58357 - FISICA DELL'ATMOSFERA E METEOROLOGIA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente: - applica la conoscenza dell'elettromagnetismo per l’interpretazione dei processi di assorbimento e di emissione della radiazione da parte dei gas atmosferici; - conosce il bilancio energetico del pianeta, gli scambi energetici con lo spazio esterno e le misure che sono utilizzate per determinarli, come pure le loro limitazioni intrinseche; -conosce i processi che sono alla base dell’effetto serra, la forzatura radiativa dovuta ai gas ed alle nubi; - è capace di costruire un modello analitico di bilancio radiativo per lo studio del profilo di temperatura atmosferico; - è capace di stimare le costanti temporali radiative e la sensibilità climatica di semplici modelli unidimensionali - conosce la struttura atmosferica e le caratteristiche termiche, chimiche e statiche degli strati che la compongono; - conosce ed utilizza i principali sistemi di riferimento usati in meteorologia; - conosce le leggi di conservazione alla base della dinamica e della termodinamica dell'atmosfera e le principali forme di instabilità; - conosce le caratteristiche principali delle più frequenti strutture sinottiche presenti alle medie latitudini e le riconosce nei dati d satellite e da misure al suolo; - utilizza testi e appunti di lezione del docente scritti in lingua inglese ed acquisisce abilità nella comunicazione sulla materia venendo a conoscenza della terminologia inglese in uso; - sa applicare alcuni concetti appresi teoricamente all’analisi di radiosondaggi e cartine meteorologiche.

Contenuti

Il corso è organizzato in 2 moduli il primo sui fondamenti della Meteorologia Sinottica ed il secondo riguardante le basi del trasferimento radiativo in atmosfera. 

Il modulo 1 si articola come segue:

Introduzione alla meteorologia sinottica;

Termodinamica dell'atmosfera:

- Equazione Hypsometrica

- Processi adiabatici e Dry Adiabatic Lapse Rate

- Processi umidi

- Diagrammi termodinamici 

- Stratificazione termica statica: neutrale, stabile e instabile

- Instabilità condizionale e convettiva

- Inibizione convettiva (CIN)

- Convective Available Potential Energy (CAPE)

Dinamica dei sistemi alla scala sinottica:

- I sistemi sinottici

- Equazione del moto in forma vettoriale e in vari sistemi di coordinate

- Equazione di continuità

- Equazione per l'energia

- Analisi di scala delle equazioni del moto

- Analisi di scala dell'equazione di continuità

- Moti verticali

- Equazione per la tendenza di pressione

- Soluzioni delle equazioni per il vento di gradiente; vento inerziale; vento ciclostrofico

- Approssimazione geostrofica

Elementi di sinottica:

- Fronti

- Cicloni

- Mappe meteorologiche e loro interpretazione

 

 

Il modulo 2 si articola come segue:

 

Trasferimento Radiativo in Atmosfera: definizioni base

• Lo spettro elettromagnetico
• Angolo solido del sole
• Radianza e irradianza monocromatica e totale

Il Sole

• Luminosità solare e costante solare
• Solar spectrum
• Variazione naturale dell’irradianza totale solare

Gas serra

• Composizione chimica dell’atmosfera
• Libero cammino medio delle molecole
• L’esosfera e i meccanismi di fuga

Corpo Nero ed equilibrio termodinamico

• Distribuzione di Maxwell Boltzmann
• Derivazione dell’equazione di Planck
• Caratteristiche del Corpo Nero
• Equilibrio termodinamico locale in atmosfera

Assorbimento ed emissione di radiazione in atmosfera

• Legge dell’assorbimento
• Definizione di trasmissività monocromatica
• Misura della radiazione solare dal suolo
• Processi di emissione: equazione di Schwarzschild

Modelli 1-D di bilancio energetico

• Albedo sferico
• Equilibrio radiativo di un pianeta
• Effetto serra
• Immagazzinamento di energia

Processi radiativi

• Equilibrio radiativo in una atmosfera grigia
• Runaway greenhouse
• Sensibilità climatica e processi retroattivi
• Un semplice modello di diffusione

Bilancio energetico globale

• Grafici di Trenberth
• Distribuzione latitudinale media dei flussi radiativi
• Bilancio medio alla superficie

Testi/Bibliografia

Le dispense (in lingua inglese) del docente sono disponibili online.

Le dispense contengono inoltre una bibliografia estensiva.

Atmospheric Science, an introductory survey. John M. Wallace e Peter V. Hobbs, second edition Academic Press 2006

Metodi didattici

Lezioni frontali con utilizzo di materiali multimediali.

Esercitazioni in aula con intervento attivo degli studenti e distribuzione di materiale supplementare.

Esercitazioni più complesse sul clima in condizioni di equilibrio, sulla termodinamica dell'atmosfera e sui sistemi alla scala sinottica sono svolte durante il corso.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica è affidata ad un esame orale unico per i due moduli, consistente in domande libere sugli argomenti del programma.

Strumenti a supporto della didattica

Pc e videoproiettore.

Attività più complesse in aula possono essere svolte su pc o con un notebook personale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Federico Porcù

Consulta il sito web di Tiziano Maestri