81754 - CLIMATOLOGY

Anno Accademico 2021/2022

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: Erika Brattich

Modulo 2: Paolo Ruggieri

 

Modulo 1

Feedback e sensibilità climatica

• Sensibilità climatica e feedback climatico: definizioni e derivazione matematica

• Meccanismi di feedback

• Esempi di feedback climatico

• Calcoli di F e S dovuti a: variazione di S0 dell'1%; variazione dell'1% nell'albedo planetaria; variazioni dell'1% del parametro serra; feedback di Stefan Boltzmann; feedback del vapore acqueo; feedback delle nubi; feedback dell’albedo del ghiaccio

Modelli climatici di bilancio energetico

• Modello zero dimensionale di bilancio energetico

• Modello uni-dimensionale di bilancio energetico

• Modelli zero dimensionali a due strati

• Feedback biogeochimico: modello Daisy-world

Aerosol e clima

• Distribuzione degli aerosol

• Eruzioni vulcaniche e aerosol stratosferici

• Aerosol antropogenici e composti dello zolfo in atmosfera

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

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

Forcing radiativi IPCC

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

Statistica in climatologia

• Review di concetti di probabilità di base

• Test di ipotesi: elementi di un test di ipotesi, livelli del test e valori p di significatività, test a una o due code, intervalli di confidenza, t-test, tipi di errore

• Test di ipotesi parametrici e non-parametrici

• Analisi delle Componenti Principali/Empirical Orthogonal Functions (PCA/EOF)

• Teoria degli eventi estremi

 

Modulo 2

Bilancio energetico globale

• Fenomenologia della radiazione in atmosfera terrestre

• La temperatura di emissione di un pianeta e l'effetto serra

• Equilibrio radiativo-convettivo

• Il bilancio energetico in superficie

Il ciclo idrologico

• Ramo terrestre e ramo atmosferico del ciclo idrologico

• Il concetto di evapotraspirazione

Leggi di conservazione e circolazione generale

• Equazioni primitive per l'atmosfera e per l'oceano

• Conservazione del momento angolare,
  trasporto di energia e di momento angolare

La circolazione generale dell'atmosfera: I tropici

• Osservazioni

• Modello di Held-Hou e teorema di Hide ed esercizi

• Clima tropicale e sub-tropicale
  

La circolazione generale dell'atmosfera: gli extra-tropici

• Osservazioni

• Bilanci della circolazione extra-tropicale ed esercizi

• Il clima degli extra-tropici

La stratosfera terrestre

• Osservazioni della stratosfera

• La circolazione di Brewer-Dobson, il buco dell’ozono
  

L’oceano

• Il ruolo dell'oceano nel clima

• La circolazione oceanica
  

Variabilità del clima

• El Nino Southern Oscillation ed esercizi

• North Atlantic Oscillation ed esercizi

• Cambiamento climatico

Testi/Bibliografia

Dispense

Dennis L. Hartmann: Global Physical Climatology ; Academic Press,  (2015). 2nd edition, ISBN: 978-0123285317

Introduction to Circulating atmospheres, Ian James Cambridge University Press (1994) 

Wilks D. S.: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, 3rd Edition (2011)

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula 

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 Paolo Ruggieri

Consulta il sito web di Erika Brattich