58357 - 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: - applica la conoscenza dell'elettromagnetismo e della fisica quantistica ai processi di assorbimento e di emissione della radiazione da parte di solidi e gas; - 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 le leggi di conservazione alla base della dinamica e della termodinamica dell'atmosfera e le principali forme di instabilità; - conosce le caratteristiche e le proprietà delle onde di gravità, barocline e delle onde di Rossby; - conosce le principali tipologie dei modelli numerici di previsione del tempo e le problematiche relative alle parametrizzazioni utilizzate; - utilizza le conoscenze acquisite per interpretare dati misurati da sensori per lo studio dell'atmosfera e per interpretare i prodotti dei modelli di previsione allo scopo di prevedere il tempo; - 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; - sviluppa modelli semplici (termodinamica, effetto serra) durante le esercitazioni; - predispone una relazione al termine delle esercitazioni e la espone durante la prova finale.

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