An experimental apparatus for studying the background of gravitational-wave antennas and its correlation with geophysical phenomena

Summary We describe an experimental apparatus, designed for studying the correlations between the background of gravitational-wave antennas and geophysical phenomena, that has been installed in the Department of Physics of the University of Rome ?La Sapienza?. The apparatus consists of a 2300 kg room temperature gravitational-wave antenna, of sensors of geophysical quantities (accelerometer, gravimeter and electrical antenna) and of a computer-based data acquisition system designed for continuous operation over long periods of time.

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Riassunto Si descrive un apparato sperimentale, progettato per lo studio delle correlazioni tra il fondo delle antenne gravitazionali e fenomeni geofisici, che è stato installato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma ?La Sapienza?. L'apparato consiste di un'antenna gravitazionale a temperature ambiente con massa di 2300 kg, di alcuni sensori di grandezze fisiche (accelerometro, gravimetro e antenna elettrica) e di un sistema di acquisizione dati basato su calcolatore, previsto per funzionamento continuo su lunghi periodi di tempo.

     

The steady-state toroidal magnetized plasma «thorello» for basic plasma physics research

Summary Thorello is a steady-state toroidal magnetized plasma suitable for basic plasma physics experiments. The discharge is produced in hydrogen by hot-filament electron emission and acceleration by a bias. Electron temperature and density have been evaluated by electrostatic probes. Excitation and detection by an interferometric method of electrostatic ion cyclotron waves (ESICW) have permitted the evaluation of ion temperature.

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Riassunto Thorello è un plasma magnetizzato stazionario particolarmente adatto per esperimenti di fisica del plasma di base. La scarica è prodotta in idrogeno per mezzo di elettroni emessi da un filamento caldo ed accelerati da una differenza di potenziale. La temperatura e la densità elettronica sono state valutate per mezzo di sonde elettrostatiche. La temperatura ionica è stata ricavata mediante un metodo interferometrico basato sull’eccitazione e la rilevazione di onde elettrostatiche ioniche di ciclotrone (ESICW).

     

A paradigm for the biomedium

Summary A model for water in biosystems, based on the assumption that water is adsorbed on macromolecules, is discussed. This model succeeds in explaining the Na⁺/K⁺ ratio without invoking active transport.

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Riassunto Si propone un modello per l’acqua nei sistemi biologici basato sull’ipotesi che l’acqua si trovi adsorbita sulle macromolecole. Questo modello riesce a spiegare il rapporto Na⁺/K⁺ senza richiedere nessuna ipotesi supplementare di trasporto attivo.

     

Previsioni sperimentali a lungo termine all''ECMWF: Previsione della precipitazione a scala subsinottica

Riassunto Nel presente lavoro viene analizzata la capacità di un modello di circolazione generale (ECMWF), usato operativamente per previsioni del tempo, di prevedere i campi di precipitazione su scala regionale per periodi dell'ordine del mese, alla luce dei miglioramenti più recenti, sia in termini di risoluzione spaziale, sia in termini di parametrizzazioni fisiche, apportati al modello stesso. I dati previsti vengono paragonati ai dati osservati su di un'area che copre parte dell'Italia settentrionale. I risultati ottenuti mostrano come gli errori più grandi si verificano quando all'interno del periodo di integrazione avviene una variazione del regime di circolazione.

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Summary In this paper the performance of a general circulation atmospheric model (ECMWF), operationally used to produce weather forecast, in predicting the precipitation field on a limited area for time periods of the order of one month is analysed. Recent improvements in the formulation of the model, both in spatial resolution and in physical parametrizations, prompted this investigation. Forecasts are verified against observations in an area covering part of Northern Italy. The results obtained show that the largest errors occur when, during the integration, the atmosphere undergoes a change of circulation regime.

     

An optimization model for amorphous solar cells in which optical,electrical and recombination properties are specified

Summary A model for determination and optimization of the fundamental parameters defining the quality of amorphous solar cells in which optical, electrical and recombination properties are specified is developed. It can be applied to any amorphous solar-cell systems. This paper gives theoretical expressions and describes an iterative method of numerical calculation for the current density of different cells. Results of computer calculations based on this model are presented.

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Riassunto In questo lavoro si presenta un modello per la determinazione e l'ottimizzazione dei parametri fondamentali atti a definire la qualità delle celle solari amorfe, specificando le proprietà ottiche, elettriche e di ricombinazione. Esso può essere applicato a qualunque sistema di celle solari amorfe. Sono fornite le espressioni teoriche ed è descritto un metodo iterativo per il calcolo numerico della densità di corrente di alcuni tipi di celle. Sono anche presentati i risultati ottenuti da calcoli eseguiti col computer e basati su questo modello.

     

Further developments of a general method for deducing average hourly insolations from average daily insolations

Summary The hourly solar-radiation values, global and diffuse, recorded during nine years in the town of Genua and at Monte Capellino and during seven years in the town of Macerata, in Italy, have been used to find simple expressions which give the hourly and daily solar irradiations in average sky conditions. It is then shown how the long-term average hourly, direct and diffuse, irradiation can be deduced with good accuracy by using, solely, the knowledge of the long-term average daily, direct and diffuse, irradiations, respectively. The long-term averages have been calculated, with an original method, on a time basis of six days instead of the monthly time basis, as is usual in the literature. Finally, the correlation between long-term averages of diffuse and global solar radiation is analysed and discussed.

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Riassunto L'analisi dei valori orari della radiazione solare, globale e diffusa, registrati per nove anni nella città di Genova e sul Monte Capellino e per sette anni nella città di Macerata, in Italia, ha permesso di trovare semplici espressioni che danno i valori degl'irraggiamenti solari, orari e giornalieri, in condizioni di cielo medie. è quindi mostrato come il valore orario della radiazione diretta e diffusa, mediato su tempi lunghi, possa essere dedotto, con buona approssimazione, dalla sola conoscenza del valore giornaliero della radiazione, rispettivamente diretta e diffusa, mediato su tempi lunghi. Le medie su tempi lunghi sono state calcolate applicando una metodologia originale, sulla base di periodi di sei giorni invece che su quelle, abituale nella letteratura, di periodi di un mese. Infine è stata analizzata e discussa la correlazione fra i valori giornalieri di radiazione diffusa, mediati su tempi lunghi, e i valori orari di radiazione globale, pure mediati su tempi lunghi.

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Work supported by CNR-Progetto Finalizzato Energetica, S.P. RERE, Tema N, under contract 80.00936.92.     

Experimental validation of a simulation code to describe the building thermal behaviour

Summary Room temperature trends have been measured in a small apartment in different climatic conditions. The results are compared with those evaluated through a recently reported simulation procedure which treats the building analytically by network theory.

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Riassunto Sono stati misurati gli andamenti della temperatura interna di un piccolo appartmento in varie condizioni meteorologiche. I valori cosí ottenuti sono stati confrontati con quelli previsti mediante un metodo di simulazione recentemente presentato in letteratura e che si basa su una trattazione analitica dell'edificio attraverso la teoria delle reti.

     

The impact of higher-order bragg terms on radar sea return

Summary The possibility that radar sea return observed using aKu band fan beam Doppler airborne scatterometer flown over crude oil artificial spills might have been back-scattered via the second-order Bragg interaction is surmised. An attempt is made to justify the absence of the first-order Bragg term.

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Riassunto Prendendo in considerazione l'effetto dei primi ordini di Bragg e sopprimendo il ter mine di ordine 1, si mostra come l'inesplicato andamento dell'eco del mare in presenza di film di spandimento, rilevato con radar doppler in bandaKu montato su aereo, coincida con misure effettuate altrove in presenza di analogo film. Si propone una teoria secondo cui l'assenza del primo ordine è dovuta ad una carenza dell'onda capillare pertinente.

     

Equilibrium formation and growth of droplets on soluble nuclei by adiabatic expansion

Summary A thermodynamic approach is used to describe the formation and the growth upon soluble nuclei due to an adiabatic expansion. Using the conservation laws, several parameters may be expressed as functions of pressure, which is here the only independent variable. In particular, the variation of the droplet radius with pressure is presented.

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Riassunto Si propone un modello termodinamico di formazione e crescita di gocce su nuclei solubili per effetto di un’espansione adiabatica. Sfruttando le leggi di conservazione è posibile esprimere vari parametri in funzione della pressione, che è qui l’unica variabile indipendente. Il modello mostra, in particolare, la variazione del raggio della goccia con la pressione.

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Many-body effects in the electron spectroscopies of incompletely filled bands

Summary Photoemission and Auger line shapes from almost completely filled bands have been widely discussed in recent years within a simplified model based on an Anderson Hamiltonian in which the virtual level shift due to the interactions is suitably compensated for. Up to now, the theory has been much more successful with XPS than with AES, and the reason for this was obscured by the lack of an exact solution and by the difficulty to assess the degree of validity of various approximate treatments that have been proposed. Here we present a Green’s function formalism that allows us to extend the closed band solution to the partially occupied case and lends itself to the exact numerical treatment of finite systems. By applying the theory to 27 and 125 atom clusters, we analyse the dependence of the spectra on hole-hole repulsionU with a degree of unfillingn _h≤0.25. We also consider the case when one of the spin subbands is full as a rough model for ferromagnetic metals. Correlation effects on the one-hole density of states produce a narrowing of the band region, while a split-off structure develops below the band forU comparable to the band width. The low-density approximation is good agreement with the exact results forn _h=0.1 and also forn _h=0.25 for small and moderateU. Our results on the Auger line shapes justify somewhat the suggestion by Haak and Bennetet al. that split-off states observed in photoemission must be discarded before computing the two-hole spectrum. Indeed self-energy corrections must be excluded also in bandlike cases, when the simple procedure of cutting off the unwanted structure is not applicable. This arises because, in a wide range of physical situations, the Auger line shape reflects the mutual scattering of undressed final-state holes.

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Riassunto Il modello teorico piú usato negli ultimi anni per le forme di riga di fotoemissione ed Auger di bande quasi completamente occupate si basa su un hamiltoniano di Anderson in cui lo spostamento del livello virtuale dovuto alle interazioni è opportunamente compensato. Finora la teoria ha dato risultati molto migliori per la fotoemissione che per lo spettro Auger. Le ragioni di ciò non sono chiare poiché non si dispone di una soluzione esatta ed è difficile valutare l’attendibilità delle varie approssimazioni note. Pertanto noi proponiamo un formalismo basato sulle funzioni di Green che permette, nel caso di aggregati finiti di atomi, di estendere la soluzione esatta, nota nel caso di bande chiuse, al caso di bande parzialmente occupate. Applicando il metodo a sistemi di 27 e 125 atomi, analizziamo la dipendenza degli spettri dalla repulsioneU tra lacune, per una concentrazione di lacunen _h≤0.25. Abbiamo considerato anche il caso in cui una delle sottobande di spin è completamente occupata come una prima approssimazione al problema di metalli ferromagnetici. Gli effetti di correlazione restringono il continuo nella densità di stati ad una particella e producono una struttura discreta sotto la banda seU è confrontabile con la larghezza della stessa. L’approssimazione di bassa densità è in buon accordo coi risultati esatti pern _h=0.1 ed anche pern _h=0.25 seU è piccolo o moderato. I nostri risultati sulla forma di riga Auger legittimano in qualche modo quanto suggerito da Haak e Bennetet al., e cioè che il picco satellite di fotoemissione deve essere soppresso nel calcolo della forma di riga Auger. Anzi, tutte le correzioni al propagatore ad un corpo, dovute agli effetti di correlazione, debbono essere escluse anche nel caso di spettri di tipo banda, dove, per l’assenza della struttura satellite in fotoemissione, il procedimento di Bennettet al. non è piú applicabile: infatti nella maggior parte dei casi d’interesse fisico, la forma di riga Auger riflette la dinamica di lacune non rinormalizzate.

     

?erenkov radiation in large cosmic-ray air showers

Summary A synchronized array of fast photomultipliers has been used to reconstruct the image in Ĉerenkov light of individual large cosmicray showers high in the atmosphere. The details of the images are in agreement with simulations based upon conservative models for cascade development. Observation of the fluctuations of the image between showers may enable the mass of the energetic cosmic rays to be determined.

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Riassunto Si è usato un sistema sincronizzato di fotomoltiplicatori veloci per ricostruire l'immagine in luce di Ĉerenkov di grandi sciami distinti di raggi cosmici, alti nell'atmosfera. I dettagli delle immagini sono in accordo con simulazioni fondate su modelli conservativi per lo sviluppo a cascata. L'osservazione delle fluttuazioni dell'immagine tra gli sciami può permettere la determinazione della massa dei raggi cosmici energetici.

     

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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Tensorial piezomagnetic coefficients for single-domain titanomagnetite crystals at saturation magnetization

Summary The piezomagnetic and magnetostrictive behaviour of titanomagnetite single-domain crystals is described in a general tensorial formalism with respect to a reference initial configuration in which crystals possess a saturation remanence magnetization and are subjected to a prestress field. The equivalence between the present linearized theory and previous semi-empirical formulae is proved. Numerical values are given for the piezomagnetic coefficients in terms of the magnetostrictive constants Δ₁₀₀ and Δ₁₁₁ which have been experimentally determined for titanomagnetite single crystals.

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Riassunto Si propone una descrizione generale tensoriale del piezomagnetismo e della magnetostrizione per cristalli di titanomagnetite a dominio singolo rispetto ad una configurazione iniziale di riferimento in cui i cristalli posseggono una magnetizzazione rimanente di saturazione e sono soggetti ad un campo di sforzo iniziale. Si dimostra l'equivalenza della presente teoria linearizzata e formule semiempiriche proposte precedentemente. Si forniscono valori numerici dei coefficienti piezomagnetici desunti dalle misure sperimentali delle costanti di magnetostrizione Δ₁₀₀ e Δ₁₁₁ effettuate su cristalli singoli di titanomagnetite.

     

Electrohydrodynamic stability of a fluid layer. Effect of a tangential periodic field

Summary The electrohydrodynamic stability of a fluid layer influenced by a periodic tangential electric field is studied. The model allows for general forms of deformations of the interface. Two simultaneous ordinary differential equations of Mathieu type are obtained. The coupled equations are solved by the method of multiple-scale perturbations for small electric-field amplitude and stability conditions are discussed. It is found that the tangential field has a stabilizing effect except at resonance points. Graphs are drawn to illustrate the resonance regions in a parameter space. The tangential periodic field cannot stabilize a system which is unstable under a constant electric field.

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Riassunto Si studia la stabilità elettrodinamica di una strato fluido influenzato da un campo elettrico tangente periodico. II modello tien conto delle forme generali di deformazioni dell’interfaccia. Si ottengono due equazioni simultanee differenziali ordinarie del tipo di Mathieu. Le equazioni accoppiate sono risolte col metodo delle perturbazioni su scala multipla per piccola ampiezza di campo, elettrico e si dicutono le condizioni di stabilità. Si è trovato che il campo tangente, ha un effetto stabilizzante eccetto nei punti di risonanza. I grafici sono fatti per illustrare le regioni di risonanza in uno spazio di parametri. Il campo periodico tangente non può stabilizzare un, sistema che è instabile in un campo elettrico costante.

     

A new study of associating inhomogeneous fluids with classical density functional theory

ABSTRACT

A new density functional for the study of associating inhomogeneous fluids based on Wertheim's first-order thermodynamic perturbation theory is presented and compared to the most currently used associating density functionals. This functional is developed using the weighted density approximation in the range of association of hard spheres. We implement this functional within the framework of classical density functional theory together with modified fundamental measure theory to account for volume exclusion of hard spheres. This approach is tested against molecular simulations from literature of pure associating hard spheres and mixtures of non-associationg and associating hard spheres with different number of bonding sites close to a hard uniform wall. Furthermore, we compare and review our results with the performance of associating functionals from literature, one based on fundamental measure theory and the inhomogeneous version of Wertheim's perturbation theory. Results obtained with classical DFT and the three functionals show excellent agreement with molecular simulations in systems with one hard wall. For the cases of small pores where only one or two layers of fluid are allowed discrepancies between results with classical DFT and molecular simulations were found.     

Local air circulations over a complex coastal site: a comparison among field surveys, hydraulic-and mathematical-model data

Summary The local air circulations over the La Spezia complex coastal site have been studied 1) with a series of field surveys; 2) by means of a scale model in the hydrodynamic channel and 3) by applying a Gaussian mathematical model. We present the conclusions of a comparison among the data of the three independent and complementary methods, relative to their respective degrees of confidence and completeness both for aerology and pollution behaviour. The main results are the following: 1) the hydraulic and mathematical models give fairly concording previsions, 2) the first one of them showed to be a powerful technique in planning studies of complex sites.

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Riassunto Sono state studiate le circolazioni atmosferiche locali sul sito costiero complesso di La Spezia 1) con una serie di campagne sperimentali, 2) mediante simulazione fisica su modello in vena idraulica e 3) con l'applicazione di un modello matematico gaussiano. Sono qui presentati e discussi i risultati del confronto fra i dati forniti da questi metodi di indagine indipendenti e complementari in termini digrado di attendibilità e di completezza, sia per l'aerologia del sito sia per il comportamento in esso degli inquinanti. Ne risulta essenzialmente che 1) i modelli idraulico e matematico forniscono previsioni generalmente ben concordanti, 2)il primo può essere proficuamente utilizzato per studi riguardanti siti complessi.

     

Two Hard Spheres in a Spherical Pore: Exact Analytic Results in Two and Three Dimensions

The partition function and the one- and two-body distribution functions are evaluated for two hard spheres with different sizes constrained into a spherical pore. The equivalent problem for hard disks is addressed too. We establish a relation valid for any dimension between these partition functions, second virial coefficient for inhomogeneous systems in a spherical pore, and third virial coefficients for polydisperse hard spheres mixtures. Using the established relation we were able to evaluate the cluster integral b ₂(V) related with the second virial coefficient for the Hard Disc system into a circular pore. Finally, we analyse the behaviour of the obtained expressions near the maximum density.     

Statistical correlation between daily and monthly averages of solar-radiation data

Summary We have analysed the way for a correlation between the monthly average of the fraction of solar radiation reaching the Earth and the statistical distribution of the days belonging to such a month as a function of the daily fraction of solar radiation; we have found that this correlation exists in Italy and that the distribution functions are independent of the location and of the period of the year.

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Riassunto Sono stati analizzati i valori quotidiani del rapporto tra radiazione totale su superficie orizzontale e radiazione extraatmosferica. Si è trovato che tali distribuzioni dipendono solo dal valor medio mensile dei rapporti quotidiani e non dalla località né dal numero d'ordine del mese. Tale risultato permette di ricostruire anni di riferimento che hanno lo stesso valor medio e la stessa varianza del lungo periodo.

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Work financially supported by C.N.R., Progetto Finalizzato Energetica, Sottoprogetto Energia Solare.     

A linear investigation on separation in laminar and turbulent boundary layers over low hills and valleys

Summary Laminar and turbulent linear models of stratified flow over small-slope topography have been compared and used to estimate separation features for a single two-dimensional hill and for a valley made by a pair of hills. As far as single symmetric hills are concerned, the importance of the obstacle shape have been evidenced. For the near field, the local slope characteristic of the terrain profile are of overwhelming importance. For the two-hill case, the dependence of the separation site on valley width and stratification is very different for the two models. Ventilation in the valley is modulated by the ratio between the valley width and the buoyancy wave-length only in the laminar case, whereas the turbulent model does not show these features for the realistic roughness values considered here.

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Riassunto Si fa un confronto tra modelli linearizzati di flussi turbolenti e laminari su ostacoli bidimensionali con pendenze piccole, in varie condizioni di stratificazione. Tali modelli sono usati per stimare le condizioni di separazione per una collina o per una valle compresa tra due colline. Nel primo caso si è notata l'importanza della forma dell'ostacolo scelto. Le caratteristiche locali di pendenza della forma del terreno risultano determinanti per il campo di perturbazioni prossimo all'ostacolo. Nel caso della valle si è studiata la collocazione del sito di prima separazione in funzione dell'ampiezza della valle e della stratificazione ed è stata riscontrata una notevole differenza tra i due modelli. Si ha ventilazione nella valle quando la sua ampiezza è un multiplo intero della lunghezza d'onda di galleggiamento, solo nel caso laminare; il modello turbolento non mostra queste caratteristiche per valori realistici di rugosità.

     

A physical approach to air pollution climatological modelling in a complex site

Summary A Gaussian climatological model which takes into account physical factors affecting air pollutant dispersion, such as nocturnal radiative inversion and mixing height evolution, associated with land breeze and sea breeze regimes, respectively, has been applied to the topographically complex area of La Spezia (a basin surrounded by hilly terrain, located on the Italian coast). Results from the measurements of the dynamic and thermodynamic structure of the lower atmosphere, obtained by a series of field experiments, are utilized in the model to calculate SO₂ seasonal average concentrations. The model has been tested on eight three-monthly periods by comparing the simulated values with the ones measured at the SO₂ stations of the local air pollution monitoring network. Comparison of simulated and measured values was very satisfactory and proved the applicability of the implemented model for urban planning and establishment of air quality strategies also at a topoghraphically complex site.

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Riassunto Si presenta un modello climatologico gaussiano, completato con informazioni di tipo fisico atte a caratterizzare le proprietà di dispersione degl'inquinanti nell'atmosfera, per il sito a topografia complessa di La Spezia. Fattori come l'evoluzione dell'inversione termica notturna da irraggiamento e l'evoluzione dell'altezza di rimescolamento associate alla brezza di terra e di mare, rispettivamente, sono stati ricavati dai risultati di una serie di campagne sperimentali. Il modello è stato provato su otto trimestri confrontando i valori della concentrazione della SO₂ simulati dal modello con i valori misurati nelle otto stazioni di rilevamento della rete locale. L'accordo tra i valori simulati e misurati è alquanto soddisfacente e dimostra l'applicabilità del modello per la pianificazione degl'impianti che comportino l'emissione di SO₂ e per l'istituzione di una strategia di controllo della qualità dell'aria in un sito costiero a topografia complessa.

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Work carried out while the author was with IBM Italy, Scientific Center of Rome.