Scheda insegnamento
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Docente Tiziano Maestri
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Moduli Tiziano Maestri (Modulo 1)
Natale Alberto Carrassi (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 Italiano
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Campus di Bologna
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Corso Laurea Magistrale in Physics (cod. 9245)
Valido anche per Laurea Magistrale in Fisica del sistema Terra (cod. 8626) -
Orario delle lezioni (Modulo 1) dal 19/09/2022 al 30/11/2022
Orario delle lezioni (Modulo 2) dal 21/09/2022 al 04/11/2022
SDGs
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Anno Accademico 2022/2023
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 modulo A (28h, formalmente Modulo2) tratta i fondamenti della Meteorologia Sinottica ed il modulo B (24h, formalmente Modulo 1) riguarda le basi del trasferimento radiativo e i bilanci energetici in atmosfera.
Il modulo A (Prof. Carrassi) 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 B (Prof. Maestri) si articola come segue:
1 Radiative transfer in atmosphere: basic definitions
- Thermal and chemical structure of the atmosphere
- Radiatively active gases
- Electromagnetic spectrum
- Sun solid angle
- Monochromatic and total radiance and irradiance
2 The Sun
- Sun luminosity and solar constant
- Solar spectrum
- Natural variation of solar total irradiance
- Insolation
3 Black body and thermodynamic equilibrium
- Maxwell Boltzmann’s distribution
- Derivation of the Planck’s equation
- Features of the black body model
- Local thermodynamic equilibrium in the atmosphere
4 Absorption of radiation in the atmosphere
- The law of absorption
- Monochromatic transmissivity, absorptivity and reflectivity
- Measures of solar radiation from the ground: Smithsonian method
5 Emission of radiation in the atmosphere
- The source function
- The Schwarzschild’s equation
- Brightness temperature
6 Introduction to scattering
- Scattering regimes
- A simple scattering model
7 Measuring trace gases in the atmosphere
- Ozone total column from ground
- Differential absorption spectroscopy
- Scattered light DOAS
8 Energy balance 1-D models
- Radiative heating in the atmosphere
- BDRF and spherical albedo
- Earth emission
- Radiative equilibrium of a planet
9 Greenhouse effect
- Greenhouse parameter
- Radiative equilibrium in a window black/grey atmospheric model
- Greenhouse model and climate sensitivity
10 Radiation and Temperature profile
- Multiple layers window gray model
- Equiibrium temperature profile
- Runaway greenhouse
11 Climate sensitivity and feedbacks
- Climate radiative forcing: external and anthropogenic
- Equilibrium response to radiative forcing (i.e. Volcanic eruption)
- Equilibrium Climate sensitivity
- Feedbacks
12 Radiative time constant
- Dark side temperature
- Adiabatic and radiative lapse rate
13 Energy balance
- Global energy balance and Trenberth plot
- Cloud forcing and feedback
- Latitudinal mean distribution of radiative fluxes
- Mean energy balance at the surface
Testi/Bibliografia
Le dispense dei docenti (in lingua inglese) 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
Gli studenti avranno a loro disposizione:
* Appunti delle lezioni (formato elettronico pdf)
* Articoli scientifici utili all'approfondimento di alcune tematiche
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 Tiziano Maestri
Consulta il sito web di Natale Alberto Carrassi