Prediction of the ground motion in Italy: a preliminary attempt

Summary The strong-motion accelerograms written by moderate and strong earthquakes occurring in Central Italy in recent years have been used to estimate physical quantities characterizing the spectrum of motion in the band of engineering interest (0.1 Hz≲f≲20 Hz). The source, propagation and site response parameters obtained in these analyses have therefore been employed to check if theoretical models may be used to correctly predict the trend of the peak values of seismic excitationvs. earthquake size in the areas investigated. For the selected data set, representative of a seismotectonic environment generating earthquakes with prevalent normal faulting (up to a magnitudeM _l ∼7, at depths varying roughly from 5 to 15 km), the assumed spectral model allows successful statistical predictions showing that specific site response is the main factor responsible for the large fluctuations often observed in the data behaviour, at similar magnitudes and distances from focus.

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Riassunto Gli accelerogrammi registrati in occasione di terremoti da moderati a forti nell'Italia Centrale negli ultimi anni sono stati utilizzati per la stima delle grandezze fisiche che caratterizzano lo spettro del moto nella banda di interesse ingegneristico (0.1 Hz≲f≲20 Hz). La parametrizzazione ottenuta per descrivere, mediamente, i meccanismi della sorgente, della propagazione e degli effetti di sito è stata quindi usata per verificare se i modelli teorici possono essere utilmente usati per prevedere gli andamenti dei valori di picco del moto in funzione dell'entità del terremoto. Per i dati selezionati, rappresentativi di un ambiente sismotettonico in grado di generare terremoti con meccanismi prevalentemente distensivi (fino ad una magnitudoM _l ∼7, con profondità variabile all'incirca tra 5 e 15 km), il modello spettrale prescelto consente delle previsioni soddisfacenti da un punto di vista statistico, mostrando che la specifica risponsta dei siti è probabilmente il fattore che provoca le sensibili fluttuazioni spesso osservate per i valori di picco del moto, anche a parità di magnitudo e distanza dal fuoco.

     

Stochastic modelling of solar-radiation data

Summary Daily global solar-radiation sequences are studied for Italy. We show that the experimental data can be described as a first-order autoregressive stochastic process independent of locality or season: the only climatic information needed is the monthly average of the clearness index. We also show that the clearness index sequences can be transformed in sequences with normal distribution but with the same autocorrelation properties; it is then easy to construct synthetic sequences of radiation data with the same statistical properties as the real data, useful for performance prediction of solar systems.

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Riassunto Si analizzano le serie temporali dei valori giornalieriK _T (rapporto tra la radiazione solare globale su superficie orizzontale e la radiazione extra-atmosferica) per il territorio italiano. Si dimostra che i dati possono essere descritti con processi stocastici autoregressivi del primo ordine indipendentemente dalla località o stagione: la sola informazione necessaria è il valore medio mensile dei rapportiK _T . Si dimostra inoltre che le successioni dei valoriK _T possono essere trasformate in successioni con funzione di distribuzione normale e con le stesse caratteristiche statistiche di autocorrelazione dei dati originari; in tal modo è poi possibile costruire successioni di dati di radiazione, di lunghezza pari al numero di giorni in un mese e con le stesse proprietà statistiche dei dati sperimentali, utili per il calcolo delle prestazioni di sistemi solari.

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Cronologia dei sedimenti marini costali e fenomeni cosmogeofisici negli ultimi 5000 anni

Riassunto Abbiamo analizzato i profili della concentrazione del carbonato di calcio (CaCO₃) in quattro cores di sedimenti recenti del Mar Ionio, che coprono un intervallo di ∼5000 anni, ed il profilo della termoluminescenza (TL) in uno di questi cores che copre un intervallo di ∼2000 anni. La velocità di sedimentazione è stata determinata con grande precisione utilizzando metodi radiometrici e di tefroanalisi e si è dimostrata costante ed identica per i quattro cores. I profili di CaCO₃ e di TL sono stati così trasformati in serie temporali. La precisione delle scale temporali ha permesso l'analisi accurata di significative ciclicità presenti nelle serie temporali ottenute e di individuare la loro possibile origine solare. Le serie di CaCO₃ sono perfettamente riproducibili e rivelano, in particolare, le periodicità di circa 90 anni (ciclo di Gleissberg) e di circa 200 anni presenti anche nel¹⁴C degli anelli degli alberi. Questa periodicità è accompagnata da due bande laterali che suggeriscono che l'onda di 200 anni è modulata da una componente con periodo di ∼2000 anni, come si trova anche nel radiocarbonio. L'analisi della serie temporale di TL rivela ben definite periodicità a 137.7 a, 59 a, 28.5 a, 22 a, 12.06 a, 10.8 a, che hanno notevoli corrispondenze con le periodicità trovate nelle macchie solari e nelle aurore. Inoltre, il battimento delle due onde con periodo decennale produce un treno d'onda con periodo di 11.4 a ed una modulazione d'ampiezza di 206 a già citata, ed i nodi del treno d'onda coincidono con i minimi delle macchie solari. I risultati ottenuti indicano un possibile meccanismo comune, di origine solare e/o climatica che controlla indici differenti in reservoirs terrestri.

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Summary The total carbonate deposited as CaCO₃ in four recent Ionian Sea sediment cores spanning the last 5000 years is analysed. The thermoluminescence (TL) in one of these cores, spanning the last 2000 years, is also studied. The sedimentation rate has been determined with high precision by radiometric and tephroanalysis methods. It is identical for the four cores and verified constant at least in the last 2000 years. The CaCO₃ and the TL time series obtained in this way reveal several outstanding features and well-defined cyclic variations. The analysis of the carbonate time series reveals, in particular, the presence of a periodicity of about 90 y (Gleissberg cycle) and of about 200 y accompanied by two sidebands, suggesting that the 200 y wave is modulated by a component with period of about 2000 y, as observed in the analysis of the tree rings¹⁴C. The analysis of the TL time series reveals well-defined periodicities at 137.7 y, 59 y, 28.5 y, 22 y, 12.06 y and 10.8 y, which are in good agreement whith periodicities present in the sunspot number and in the aurora time series. The beats of the two decennial TL periodicities produce a modulated wave train with an 11.4 y period carrier and a 206 y period amplitude modulation. The nodes of this wave train correspond to the sunspot number minimal. Furthermore, a comparison of the CaCO₃, TL and tree ring δ₁₄C time series shows several similarities. The results obtained indicate a possible common mechanism of solar and/or climatic origin which controls different indexes in terrestrial reservoirs.

Paper presented at the 6th Cosmic Physics National Conference, Palermo, 3–7 November 1992.     

16-month periodicity of cosmic-ray intensity

Summary Data from four neutron monitors, Climax (1953–1976), Deep River (1964–1977), Mt. Norikura (1957–1983) and Tokyo (1970–1983) are analysed. Power spectra reveal peaks at frequency 1c/16 months for all the stations. Harmonic analysis for the 16-month period is performed after eliminating the long-term solar-cycle variation. There is general agreement in the phases of the mean vectors for various neutron monitors. The amplitude averaged over all the four stations is 0.41±0.01, while it is higher for the two stations having lower cut-off rigidity as compared to that of the other two. The vectors are seen to become more consistent in phase for periods of minimum solar activity than those for maximum-activity period. The summation dials reveal abrupt changes in the directions of the 16-month wave vector corresponding to the reversal of polarity of the solar magnetic field. Comparison of the 16-month wave of sunspot activity with that of cosmic-ray intensity, however, does not show any significant correlation.

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Riassunto Si analizzano dati da quattro monitor di neutroni, Climax (1953–1976), Deep River (1964–1977), Mt. Norikura (1957–1983) e Tokyo (1970–1983). Gli spettri di frequenza rivelano picchi alla frequenza di 1 ciclo ogni 16 mesi per tutte le stazioni. Si effettua un'analisi armonica per un periodo di 16 mesi dopo aver eliminato la variazione del ciclo solare a lungo termine. Esiste un accordo generale riguardo alle fasi dei vettori medi per vari monitor di neutroni. L'ampiezza media rispetto a tutte e quattro le stazioni è di 0.41±0.01, mentre risulta superiore per le due stazioni che presentano una rigidità di taglio inferiore alle altre due. Si osserva una crescente coerenza di fase dei vettori in periodi di attività solare minima, rispetto a quella in periodi di attività massima. I grafici della somma rivelano cambiamenti repentini nelle direzioni del vettore d'onda di 16 mesi, corrispondenti all'inversione di polarità del campo magnetico del Sole. Il confronto di un'onda di 16 mesi dell'attività delle macchie solari con quella dell'intensità dei raggi cosmici, tuttavia, non mostra nessuna correlazione significativa.

     

On the stability of geophysical flows

Summary The stability of the solution of two-dimensional stationary Euler equations for rotating flows with a constant Coriolis force is studied. An Arnold theorem in which some sufficient conditions for the stability are given was used for this purpose. This theorem can be applied to a large class of geophysical flows.

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Riassunto Si è studiata la stabilità delle soluzioni per le equazioni di Eulero stazionarie bidimensionali nel caso di un flusso in rotazione con una forza di Coriolis costante. A tal fine si è fatto uso di un teorema, dovuto ad Arnold, nel quale sono date le condizioni sufficienti per la stabilità del moto. Questo teorema può essere applicato ad una vasta classe di flussi geofisici.

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Work supported by a CNR grant. Progetto Finalizzato Oceanografia.     

Determination of the interference between the elements of a central-receiver solar system

Summary This work deals with the problem of determining the shadow and blocking effects between the rectangular heliostats of a central-receiver system for the utilization of solar energy. The type of approach followed is the McFee approach, suitably generalized. Indications are also given regarding the calculation of the density of radiation collected on a receiver assumed to be flat.

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Riassunto Questo lavoro affronta il problema della determinazione degli effetti di shadow e blocking tra eliostati rettangolari di un sistema a ricevitore centrale ai fini dello sfruttamento dell'energia solare. Il tipo di approccio seguíto è quello di McFee, opportunamente generalizzato. Si forniscono anche indicazioni per il calcolo della densità di radiazione raccolta sul ricevitore che qui è considerato piatto.

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Il presente lavoro è oggetto di un contratto di ricerca fra il CRTN, ENEL e l'Istituto di Fisica dell'Università di Milano.     

Measurements of the distribution of the flux of energy in the focus of a solar concentrator with visualization techniques

Summary This work analyses the setting-up of an optical head which allows the visualization of a section of the distribution of the flux of energy along the focal axis of optical systems in general and of solar concentrators in particular. A circular-type solar concentrator, with the reflector consisting of a plastic lamina aspirated by means of a pump, has been built. The distribution of the energy flux in the focus of this concentrator has been calculated by the theoretical method. Results are compared with experimental data obtained by means of the optical head.

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Riassunto Questo lavoro analizza la messa a punto di una testa ottica che consente la visualizazione di una sezione della distribuzione del flusso di energia lungo l'asse focale di sistemi ottici in generale e in particolare di concentratori solari. è stato realizzato un concentratore solare di tipo circolare, con riflettore costituito da una lamina di plastica aspirata mediante una pompa. La distribuzione del flusso energetico nel fuoco di questo concentratore è stata ricavata per via teorica. è stato fatto un confronto con misure sperimentali ottenute mediante la testa ottica.

     

Nonadiabatic effects in auger-induced ionic desorption

Summary The Knotek-Feibelman mechanism of desorption is analysed in the context of a microscopic dynamical theory that has been proposed recently for closed-band systems. To understand the physical contents of the general equations, the probabilityP of ionic desorption is derived analytically in several selected model situations as a function of the characteristic desorption timet _o. Although typicallyt _o is quite long compared to the inverse level widthW _B ⁻¹, the results show very significant deviations from the limit of small velocities. This is due to the fact thatP is not primarly determined by the level width, but by the structures, like peaks and singularities, that are contained in the two-hole continuum. Such features, that are completely missed in the traditional approach that represents the continuum by a Lorentzian, are naturally enbodied in the present theory. They may originate from the position of the adatom energy level ɛ relative to the substrate band and/or by hole-hole correlation. When split-off localized states arise,P may become comparable with unity even in the limit of small velocities, giving raise to the Knoteck-Feibelman reneutralization bottleneck; however, this is not the case when the localized states are readsorbed by the continuum in the course of desorption. An explicit example of this behaviour is given. On the other hand, when ions desorb from ionic crystals with a large Madelung energy, the bond-breaking process may approach the sudden limit. A strongly nonadiabatic behaviour is then predicted, including a correlation-induced enhancement ofP by several orders of magnitude, even in bandlike situations. This rapid variation leads to suggestions for a new experiment that should enable us to see the effects of a fine tuning of the electronic parameters.

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Riassunto Il meccanismo di Knotek e Feibelman di desorbimento è studiato nel contesto di una teoria quantistica dinamica che è stata recentemente proposta ed è applicabile al caso di sistemi con bande chiuse. Al fine di mettere in luce il contenuto fisico delle equazioni generali, si sono scelte alcune situazioni modello per le quali si è ottenuta analiticamente la dipendenza della probabilitàP di desorbimento ionico dal tempo caratteristico di desorbimentot _o. Benchè tipicamentet _o risulti molto piú lungo della larghezza inversaW _B ⁻¹ del livello, i risultati dimostrano cheP può deviare in modo molto significativo dal limite di velocità basse. Infatti,P è determinato principalmente non dalla larghezza del livello, ma dalle strutture (picchi e singolarità) che sono contenute nel continuo. Questi aspetti sono ignorati completamente nell'approccio consueto, che rappresenta il continuo con una lorentziana, ma sono inclusi in questa teoria in modo naturale. Una possibile origine di strutture nel continuo è rappresentata da una posizione del livello eccentrica rispetto alla banda del substrato; un'altra, dalla correlazione buca-buca. Se ne risultano stati disereti isolati dal continuo,P può essere dell'ordine dell'unità anche nel limite di velocità basse, e questo è appunto il ≪collo di bottiglia≫ che impedisce la rineutralizzazione secondo Knotek e Feibelman; questo non avviene, però, se lo stato discreto è riassorbito dal continuo nel corso del desorbimento. Di tale fenomeno è fornito un esempio esplicito. D'altra parte, quando gli ioni desorbono da cristalli ionici con un'elevata energia di Madelung, il processo di rottura del legame può avvicinarsi al limite repentino. La teoria allora predice un comportamento fortemente non adiabatico, in cuiP è accresciuta di ordini di grandezza dagli effetti di correlazione, anche in situazioni in cui lo spettro è di tipo banda. Questa rapida variabilità diP porta a suggerimenti utili per verificare, con un nuovo esperimento, gli effetti di piccoli aggiustamenti dei parametri elettronici.

     

The origin of the solar system and stochastic electrodynamics

Summary The formulation of the magnetic field of rotating bodies, obtained within the framework of stochastic electrodynamics, and Hoyle's mechanism for the transfer of angular momentum are used in the proposed model of the origin of the solar system. The ensemble of numerical results obtained is in good agreement with observations.

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Riassunto La formulatione del campo magnetico dei corpi rotanti, ottenuta nell'ambito dell'elettrodinamica stocastica, e il meccanismo di Hoyle per il trasferimento del momento angolare si usano nel modello proposto dell'origine del sistema solare. L'insieme dei risultati numerici ottenuti è in buon accordo con le osservazioni.

     

Evaluations of particulate mass loading from visibility observations and atmospheric turbidity measurements

Summary Three extinction models for urban aerosol particles, having Junge-type size distribution curves, were determined by using a very accurate computer programme based on Mie extinction theory for spherical particles. For each model, the volume extinction coefficients were calculated at seven visible and near-infra-red wave-lengths, for twenty-seven values of Junge parameter ranging from 1.8 to 4.4, and for five values of relative humidity from 0% to 85%. Moreover, the volume extinction coefficients produced by five monomodal models, based on log-normal size distribution curves for urban particles (composed of water-soluble substances, dustlike aerosol, and carbonaceous substances), were calculated at the seven wave-lengths and for five values of relative humidity from 0% to 90%. These monomodal models can be used to define bimodal and trimodal extinction models consisting of variable number fractions of small and large particles. Evaluations of the vertical particulate mass loading from sun photometer measurements and of particulate mass loading at ground level from visibility observations can be obtained by following the procedures suggested herein for both Junge-type and multimodal extinction models. Atmospheric turbidity and visibility measurements taken at various urban stations in the Po Valley were examined by means of the above procedures. The results show that in the cases in which ?ngstr?m's spectral exponent is relatively high (>1.3), Junge-type models give, reliable evaluations of the atmospheric particulate mass loading. In the other cases, the Junge-type extinction model and the bimodal models including the large urban particle mode can be used to determine the lower and the upper limits of particulate mass loading.

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Riassunto Tre modelli di estinzione per particelle atmosferiche di origine urbana, aventi curve di distribuzione dimensionale del tipo di Junge, sono stati definiti usando un programma di calcolo molto accurato per l'estinzione di Mie da parte di particelle sferiche. I coefficienti di estinzione di ogni modello sono stati determinati a sette lunghezze d'onda nel visibile e vicino infrarosso, per ventisette valori del parametro di Junge da 1.8 a 4.4 e per cinque valori dell'umidità relativa dallo 0% all'85%. Inoltre, i coefficienti di estinzione prodotti da cinque modelli monomodali, basati su curve log-normali della distribuzione dimensionale per particelle di tipo urbano (composte di sostanze solubili in acqua, polveri e sostanze carboniose), sono stati calcolati alle sette lunghezze d'onda e per cinque valori dell'umidità relativa dallo 0% al 90%. Questi modelli monomodali possono essere usati per definire modelli di estinzione bimodali e trimodali, composti da particelle di piccole e grandi dimensioni, in percentuali numeriche variabili. Seguendo i procedimenti da noi proposti sia per i modelli del tipo di Junge che per quelli multimodali, valutazioni realistiche del contenuto verticale della massa di particelle possono essere ricavate da misure di fotometria solare, mentre si possono ottenere buone stime del contenuto di massa per volume unitario al livello del suolo da osservazioni di visibilità. Diverse misure di torbidità atmosferica e visibilità eseguite in differenti località urbane della pianura padana sono state esaminate usando questi procedimenti. I risultati mostrano che nei casi in cui l'esponente spettrale di ?ngstr?m è relativamente alto (>1.3), i modelli del tipo di Junge forniscono stime affidabili del contenuto atmosferico di massa delle particelle. Negli altri casi, i modelli di estinzione del tipo di Junge e i modelli bimodali che contengono il modello monomodale di grandi particelle urbane possono essere usati per effettuare una stima di minima ed una di massima del contenuto atmosferico di massa delle particelle.