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Il lavoro di tesi utilizza la propagazione del suono in mare come metodologia per indagare sulla fauna di un ambiente marino.
Nello specifico si occuperà del mondo marino vivente del cosiddetto Santuario Pelagos, un’area del Mar Mediterraneo, istituita per la protezione dei Cetacei, una famiglia appartenente ai mammiferi marini. L’interesse scientifico che ha motivato questo lavoro di tesi è dovuto al fatto che sui Cetacei, come su quasi tutti i mammiferi marini, si hanno pochi dati per quanto riguarda il loro comportamento nel loro habitat naturale.
Viene scelta la propagazione del suono a basse frequenze per la poca attenuazione che essa subisce in acqua, infatti un sistema di ascolto passivo può captare segnali a bassa frequenza provenienti da mammiferi marini anche a grande distanza, fino a anche più di 100 chilometri, con la possibilità di tracciare il percorso dei mammiferi all’interno della colonna d’acqua.
Tra i cetacei è stata scelta la Balaenoptera physalus, conosciuta meglio come Balenottera comune, che rappresenta l’unica specie dei Misticeti presente nel Mar Mediterraneo, sottordine dei Cetacei, in grado di emettere suoni a bassa frequenza, e della quale si sa poco. Il problema specifico che viene posto nella tesi è dove posizionare un sistema di ascolto, costituito da uno o più idrofoni (sonar passivo), in modo da ottimizzare la ricezione dei suoni emessi da questi mammiferi marini, in modo tale da ottenere un buon rapporto segnale-rumore.
La propagazione acustica in mare aperto dipende dalle condizioni oceanografiche locali: temperatura, salinità, profondità dalle quali le onde acustiche possono risultare più o meno attenuate. Per risolvere questo problema è stato sviluppo di un software capace di prevedere fino ad una distanza di 100 chilometri dalla sorgente sonora di bassa frequenza, in questo caso rappresentata dalla Balenottera comune, la perdita di trasmissione, Transmission Loss, in modo da diminuire il tempo di indagine, il numero di misure e quindi anche i costi della ricerca.
La Transmission Loss viene ottenuta computazionalmente risolvendo l’equazione d’onda acustica, utilizzando il modello matematico della Parabolic Equation.
Per rendere il software accessibile anche ad un utente non esperto di metodo numerico per il calcolo della Transmission Loss, con il linguaggio di programmazione Matlab, è stata sviluppata una opportuna interfaccia grafica.
Il software è stato creato con lo scopo di permettere di definire un profilo di velocità del suono lineare a tratti fornendo semplicemente cinque valori di velocità del suono a cinque profondità differenti, di cui la prima corrispondente all’interfaccia aria-acqua, e l’ultimo corrispondente alla profondità del fondale marino.
Una volta costruito il profilo di velocità del suono l’utente potrà inserire i valori corrispondenti alla frequenza della sorgente sonora, la profondità a cui è posizionata, la distanza dalla sorgente, e tutti i valori numerici necessari all’integrazione dell’equazione delle onde.
Una volta inseriti tutti i dati richiesti, il software calcolerà la Transmission Loss che verrà mostrata graficamente con la distanza dalla sorgente sull’asse orizzontale, mentre sull’asse verticale viene posta la profondità. Sono quindi state effettuate diverse simulazioni basate su dati reali di temperatura, profondità e salinità, provenienti da una piattaforma di acquisizione situata in un punto dell’area del Santuario e appartenente alla rete di EMODnet.
Nella Tesi verranno mostrati solo due mesi di acquisizione: uno il mese di Luglio, rappresentante la stagione estiva, l’altro il mese di Gennaio per la stagione invernale.
I dati estratti in formato excel sono stati importati in matlab da cui sono stati creati dei plot con grafici che mostrano separatamente l’andamento della temperatura e della salinità dell’ambiente marino rispetto alla profondità. Questi dati reali sono stati infine approssimati con il profilo lineare a tratti come sopra indicato, per poter poi effettuare il calcolo della Transmission Loss con le frequenze caratteristiche di emissione dei suoni della nostra Balenottera comune e delle profondità in cui essa vive, fino a distanze orizzontali di 100 chilometri, individuando caso per caso le regioni a minore attenuazione sonora (o, equivalentemente, a maggiore rapporto segnale- rumore).