Sviluppo di un approccio congiunto fuzzy-Bayesiano per l'analisi e la modellizzazione degli ecosistemi: applicazione ad ecosistemi marini costieri.
Development of a fuzzy-Bayesian joint approach to ecosystem analysis and modelling: application to coastal marine ecosystem
Creators: name: Bozzeda, Fabio <1977>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2013
Subjects: BIO/07 Ecologia

description: Nell’attuale contesto di aumento degli impatti antropici e di “Global Climate Change” emerge la necessità di comprenderne i possibili effetti di questi sugli ecosistemi inquadrati come fruitori di servizi e funzioni imprescindibili sui quali si basano intere tessiture economiche e sociali. Lo studio previsionale degli ecosistemi si scontra con l’elevata complessità di questi ultimi in luogo di una altrettanto elevata scarsità di osservazioni integrate. L’approccio modellistico appare il più adatto all’analisi delle dinamiche complesse degli ecosistemi ed alla contestualizzazione complessa di risultati sperimentali ed osservazioni empiriche. L’approccio riduzionista-deterministico solitamente utilizzato nell’implementazione di modelli non si è però sin qui dimostrato in grado di raggiungere i livelli di complessità più elevati all’interno della struttura eco sistemica. La componente che meglio descrive la complessità ecosistemica è quella biotica in virtù dell’elevata dipendenza dalle altre componenti e dalle loro interazioni. In questo lavoro di tesi viene proposto un approccio modellistico stocastico basato sull’utilizzo di un compilatore naive Bayes operante in ambiente fuzzy. L’utilizzo congiunto di logica fuzzy e approccio naive Bayes è utile al processa mento del livello di complessità e conseguentemente incertezza insito negli ecosistemi. I modelli generativi ottenuti, chiamati Fuzzy Bayesian Ecological Model(FBEM) appaiono in grado di modellizare gli stati eco sistemici in funzione dell’ elevato numero di interazioni che entrano in gioco nella determinazione degli stati degli ecosistemi. Modelli FBEM sono stati utilizzati per comprendere il rischio ambientale per habitat intertidale di spiagge sabbiose in caso di eventi di flooding costiero previsti nell’arco di tempo 2010-2100. L’applicazione è stata effettuata all’interno del progetto EU “Theseus” per il quale i modelli FBEM sono stati utilizzati anche per una simulazione a lungo termine e per il calcolo dei tipping point specifici dell’habitat secondo eventi di flooding di diversa intensità.
description: In the current environmental context, it emerges the need to understand all the possible effects of the increase of the anthropic impact and the “Global Climate Change” on the ecosystems, considered as the main users of services and essential functions upon which whole economic and social textures are based. The forecast study of the ecosystems collides with the high complexity of them and with the lack of integrated observations. The model approach seems to be the most appropriate for the analysis of the complex dynamics of the ecosystems and the contextualization of experimental results and empiric observations. The reductionist-deterministic approach, which generally is used in the implementation of the models, has not been able to reach higher levels of complexity within the structure of the ecosystem.  The biotic factor is the component that best describes the complexity of the ecosystem, because of the high dependency upon the other components and their interactions. In this thesis, it is suggested a new stochastic and model approach based on the employment of a  naive-Bayesian compiler operating within a fuzzy environment. The combined employment of fuzzy logic and naive-Bayesian approach is useful to process the high degree of uncertainty of the ecosystems. The obtained generative models, called Fuzzy Bayesian Ecological Models (FBEM) are able to modelize the states of the ecosystems as functions of the high number of interactions. FBEM models have been used to understand the environmental risk for the intertidale habitat of sand beaches in case of coast flooding events forecasted from 2010 to 2100. The application has been developed within the EU “Theseus” Project, in which the FBEM models have been used also for a long term simulation and for the computation of the tipping points specific of the habitat depending on flooding events of different intensity.