81754 - CLIMATOLOGY

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Lotta contro il cambiamento climatico

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 2Paolo 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

Nubi e radiazione

  • Proprietà radiative delle nubi

  • Modello di effetto radiativo delle nubi

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