81755 - DYNAMIC METEOROLOGY

Conoscenze e abilità da conseguire

The purpose of the course of Dynamic Meteorology is to provide a deeper learning of the basic dynamical processes underlying the general atmospheric circulation and its variability on relatively short time scales, with the approach of Physics. Such variability is associated with the evolution of meteorological phenomena and with the practical problem of short and medium range weather forecasting and its applications. The main topics of dynamic meteorology are treated, regarding the general circulation and the synoptic scale and mesoscale phenomena. The equations of motion, their properties and analytical or numerical solutions are analyzed, including waves, instability processes, linear and nonlinear effects and the fundaments of meteorological modelling. The presentation of various theoretical aspects having didactical relevance is conducted in parallel with the examination of the properties revealed by the analysis of observational data.

Contenuti

• Cenni storici essenziali sugli sviluppi principali delle idee e delle metodologie alla base della Meteorologia Dinamica e della previsione meteorologica numerica, deterministica e probabilistica.

• Caratteristiche fenomenologiche generali della circolazione atmosferica globale, definita sulla base di "rianalisi" numeriche-modellistiche, e loro interpretazione fisica.

• Principali fenomeni della circolazione atmosferica, loro analisi strutturale e spettrale e classificazione sulla base delle diverse scale di moto spazio-temporali. Effetti indotti dal ciclo stagionale. Confronto tra fenomeni quasi-periodici e caotici nella circolazione generale.

• Derivazione delle equazioni del moto dell'atmosfera in geometria sferica e relativo scaling.

• Trasformazione di coordinate ed equazioni del moto in coordinate isentropiche.

• Derivazione del teorema di Ertel e conservazione della vorticità potenziale.

• Circolazione e teoremi relativi (Kelvin, Bjerknes); circolazione e vorticità.

• Applicazioni diagnostiche e dinamiche della vorticità potenziale. Principio di invertibilità della vorticità potenziale.

• Dinamica delle onde in atmosfera e identificazione dei modi base in casi semplificati. Onde sonore, di gravità, di Rossby, libere e forzate dall'orografia terrestre e da disomogeneità nelle sorgenti termiche.

• Flussi atmosferici su orografia in due e tre dimensioni. Proprietà delle onde orografiche e dei diversi regimi di flusso su orografia.

• Derivazione dell'approssimazione quasi-geostrofica e proprietà di tale sistema di equazioni semplificate. Applicazione alla dinamica delle onde di Rossby.

• Variabilità di bassa frequenza: instabilità e risonanza orografica; "form drag" orografico. Regimi multipli di circolazione e transizioni tra essi; teleconnessioni.

• Riaggiustamento geostrofico nel problema di Rossby.

• Variabilità della circolazione atmosferica extra-tropicale. Instabilità baroclina e modello di Eady. Proprietà dei modi baroclini neutrali e instabili.

• Esempi ed evoluzione delle perturbazioni barocline delle medie latitudini: cicloni e anticicloni, relativi modelli concettuali e proprietà del loro ciclo vitale. Caratteristiche delle storm tracks e asimmetrie nella circolazione zonale.

• Strutture a mesoscala dei cicloni extratropicali: fronti, warm e cold conveyor belt, sistemi precipitanti associati.

• Modifiche indotte dall'orografia sulle proprietà dei modi di instabilità baroclina. Effetti dell'orografia sull'evoluzione dei cicloni delle medie latitudini. Ciclogenesi orografica e cicloni del Mediterraneo: fenomenologia e modelli.

• Cenni sugli effetti di ampiezza finita e del ciclo dell'acqua sui cicloni extratropicali.

• Fronti alla superficie e in quota. Dinamica della frontogenesi in due e tre dimensioni.

• Instabilità inerziale e instabilità simmetrica.

• Processi di condensazione/evaporazione; cenni sulla dinamica della convezione umida profonda e dei sistemi convettivi alla mesoscala.

Testi/Bibliografia

Testi consigliati

• J. Holton: Introduction to Dynamic Meteorology - 3^rd Ed. (Academic Press).
• H.B. Bluestein: Synoptic-Dynamic Meteorology in midlatitudes (2 vol., Oxford Univ. Press).
• E. Kalnay: Atmospheric modeling, data assimilation and predictability (Cambridge U. Press).

Altri testi per consultazione

• M. Satoh: Atmospheric Circulation Dynamics and General Circulation Models (Springer).
• J. Pedloski: Geophysical Fluid Dynamics (Springer-Verlag);
• R. A. Houze: Cloud Dynamics (Academic Press).
• R.A. Pielke, 2002: Mesoscale Meteorological Modeling. 2nd Edition (Academic Press).
• J. E. Martin, 2006: Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course (Wiley).
• H. Lynch, J. J. Cassano, 2006: Atmospheric Dynamics(Wiley).
• Y.L. Lin, 2007: Mesoscale Dynamics (Cambridge U. Press).

Metodi didattici

Tutte le lezioni sono svolte frontalmente in classe.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di accertamento è costituita dall'esame finale orale e sarà basata su una serie di domande che tenderanno ad accertare l'apprendimento e la comprensione da parte dello studente degli elementi concettuali, analitici e fenomenologici trattati come argomenti nelle lezioni.

Le date degli appelli di esame vengono generalmente definite e comunicate, per tutti i periodi di sessione previsti, con anticipo di qualche settimana, anche a seguito di appuntamenti concordati con il docente via email (preferibilmente con almeno due studenti esaminandi).

Strumenti a supporto della didattica

PC e lavagna. La derivazione delle equazioni fondamentali verrà eseguita step by step alla lavagna.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvana Di Sabatino