81828 - FONDAMENTI DI FISICA DELL'ATMOSFERA E METEOROLOGIA

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

Al termine del corso lo studente conosce alcune caratteristiche fondamentali dell'atmosfera media, le equazioni di base della termodinamica dell'aria umida e satura e della dinamica dei fluidi geofisici e conosce alcuni elementi di meteorologia sinottica. E' in grado di applicare le conoscenze di termodinamica atmosferica allo studio della stabilità ed al ruolo delle variazioni di fase del vapore acqueo; le conoscenze di dinamica per interpretare alcuni fenomeni meteorologici tipici, quali i cicloni delle medie latitudini. Inoltre acquisisce abilità nella comunicazione sulla materia, anche venendo a conoscenza della terminologia inglese in uso nella meteorologia e sa consultare la letteratura scientifica.

Contenuti

Modulo 1:

Scale spaziali e temporali di interesse. Richiami introduttivi alla dinamica dei fluidi (numero di Knudsen, particella d’aria, misure euleriane e lagrangiane, derivata totale).

Equazione di Navier-Stokes, inerzia e forze viscose. Cenni qualitativi sui fenomeni di trasporto. Numero di Reynolds e regimi dei flussi, linearità e non linearità con esempi. L’equazione di continuità in approccio lagrangiano ed euleriano.

Equazioni del moto nel sistema di riferimento rotante. Analisi di scala delle equazioni.

Equilibri semplici: moto inerziale, moto geostrofico senza e con attrito. Esempio di calcolo alle differenze finite.

Vento di gradiente, ruolo del gradiente di pressione nell’evoluzione dei sistemi. Vento ciclostrofico. Numero di Rossby.

Rappresentazione in coordinate isobariche ed isentropiche. Vento termico. Barotropicità e baroclinicità; divergenza orizzontale e moti verticali, applicazione alla circolazione globale.

Fronti: campi di vento, pressione e temperatura all’attraversamento di un fronte. Cenni sulla struttura dei cicloni extra tropicali. Analisi di cartine meteorologiche.

I fronti e i cicloni nelle immagini da satellite: conveyor belt, dry intrusion, warm sector. Gust front, squall line.

Cenni sugli approcci alla previsione meteorologica: tecniche di nowcasting, NWP, assimilazione dati, ensamble forecast. Prodotti globali (ERA-I, NCEP, Globo) e regionali (bolam, moloch)

Modulo 2:

Introduzione alla fisica dell’atmosfera ed alla meteorologia (storia, applicazioni trasversali, problemi aperti, opportunità). Il sistema osservativo per l’atmosfera (misure in situ e da remote sensing). Media temporale e spaziale di variabili geofisiche scalari e vettoriali. Profilo verticale medio della concentrazione dei costituenti gassosi principali e del peso molecolare medio. Profilo verticale della temperatura media ed introduzione ai fenomeni fisici che la generano. Sezione verticale della temperatura media zonale e della componente ovest-est del vento medio.

Equazione di stato dell’aria secca e processi adiabatici; proprietà termodinamiche dell’acqua, equazione di stato dell’aria umida. Temperatura potenziale e temperatura potenziale equivalente, adiabatiche umide; stabilità verticale e CAPE. Applicazioni della termodinamica per lo studio della stabilità con l'uso di diagrammi termodinamici.

Introduzione ai processi radiativi: i processi di emissione, diffusione ed assorbimento.

Teorie della circolazione generale dell’atmosfera. Modelli semplici di bilanci energetici planetari. Il sistema climatico terrestre: definizioni e osservazioni.

Testi/Bibliografia

Le dispense dei docenti sono disponibili online e contengono una bibliografia estensiva.

Atmospheric Science, An introductory survey. John M. Wallace e Peter V. Hobbs, Second Edition, Academic Press 2006.

Holton, J.R., An Introduction to Dynamic Meteorology (4th Ed.) Elsevier-Academic Press, New York (2004), pp 535.

Visconti, Guido. Fundamentals of Physics and Chemistry of the Atmosphere. Berlin: Springer, 2001.https://www.springer.com/gp/book/9783319294476

Metodi didattici

Lezioni frontali con utilizzo di materiali multimediali.

Esercitazioni in aula con intervento attivo degli studenti.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica è affidata ad un esame orale unico per i due moduli con lo scopo di verificare la capacità dello studente di applicare il proprio bagaglio nozionistico e di eseguire i necessari collegamenti logico-deduttivi. Verranno poste, per ogni modulo, una domanda più tecnica ed una più discorsiva, che peseranno ugualmente sul voto finale.


Gradazione del voto finale:


Preparazione su un numero limitato di argomenti affrontati nel corso e capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente esecutive, espressione in linguaggio corretto → 18-24;
Preparazione su un numero ampio di argomenti affrontati nel corso, capacità di compiere scelte autonome di analisi critica, padronanza della terminologia specifica → 25-29;
Preparazione completa sugli argomenti affrontati nel corso, capacità di compiere scelte autonome di analisi critica e di collegamento, piena padronanza della terminologia specifica e capacità di argomentazione → 30-30L

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Federico Porcù

Consulta il sito web di Laura Sandra Leo