Trasferimento radiativo in atmosfera e codici diretti ad alta
risoluzione spettrale
Diffusione multipla di onde elettromagnetiche
Proprietà di diffusione singola di cristalli di ghiaccio
Proprietà polarimetriche di cristalli e polarizzazione
Caratterizzazione di proprietà ottiche di nubi dalle micro-onde
agli UV
Analisi di dati satellitari e algoritmi machine learning per identificazione e classificazione delle scene (clear cloudy, aerosol)
Tecniche di inversione di proprietà ottiche, fisiche e
microfisiche di nubi
Bilancio energetico radiativo in presenza di nubi
Collocazione di misure da sensori satellitari e algoritmi di
confronto per prodotti su nube
Analisi statistica di profili di coefficiente di
retro-diffusione di cirri sottili per lidar satellitari
Parametrizzazione dell'assorbimento continuo del vapor acqueo e
validazione di proprietà ottiche di nubi nel lontano infrarosso
Valutazione delle performance dei modelli climatici nella
rappresentazione di copertura nuvolosa e confronto con misure
satellitari
PARTE TEORICA
Parte del lavoro di ricerca verte sullo sviluppo ed affinamento di
algoritmi per il calcolo di radianze e flussi atmosferici in
infrarosso ad alta risoluzione spettrale in presenza di strati
diffusivi. Il codice di calcolo sviluppato (RTX) racchiude le
conoscenze teoriche di spettroscopia, di interazione
radiazione-materia e dei processi atmosferici fisico-termodinamici
più avanzate ed è utilizzato come strumento di riferimento per
investigazioni teoriche e per esperimenti di
calibrazione/validazione di strumentazione aerea e satellitare
operante in infrarosso. In questi tre anni RTX è stato esteso per
lavorare nello spettro solare ed alle micro-onde e ciò ha
comportato l'introduzione di problematiche collegate con la
parametrizzazione delle proprietà di riflessione ed emissione della
superficie. In particolare è stata introdotta una nuova
parametrizzazione della riflettività bi-dimensionale di superficie
marina con dipendenza dalla velocità e direzione del vento
Si sono sviluppate tecniche per il calcolo di proprietà ottiche di
scattering singolo per particelle d'acqua liquida (omogenee o con
nucleo ghiacciato, precipitanti e non) ed aerosoli (igroscopici e
non) tramite risoluzione del metodo di Mie. Proprietà di scattering
singolo di cristalli di ghiaccio a forma non sferica (calcolate con
diverse metodologie) sono costantemente aggiornate così come un
ampio database di distribuzioni di dimensione di particelle
misurate.
In questi anni si è inoltre adottato l'uso della tecnica del
"Discrete Dipole Approximation" per il calcolo di proprietà ottiche
(efficienza di estinzione e di diffusione, matrice di Mueller) di
particelle non sferiche ad alte lunghezze d'onda. Tramite questo
codice, adattato ai nostri scopi, si è valutata la sensitività
delle proprietà di diffusione singola di alcune tipologie di
cristalli in funzione della loro geometria e orientazione.
Inoltre le proprietà di diffusione di cristalli con definite
orientazioni rispetto alla direzione di propagazione del campo
incidente, sono state utilizzate per studiare la sensitività di
grandezze polarimetriche.
Oltre ad una parte di forward modelling tra le linee di ricerca
riveste molta importanza lo sviluppo di tecniche di inversione
soprattutto per ricavare proprietà ottiche e microfisiche di strati
diffusivi da misure di telerilevamento. Nel periodo in esame sono
state sviluppate tecniche di retrieval (RT-RET) che traggono
vantaggio da dati di telerilevamento provenienti da diversi sensori
operanti a diverse frequenze (infrarosso e solare) e di diversa
concezione (strumenti attivi e passivi). A tal scopo si è inoltre
iniziato a far uso di dati di lidar satellitari per la definizione
di una climatologia di profili di backscatter. Ciò consente di
meglio definire la struttura verticale della distribuzione del
ghiaccio nei cirri ed apre la strada allo sviluppo realistiche
funzioni peso da utilizzarsi in processi di inversione tramite
misure ad alta risoluzione in infrarosso.
Nuove tecniche che sfruttano lo spettro elettromagnetico dalle
microonde al solare sono in via di sviluppo.
L'approfondimento di algoritmi per l'identificazione di nubi
precipitanti (con particolare attenzione alle superfici artiche)
tramite un uso sinergico di misure satellitari in infrarosso ed
alle micro-onde è una linea di ricerca collegata allo studio del
ciclo idrologico e sviluppata in questi tre anni di lavoro.
I database di proprietà di singolo scattering, sopra
descritti, vengono utilizzati per sviluppare
parametrizzazioni delle proprietà ottiche di nubi di ghiaccio ed
acqua al fine di aggiornare i modelli a previsione numerica e
climatici.
PARTE SPERIMENTALE
La parte sperimentale del lavoro di ricerca riguarda l'applicazione
del modello di trasferimento radiativo a diffusione multipla per
soluzione forward (RTX) e di quello per inversione di proprietà
mirofisiche e ottiche di nubi (RT-RET) a dati satellitari e/o dati
raccolti in varie campagne di misura sperimentale (EAQUATE,
COBRA-ECOWAR, P-THORPEX, M-PACE, ecc.).
Le principali attività in tali campagne, che coinvolgono una
larghissima quantità di sensori di misura, si riassumono in quanto
segue:
- {Cielo sereno}: (1) validazione delle parametrizzazioni del
continuo del vapor acqueo nel lontano infrarosso (100-600
$cm^{-1}$); (2) validazione di nuove parametrizzazioni della
riflessione superficiale marina in banda solare; (3) validazione di
parametrizzazioni di emissività di superfici innevate e ghiacciate
alle microonde; (4) impatto di aerosol troposferico su radianze
solare alla superficie e retrodiffusa e sensitività alla
composizione ed all'umidità relativa.
- {Cielo nuvoloso}: (1) flussi spettrali e bilancio energetico in
campo nuvoloso; (2) validazione di proprietà ottiche di
distribuzioni di cristalli di ghiaccio a forma non sferica su tutto
lo spettro dalle microonde al solare; (3) inversione di radianze di
strati nuvolosi e sviluppo di tecniche per il confronto di dati
ottenuti da sensori e piattaforme diverse; (4) nuovi metodi di
inversione di proprietà di nubi di ghiaccio da misure da terra con
applicazione nel lontano infrarosso e creazione di nuove
parametrizzazioni di proprietà ottiche di particelle di
ghiaccio.
Inoltre in questi anni è iniziata la classificazione di nubi alte e
di ghiaccio tramite le loro proprietà di retro-diffusione. Sono
stati utilizzati dati di un intero anno (2008) misurati dal lidar
satellitare CALIOP (vettore CALIPSO) al fine di identificare
proprietà comuni nel profilo verticale del coefficiente di
retro-diffusione. Per le Medie latitudini e per i Tropici sono
state identificate diverse classi di cirri dipendenti da spessore
ottico e dimensioni geometriche. Per ogni classe si è ricavata una
curva polinomiale descrivente il profilo verticale del backscatter
coefficient.
PROGETTI DI RICERCA RECENTI
CURRENT PROJECTS
2019-21: Local PI for the FORUM-Scienza project funded by the Italian Space Agency (ASI). Accordo Quadro n-2018-6-Q.0 with ASI and CNR-INO Florence (I). Responsible for the generation of scattering properties of clouds and aerosols for Line-by-Line and fast radiative transfer codes.
2020: Local PI for the E2E Simulator for FORUM CCN2 the future 9th Earth Explorer Track Mission (FORUM_E2ES_CCN2-ECP for ESA Contract n° 4000123810/18/NL/CT CCN2) sub-contractor with DEIMOS Elecnor (Spain).
2018-20: Local PI in the MIUR PNRA16_00189 (FIRCLOUDS - Esperimento di chiusura nel lontano infrarosso per le nubi antartiche).
MAIN PAST PROJECTS
2018-19: Scientific responsible and Local PI for the E2E Simulator for FORUM the future 9th Earth Explorer Track Mission (ESA_E2E_ITT AO/1-9220/18/NL/CT) sub-contractor with DEIMOS Elecnor (Spain). Responsible for the Scene Generator Module, L2 classification, ATBD definition.
2018-9: Local PI for the ESA Express Procurement (EXPRO) “FORUM - Testing models and retrieving cloud properties from aircraft observations of cirrus” (ESA-EOPSM-FORM-SOW-3306). Sub-contractor with Imperial College London (UK).
2017-18: Local PI in the ASI (Italian Space Agency) DC-OST-2015-045 (SCIEF - Sviluppo delle Competenze Italiane per l’Esperimento FORUM). Sub-contractor with IFAC-CNR Florence (I).
2017: Local PI (Co- Investigator) for the FORUM project in response of the ESA Earth Explorer Mission EE-9 accepted by ESA for Phase-A competition.
2016-18: Local PI for the ESA Tender AO/1-8236/15/NL/RA (Characterisation of Particulates in the Upper Troposphere / Lower Stratosphere, contract 4000116779). Sub-contractor with Julich Forschungzentrum (D).
2007: Member of the COBRA-ECOWAR project (Italian Ministry of the University and Research, DM n. 287 23 feb. 2005, project # 2005025202): Earth Cooling by water vapour emission.
2006-07: EUMETSAT contract EUM/CO/06/1529/PS (Reference tool for simulation of VIS/NIR spectral radiances) in support of the post EPS mission on Cloud, Precipitation and large scale Land surface imaging.
2006: Member (Co-I.) of the TC-ROSES Roses A.9 (NRC 2006)
2001: Member of the project REFIR Radiation Explorer in the Far Infrared funded by ASI Piccole Missioni Scientifiche (PMS-II)
2000-2012: Worked for the accomplishment of the goals of many International projects such as REFIR (EU and ASI funding) and AEROCLOUDS (MIUR-FISR funding).
