ci fanno ipotizzare una funzione della prolina di osmoprotettore e forma di accumulo di azoto e carbonio da usare in condizioni di stress successive. Vista l‘elevata e rapida produttività di alcune specie di Tamarix coltivate in ambienti aridi e salini ( Eshel et al., 2010), in una seconda fase di questo studio è stata investigata la possibilità di usare la biomassa legnosa delle Tamarix per la produzione di biocarburanti di seconda generazione come il bioethanolo. Una serie di campioni legnosi furono collezionati nella regione arida mediterranea, in differenti siti naturali e piantagioni arboree. E‘ stata valutata la variabilità della matrice lignocellulosica tra specie, provenienze, e in base all‘età e alle caratteristiche pedoclimatiche del sito. Dei risultati, si è evidenziato un significativo effetto dei siti di collezionamento sul contenuto degli zuccheri strutturali senza un apparente influenza significativa sulla lignina. Non si sono evidenziate variazioni importanti tra le differenti specie e l‘età. Nonostante il limitato numero di campioni analizzati, i risultati, in generale, hanno mostrato una buona qualità della biomassa lignocellulosica delle tamerici per la produzione di bioethanolo. Il contenuto di esosi e pentosi riscontrato nei campioni analizzati è risultato altamente paragonabile ad altre specie arboree già impiegate nella produzione di biocarburanti come l‘eucalipto (43-45% di cellulosa). Tuttavia le Tamarix hanno mostrato un contenuto in ceneri e estrattivi elevati, cosa che potrebbe causare alcuni problemi nei processi di trasformazione da biomassa a bioetanolo. Si auspica un approfondimento di tali studi sia nella valutazione del contenuto in zuccheri strutturali sia dei contenuti in ceneri ed estrattivi su un numero più elevato di campioni. Inoltre implementare la conoscenza dei possibili effetti delle diverse pratiche colturali, sulla biomassa lignocellulosica delle tamarix in ambienti estremi, è fondamentale al fine di valutare qualsiasi processo di conversione degli zuccheri a bioetanolo. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

La presente tesi contiene i risultati di uno studio climatologico condotto in Repubblica Dominicana con l’obiettivo di definire le caratteristiche climatiche del paese, con enfasi sull’identificazione delle eventuali tendenze in atto e delle possibili relative risposte del territorio, come base per una sua più adeguata pianificazione. Lo studio, articolato in classificazione climatica, identificazione delle tendenze climatiche di lungo periodo e stima della vulnerabilità territoriale alla desertificazione, si fonda sui dati termopluviometrici mensili registrati dalla rete di rilevamento meteorologico dell’Ufficio Nazionale di Meteorologia, integrata con alcune stazioni di rilevamento dell’Istituto Nazionale per le Risorse Idriche della Repubblica Dominicana, oltre che su altri dati forniti dal Ministero dell’Ambiente. La classificazione climatica è basata sui dati termopluviometrici di 115 stazioni (periodo 1971-2000), interpolati mediante Regression Kriging, usando nel modello di regressione la migliore combinazione di variabili ausiliarie ottenuta mediante Stepwise Regression. La classificazione è stata realizzata mediante il metodo di Thornthwaite, basato sul concetto di evapotraspirazione potenziale. Le tendenze climatiche, dopo una prima valutazione della qualità delle serie e della loro omogeneizzazione, sono state stimate mediante il test di Mann-Kendall. La stima della vulnerabilità alla desertificazione è stata condotta mediante il metodo ESA (Environmental Sensitive Areas), opportunamente modificato per garantirne una maggiore adattabilità alle realtà tropicali. La ricerca, innovativa tanto per le tecniche utilizzate che per le analisi sviluppate, ha generato i seguenti prodotti, tutti integrati in una base di dato climatologica in ambiente GIS: 1. Una mappa climatica aggiornata della Repubblica Dominicana; 2. L’identificazione delle tendenze termopluviometriche di lungo periodo in diverse regioni del paese; 3. Una mappa dell’Indice di Sensibilità alla Desertificazione della Repubblica Dominicana. I risultati forniscono una sintesi del clima della Repubblica Dominicana coerente con la sua orografia e con le dinamiche atmosferiche tipiche della regione caraibica. D’accordo all’analisi, il 54% del territorio dominicano è classificabile como secco o semi-secco, rivelando una vulnerabilità intrinseca a pratiche di uso del suolo inappropriate, con importanti implicazioni in termini di disponibilità di risorse idriche. L’analisi delle tendenze rivela che nel periodo considerato (1939-2007 per le precipitazioni e 1936-2007 per le temperature) la Repubblica Dominicana è stata soggetta a cambi tanto nelle precipitazioni come nelle temperature. Queste ultime mostrano un incremento in tutto il paese, che, nel caso della capitale Santo Domingo è stimabile, a un livello di confidenza del 95%, in 3.0±0.5ºC e 1.8±0.4ºC per la temperatura minima e massima media annua rispettivamente. A differenza delle temperature, le precipitazioni non hanno un comportamento uniforme nel territorio nazionale, osservandosi cambi, tanto nei cumulati come nel pattern delle piogge, dipendente dalla particolare regione geografica. In genere, c’è una riduzione delle precipitazioni nella porzione occidentale del paese, a confine con Haiti, una fascia che, se si escludono le zone altomontane e i versanti nordorientali, presenta clima secco. Gli incrementi di pioggia di altre zone, come per esempio la costa caraibica, non sono in generale sufficienti a compesare la contemporanea crescita delle temperature, producendo un aumento dell’evapotraspirazione che lascia prevedere un incremento dell’aridità. In termini di vulnerabilità alla desertificazione, il 48% del territorio della Repubblica Dominicana è classificabile come criticamente sensibile alla desertificazione, sottolineando che è prioritario porre in atto strategie di gestione del territorio area specifiche che permettano di ridurre i rischi legati al cambiamento climatico in atto e la vulnerabilità legata a fattori antropici. In this thesis, we present the results of a climatic analysis carried out in the Dominican Republic to define the climate of the country, with emphasis on the identification of possible trends and corresponding land feedbacks, as a basis for a more adequate territory management. The study, which is articulated in climate classification, identification of climatic trends in a long term perspective and evaluation of territory vulnerability to desertification, is based on precipitation and air temperature monthly data from the meteorological network of the National Meteorlogical Office, integrated with some stations from the National Hydraulic Resources Institute of the Dominican Republic, a part from other data from the Ministry of Environment. The climatic classification is based on precipitation and air temperature from 115 stations (reference period 1971-2000), interpolated by means of Regression Kriging. In the regression model, the better combination of auxiliary variables derived from a Stepwise Regression analysis. The classification was carried out by means of the Thornthwaite method, based on potential evapotranspiration. After analyzing the quality of precipitation and air temperature series and omogenizing them, climate trends were estimated according to the Mann-Kendall test. The estimation of the vulnerability to desertification was carried out according to the ESA (Environmental Sensitive Areas) methodology, conveniently modified to adapt it to tropical contexts. The products of the investigation, which is innovative both in terms of the techniques used and in terms of the analysis carried out, are the following ones: 1. An up-to-date climatic map of the Dominican Republic; 2. The identification of the long term precipitation and air temperature trends in different areas of the country; 3. A map of the Index of Seisibility to Desertification of the Dominican Republic. The results give a synthesis of the climate of the Dominican Republic, consistent with its orography and the atmospheric dynamics typical of the Caribbean region. According to the analysis, 54% of the Dominican territory can be classified as dry or semi-dry, and hence quite vulnerable to inappropriate land use practices, with important implications in terms of water supplies. Trend analysis reveals that in the analysed period the Dominican Republic experimented changes both in precipitation and air temperature. This last shows an increase all over the country, which, in the case of the capital Santo Domingo, can be estimated, at a 95% confidence level, in 3.0±0.5ºC and 1.8±0.4ºC for the average annual minimum and maximum temperature respectively. Contrary to air temperature, precipitation does not show a uniform behavior in the national territory, being observed changes, both in totals amounts and pattern, which depend on the specific geographical region. A reduction in precipitation can be observed in the western portion of the country, at the border with Haiti, a zone typically dry, except the high mountainous areas and slopes with a nordeaters exposure. Increases in precipitation which can be observed in other areas of the country, such as the Caribbean coast, do not achieve the contemporary growth of air temperature be compensated, causing an increase in evapotranspiration which get us to foreseen a possible increase in aridity. In terms of vulnerability to desertification, 48% of the Dominican territory can be classified as critically sensible to desertification, pointing out that region-specific strategies of territory management are a priority in the Dominican Republic in a perspective of reduction of climate risks and territory vulnerability depending on human factors. Dottorato di ricerca in Ambiente e Territorio (XXII ciclo)

Il degrado delle risorse vegetali in aree vulnerabili alla desertificazione interessa gran parte delle regioni dell’Italia meridionale manifestandosi negli ambienti naturali e semi- naturali attraverso variazioni qualiquantitative delle coperture vegetali. Di conseguenza è di fondamentale importanza descrivere e monitorare lo stato delle formazioni vegetali e approfondire le conoscenze sulle fitocenosi di particolare rilievo ecologico, attraverso la messa a punto di opportune metodologie di indagine a supporto degli interventi che si pongono come obiettivo il monitoraggio e la mitigazione dei processi di degrado ambientale. In quest’ottica l’uso di dati telerilevati consente di rilevare e monitorare con diversi livelli d’accuratezza e a diverse scale (spaziali e temporali) l’estensione e la distribuzione delle coperture vegetali nonché lo stato e l’evoluzione di alcuni parametri biofisici della vegetazione. In questa tesi, in particolare, è stato affrontato lo studio della vegetazione mediante un approccio sperimentale basato sull’utilizzo del telerilevamento satellitare come strumento di indagine e di spazializzazione di dati ecologici, integrato da dati ausiliari quali rilievi campionari a terra, informazioni bibliografiche e dati cartografici digitali. Il lavoro ha interessato due siti, Monte Coppolo e Bosco Pantano, localizzati in aree della Basilicata vulnerabili alla desertificazione, ed è stato articolato in tre parti con obiettivi differenti. Nella prima parte del lavoro sono state utilizzate immagini satellitari ad alta risoluzione (Ikonos) per descrivere con un elevato dettaglio la distribuzione attuale della vegetazione nelle aree indagate, adottando una metodologia semi-automatica competitiva con le tradizionali tecniche di cartografia della vegetazione. I dati raccolti e le mappe derivate da satellite, propedeutiche per le fasi successive, colmano una lacuna nella conoscenza delle due aree di studio e possono costituire un punto di partenza per ulteriori analisi. Alla descrizione della vegetazione attuale è stata associata anche un’indagine storica sull’evoluzione delle coperture vegetali innescata dalle modificazioni ambientali indotte dall’uomo negli ultimi cinquanta anni, mediante interpretazione e confronto di foto aeree storiche (1954) e recenti (1998). Nella seconda parte è stato invece utilizzato un approccio integrato tra dati satellitari ad alta e media risoluzione (Ikonos e Landsat) per implementare dei modelli regressivi per la stima di un importante parametro biofisico della vegetazione come l’indice di area fogliare (LAI), mediante dati di riflettanza acquisiti da satellite. Lo scopo è stato quello di testare un metodo in grado di sfruttare l’elevata scala spaziale dei dati ad alta risoluzione (4 m), al fine di poter descrivere al meglio l’eterogeneità della distribuzione del parametro ed al contempo, ottimizzare le misure in campo per la calibrazione dei modelli. Le mappe di distribuzione del LAI stimato mediante questi modelli sono state utilizzate come “verità a terra” per la calibrazione di modelli basati invece sui dati satellitari a media risoluzione (30 m). L’uso del dato a media risoluzione è indispensabile nello studio e nel monitoraggio di quei fenomeni che assumono rilevanza su grandi scale in quanto, al contrario del dato ad alta risoluzione, esso è caratterizzato da una maggiore estensione della superficie di territorio ripresa e da una periodicità di acquisizione regolare, costituendo un valido strumento per il controllo e lo studio delle dinamiche territoriali. Immagini satellitari a media risoluzione, quali le Landsat, costituiscono anche una serie storica relativamente ampia (circa un trentennio) con la quale poter condurre indagini multitemporali risalendo indietro nel tempo. Pertanto, è stata analizzata la performance e la stabilità dei modelli sviluppati (e quindi la metodologia adottata), calibrati per la situazione attuale, al fine di valutare la possibilità di estrapolare temporalmente le relazioni trovate per derivare stime quantitative della variabile biofisica mediante riprese satellitari effettuate in altri momenti. Nell’ultima parte del lavoro una serie di immagini Landsat del periodo 1984-2005 è stata utilizzata per analizzare la sensibilità di alcuni indici spettrali di vegetazione, derivati dai dati satellitari, alla variabilità climatica interannuale, analizzando al contempo le diverse risposte delle singole formazioni vegetali presenti nelle aree di studio. Nel complesso i risultati ottenuti mostrano come le metodologie d’indagine basate sul telerilevamento satellitare offrano un potente strumento per descrivere gli aspetti qualitativi della vegetazione con un elevato dettaglio ed accuratezza, mentre le analisi quantitative deputate alla stima di parametri biofisici mediante modelli regressivi mostrano come questi risentano dell’influenza di molteplici fattori legati al momento fenologico in cui sono stati acquisiti i dati. Southern Italy regions have been experiencing soil and vegetation degradation processes under the stress induced by both climate change and increased human activities whose effects are related to desertification processes. Land degradation generally result in a substantial change in vegetation patterns and distribution that can be profitably documented through remotely sensed data. Indeed, satellite sensor technology provides a powerful tool that allows assessment and monitoring of vegetation covers and biophysical parameters, with various levels of accuracy and with various scales (space and temporal), as well as providing a support to the development and execution of natural resources management plans. In particular, this thesis focused on the study of vegetation by means of remote sensing data supported by reference data sampling, bibliographical and cartographic data to describe and spatialize vegetation distribution and ecological data. This study has been carried out in two sites, Monte Coppolo and Bosco Pantano, both localized in areas of Basilicata region susceptible to desertification, the activity has been articulated in three parts as described below. In the first part, very high spatial resolution data (Ikonos) has been used in order to describe with a great detail the present distribution of vegetation canopies by means of a semi- automatic classification methodology which resulted competitive with traditional vegetation mapping techniques. Collected field data and satellite-derived vegetation maps, useful in the following phases of this study, overcome a gap in the knowledge of the two areas and can constitute a reference point for further analyses. To further understand the vegetation changes occurred during the last five decades in relation to the modifications induced by human activity, historical aerial photos (1954) have been compared to recent ones (1998) and vegetation distribution modification has been evaluated. In the second part, it has been used an integrated approach between high and medium spatial resolution data (Ikonos and Landsat) in order to implement semi-empirical models for retrieving an important biophysical parameter of the vegetation such as the leaf area index (LAI) by means of spectral reflectance data. The aim was to test a method that exploits high resolution data (4 m) in describing the great heterogeneity of LAI distribution as well as optimising field measurements for the calibration of the models. LAI maps derived by means of these models have been used like “ground truth” for the calibration of models based on medium resolution data (30 m). Medium resolution data turns out useful in studying and monitoring those phenomena that assume importance on large-scale because, on the contrary of high resolution data, they are characterized by a greater extension of the sensed surface and by a regular acquisition, representing a valid tool for mo nitoring and studying territorial dynamics. Medium resolution remote sensing data, i.e. Landsat, provide also a relatively wide historical series (approximately thirties years) which can be used to carry out multitemporal studies. Therefore, the performance and the stability (and hence the integrated approach) of the implemented semi-empirical models has been evaluated in order to test the possibility to temporarily extrapolate the found relations. Finally, a time series of Landsat imagery (1984-2005) has been used in order to derive a multi-temporal series of spectral vegetation indices to be correlated to the inter-annual climatic variability as well as analyzing the different answers of the single vegetation formations in the study areas to variations of temperature and rainfall across years. The achieved results show that remote sensing is a powerful tool to obtain qualitative description of vegetation distribution with great details and high accuracy in patchy and heterogeneous areas such as Mediterranean ones; conversely quantitative retrievals of biophysical parameters by means of regressive models are influenced by several factors such as phenological time of data acquisition. Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche

In questa tesi viene presentata una nuova metodologia per lo studio dell’erosione eolica. In particolare l’attenzione è focalizzata sullo sviluppo di uno strumento per la misura di flussi di particolato minerale a seguito di erosione. Lo strumento, ottimizzato per misurare in condizioni di intesa emissione, è stato progettato con lo scopo di fornire uno strumento di riferimento per la validazione di modelli di erosione eolica. Lo strumento, chiamato EOLO e basato sulla teoria dell’eddy covariance, fa uso di un anemometro sonico e di un contatore ottico di particolato, dando in uscita i flussi di particolato, in termini di numero, superficie, volume e massa. EOLO è stato utilizzato per la prima volta in due campagne di monitoraggio nella Cina Settentrionale, nell’ambito del progetto WinDust. I risultati presentati riguardano i dati di emissione durante una tempesta di sabbia verificatasi nel deserto del Gobi. Questi dati sono stati utilizzati per valutare la dipendenza delle emissioni da alcuni parametri chiave, quali la velocità di frizione, la direzione del vento rispetto alla vegetazione e l’umidità. Gli stessi dati sono stati utilizzati per la valutazione critica di un modello di erosione eolica, contribuendo ad evidenziarne le potenzialità descrittive e i punti deboli nella schematizzazione della fisica del problema. EOLO è stato poi utilizzato per stimare la riduzione delle emissioni a seguito di interventi di mitigazione, quali riforestazione con semina da aereo in aree desertiche e l’implementazione di tecniche di agricoltura conservativa. I primi risultati delineando riduzioni che vanno dal 40% nel caso dell’agricoltura conservativa fino a 99% nel caso della semina da aereo. Linee di sviluppo future riguardano soprattutto l’ottimizzazione del sistema in termini di qualità del campionamento e degli errori di misura, nonché l’estensione allo studio dei flussi di particolato di origine non eolica. In this thesis we address a new methodology for studying wind erosion, with particular reference to the development of a new instrumentation for measuring dust emissions. The instrumentation, called EOLO and based on the eddy covariance approach, was optimized for measuring vertical fluxes of mineral dust during intense erosion events and specifically designed to serve as a model validation tool. The system makes use of a 3D sonic anemometer and of an optical particle counter and provides size-segregated number fluxes on a 30-minutes base. Surface, volume and mass fluxes are also estimated. EOLO was firstly applied in two monitoring campaigns in Northern China, in the framework of the WinDust project. It has been used to evaluate emission fluxes during a dust storm in the Gobi desert, and to investigate the relation between such fluxes and friction velocity. The effects of natural vegetation on the emissions during this event is addressed and analyzed; results are also compared with simulations from a wind erosion model. Although limited by the number of events recorded, results obtained provide useful information to parameterize the emission process during both dust storms and intense emission events. EOLO has been also used to evaluate the potentialities of emission reduction of mitigation interventions, such as large scale, air-sowing reforestation and field scale implementations of conservative agricultural practice. First results show that reductions can vary from 40% in the case of conservative agriculture, to 99% in the case of air-sowing. However, further research is needed to assess the quality of the measurements, to quantify biases and uncertainties related to the measuring chain and to strengthen reliability of results. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

La desertificazione mostra i suoi effetti più critici negli ecosistemi di transizione che dalle regioni aride della terra transitano verso le regioni temperate. L’obiettivo principale della tesi è quello di individuare sotto quali condizioni è possibile stabilizzare la “steppa desertica” e in quale modo l’uomo, attraverso le sue scelte di gestione, può condizionare questo delicato equilibrio. La steppa desertica insieme al deserto sono due condizioni di equilibrio dell’ecosistema di transizione della regione dell’Alashan, nella provincia autonoma dell’Inner Mongolia (Cina). Per studiare il fenomeno di transizione che si manifesta nella regione dell’Alashan è stato realizzato un modello dinamico operante su scala locale, che è in grado di rappresentare l’ecosistema di transizione attraverso 6 variabili di stato e di integrare un criterio decisionale che simula una scelta di gestione compiuta dall’uomo. L’analisi dinamica del modello ha permesso di individuare i principali fattori che limitano lo sviluppo e la conservazione della regione di studio, fornendo suggerimenti per la sua gestione. The desertification shows the most critical effects in the transition ecosystems (i.e. the arid regions that move towards the tempered areas). The aim of the thesis is to identify the condition under witch it is possible to stabilize the desert steppe and in witch way inhabitants can alter the fragile equilibrium with their mismanagement. The desert steppe and the desert are two equilibrium conditions of the transition ecosystem in the Alashan region (Inner Mongolia, China). The thesis shows a local dynamical model that has been developed in order to study the transition phenomena that are present in the Alashan region. The dynamical system uses 6 state variables to simulate the transition ecosystem and it is coupled with a decisional model that simulates the human choice of management. The dynamical solutions of the model identify the main factors that limit the development and the conservation of the region understudy. It allows one to find possible hints for a better management of the area. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

Saggio monografico frutto di approfondite indagini riguardanti le foreste di alcune delle più aride regioni italiane, il cui obiettivo principale è illustrare il ruolo della gestione forestale nella lotta alla desertificazione in Italia e proporre, altresì, una strategia di prevenzione, contrasto e mitigazione attraverso standard programmatici appositamente elaborati