Scheda insegnamento
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Docente Michele Brunetti
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Moduli Michele Brunetti (Modulo 1)
Paolo Ruggieri (Modulo 2)
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Crediti formativi 6
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SSD FIS/06
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Modalità didattica Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1)
Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
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Lingua di insegnamento Inglese
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Campus di Bologna
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Corso Laurea Magistrale in Fisica del sistema Terra (cod. 8626)
Valido anche per Laurea Magistrale in Physics (cod. 9245)
SDGs
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Anno Accademico 2020/2021
Conoscenze e abilità da conseguire
Dopo aver completato con successo questo corso, lo studente: - conosce le basi della climatologia fisica; - conosce i principali metodi statistici utilizzati nello studio del clima; - sa utilizzare i risultati delle simulazioni numeriche provenienti da modelli climatici a scala globale e regionale per la valutazione degli scenari climatici futuri; - acquisisce abilità nella comunicazione della materia e acquisisce familiarità con la terminologia utilizzata in climatologia; - sa usare la letteratura scientifica.
Contenuti
Il corso è organizzato i due moduli tenuti da due docenti in parallelo (2+2 ore di ciascun modulo alla settimana)
Modulo 1: Prof. Michele Brunetti
Modulo 2: Prof. Paolo Ruggieri
Qui sotto i contenuti del corso per i due moduli:
Modulo 1
Il bilancio energetico globale
- La natura della radiazione elettromagnetica e le leggi fisiche della radiazione
- La legge di Planck di emissione di un corpo nero
- La temperatura di emissione di un pianeta
- L'effetto serra
- Distribuzione dell'insolazione
- Il bilancio energetico globale (radiazione solare entrante, radiazione ad onda lunga uscente, albedo)
Trasferimento di energia in atmosfera e clima
- Assorbimento ed emissione selettive di energia da parte dei gas atmosferici
- La legge di Lambert-Bouguet-Beer
- Rate di assorbimento e rate di riscaldamento
- Equazione di Schwarzchild
- Modello euristico di equilibrio radiativo
- Profili di temperatura in equilibrio radiativo-convettivo
Nubi e radiazione
- Proprietà radiative delle nubi
- Modello di effetto radiativo delle nubi
- Osservazioni del ruolo delle nubi nel bilancio energetico della Terra
Il bilancio energetico in superficie
- Immagazzinamento di calore nella superficie
- Flussi di calore sensibile e latente
- Variazione latitudinale delle componenti del bilancio energetico
Aerosol e clima
- Distribuzione degli aerosol
- Eruzioni vulcaniche e aerosol stratosferici
- Aerosol antropogenici e composti dello zolfo in atmosfera
Il ciclo idrologico
- L'acqua nel sistema clima
- Il ramo terrestre del ciclo idrologico
- Il ramo atmosferico del ciclo idrologico
- Distribuzione latitudinale del bilancio idrologico
- Il concetto di evapotraspirazione
La circolazione generale dell'atmosfera
- Il bilancio energetico dell'atmosfera e la circolazione generale
- La circolazione meridionale media
- Eddies
- Il trasporto meridiano di energia
- Il trasporto meridiano di umidità
- Bilancio del momento angolare
La teoria dei parametri orbitali ed ere glaciali e interglaciali
- Cenni storici
- Eccentricità e distanza Sole-Terra
- Inclinazione dell'asse di rotazione ed insolazione
- Variazione dell'insolazione media annuale
- Evoluzione dei parametri orbitali
- Come verificare la teoria
- La transizione del medio pleistocene
Cicli Geochimici
- L'evoluzione dell'atmosfera primordiale
- Il ciclo dell'azoto
- Il ciclo dell'ossigeno
- il ciclo del carbonio
- rate di accumulo e rimozione di gas in atmosfera
Le osservazioni della Terra
- L'Anno Internazionale della Geofisica e il sistema di osservazione globale
- Breve storia delle reti di osservazione a terra con focus sulla rete italiana
Dati proxy
- Cosa sono i dati proxy
- Ricostruzioni da documenti stirici
- Il rapporto isotopico delta-O18
- Alcuni esempi di proxies: coralli, palinologia, dendroclimatologia, carote di ghiaccio, sedimenti
Il problema della qualità dei dati in climatologia
- L'importanza della qualità dei dati in climatologia
- L'esempio delle stazioni da tradizionali di osservazioni in superficie
- Sorgenti di errori nei dati (cambiamenti strumentali, riposizionamento degli strumenti e della stazione, schermatura della radiazione solare, cambiamenti in situ, cambiamenti nelle regole di osservazione)
- I metadati
- Alcune tecniche di omogeneizzazione
Analisi alle Componenti Principali/Funzioni Ortogonali Empiriche (PCA/EOF)
- Cos'è la PCA
- Diagonalizzazione della matrice di covarianza (autovalori ed autovettori)
- Matrice di covarianza e di correlazione
- Rotazione VARIMAX
- Alcuni esempi di PCA
Teoria degli eventi estremi
- Aspetti generale della teoria degli eventi estremi
- Teorema dei tipi estremali
- La Generalized Extreme Value (GEV) distribution
- Modelli a soglia e Generalized Pareto Distribution
Modulo 2
Introduzione
- Le componenti del sistema clima
- Bilancio energetico e circolazione
- Media zonale, media temporale e eddies
Leggi di conservazione
- Equazioni primitive ed analisi di scala per l'atmosfera e per l'oceano
- Equazione termodinamica e conservazione del momento angolare
Circolazione tropicale
- Stato osservato dell'atmosfera tropicale
- Teorema di Hide e conservazione del momento angolare
- La cella di Hadley ed il jet sub-tropicale, il modello Held-Hou
Quasi-geostrofia
- Un modello medio-zonale quasi-geostrofico per la media atmosfera
- Transformed Eulerian Mean
- Teorema di Eliassen-Palm , teorema di non-accelerazione e circolazioni eddy-balanced
Gli extra-tropici
- Stato osservato dell'atmosfera extra-tropicale
- Flusso di vortici potenziale, venti di superficie e wind shear
La stratosfera
- Stato osservato della stratosfera e chimica dell'ozono stratosferico
- La circolazione di Brewer-Dobson, il criterio di Charney-Drazin e il Rossby-wave pumping
L'oceano
- Stato osservato dell'oceano
- La circolazione overturning e wind-driven
La criosfera
- Stato osservato della criosfera e proprietà fisiche del ghiaccio
- Il ruolo del ghiaccio nel bilancio energetico e modello di Budyko-Sellers
E Asimmetrie zonali del clima terrestre
- Orografia e onde stazionarie
- Fenomenologia della Walker Circulation e del Monsone
E Eddy-driven jet, storm tracks extra-tropicali
- Il razionale di un eddy-driven jet
- La North Atlantic Oscillation
- Regioni frontali oceaniche
E El Nino Southern Oscillation
- Fenomenologia di ENSO, l'ipotesi di Bjerknes’ ed il Delayed Oscillator Model
- Diagnosticare teleconnessioni
E Overview di variabilità climatica inter-annuale e multi-decadale
Testi/Bibliografia
Dennis L. Hartmann: Global Physical Climatology ; Academic Press
Peixoto and Oort: Physics of Climate; American Institute of Physics; 1st edition (February 1, 1992)
Wilks: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, 3rd Edition (2011)
Metodi didattici
Lezioni frontali
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
L'esame finale è volto a verificare la comprensione di tutti gli aspetti fenomenologici, matematici/statistici degli argomenti trattati nei due moduli.
L'esame finale consiste in un esame orale durante il quale vengono poste allo studente tre domande su argomenti scelti tra i due moduli.
L'esame dura mediamente 50 minuti.
Strumenti a supporto della didattica
PC e proiettore
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Michele Brunetti
Consulta il sito web di Paolo Ruggieri