- Docente: Michele Brunetti
- Crediti formativi: 6
- SSD: FIS/06
- Lingua di insegnamento: Inglese
- Moduli: Paolo Ruggieri (Modulo 1) Michele Brunetti (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
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Corso:
Laurea Magistrale in
Physics (cod. 9245)
Valido anche per Laurea Magistrale in Fisica del sistema Terra (cod. 8626)
Conoscenze e abilità da conseguire
At the end of the course the student: - knows the basics of physical climatology; - knows the main statistical methods used in climate analysis; - can use the results of both numerical global climate simulations and regional climate models for future climate scenarios evaluation: - acquires abilities in communication on the subject and becomes familiar with the English terminology used in climatology; - knows how to use scientific literature.
Contenuti
Il corso è organizzato i due moduli tenuti da due docenti in parallelo (2+2 ore di ciascun modulo alla settimana)
Modulo 1: Prof. Michele Brunetti
Modulo 2: Prof. Paolo Ruggieri
Qui sotto i contenuti del corso per i due moduli:
Modulo 1
Il bilancio energetico globale
- La natura della radiazione elettromagnetica e le leggi fisiche della radiazione
- La legge di Planck di emissione di un corpo nero
- La temperatura di emissione di un pianeta
- L'effetto serra
- Distribuzione dell'insolazione
- Il bilancio energetico globale (radiazione solare entrante, radiazione ad onda lunga uscente, albedo)
Trasferimento di energia in atmosfera e clima
- Assorbimento ed emissione selettive di energia da parte dei gas atmosferici
- La legge di Lambert-Bouguet-Beer
- Rate di assorbimento e rate di riscaldamento
- Equazione di Schwarzchild
- Modello euristico di equilibrio radiativo
- Profili di temperatura in equilibrio radiativo-convettivo
Nubi e radiazione
- Proprietà radiative delle nubi
- Modello di effetto radiativo delle nubi
- Osservazioni del ruolo delle nubi nel bilancio energetico della Terra
Il bilancio energetico in superficie
- Immagazzinamento di calore nella superficie
- Flussi di calore sensibile e latente
- Variazione latitudinale delle componenti del bilancio energetico
Aerosol e clima
- Distribuzione degli aerosol
- Eruzioni vulcaniche e aerosol stratosferici
- Aerosol antropogenici e composti dello zolfo in atmosfera
Il ciclo idrologico
- L'acqua nel sistema clima
- Il ramo terrestre del ciclo idrologico
- Il ramo atmosferico del ciclo idrologico
- Distribuzione latitudinale del bilancio idrologico
- Il concetto di evapotraspirazione
La circolazione generale dell'atmosfera
- Il bilancio energetico dell'atmosfera e la circolazione generale
- La circolazione meridionale media
- Eddies
- Il trasporto meridiano di energia
- Il trasporto meridiano di umidità
- Bilancio del momento angolare
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
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
Le osservazioni della Terra
- L'Anno Internazionale della Geofisica e il sistema di osservazione globale
- Breve storia delle reti di osservazione a terra con focus sulla rete italiana
Dati proxy
- Cosa sono i dati proxy
- Ricostruzioni da documenti stirici
- Il rapporto isotopico delta-O18
- Alcuni esempi di proxies: coralli, palinologia, dendroclimatologia, carote di ghiaccio, sedimenti
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
Analisi alle Componenti Principali/Funzioni Ortogonali Empiriche (PCA/EOF)
- Cos'è la PCA
- Diagonalizzazione della matrice di covarianza (autovalori ed autovettori)
- Matrice di covarianza e di correlazione
- Rotazione VARIMAX
- Alcuni esempi di PCA
Teoria degli eventi estremi
- Aspetti generale della teoria degli eventi estremi
- Teorema dei tipi estremali
- La Generalized Extreme Value (GEV) distribution
- Modelli a soglia e Generalized Pareto Distribution
Modulo 2
Introduzione
- Le componenti del sistema clima
- Bilancio energetico e circolazione
- Media zonale, media temporale e eddies
Leggi di conservazione
- Equazioni primitive ed analisi di scala per l'atmosfera e per l'oceano
- Equazione termodinamica e conservazione del momento angolare
Circolazione tropicale
- Stato osservato dell'atmosfera tropicale
- Teorema di Hide e conservazione del momento angolare
- La cella di Hadley ed il jet sub-tropicale, il modello Held-Hou
Quasi-geostrofia
- Un modello medio-zonale quasi-geostrofico per la media atmosfera
- Transformed Eulerian Mean
- Teorema di Eliassen-Palm , teorema di non-accelerazione e circolazioni eddy-balanced
Gli extra-tropici
- Stato osservato dell'atmosfera extra-tropicale
- Flusso di vortici potenziale, venti di superficie e wind shear
La stratosfera
- Stato osservato della stratosfera e chimica dell'ozono stratosferico
- La circolazione di Brewer-Dobson, il criterio di Charney-Drazin e il Rossby-wave pumping
L'oceano
- Stato osservato dell'oceano
- La circolazione overturning e wind-driven
La criosfera
- Stato osservato della criosfera e proprietà fisiche del ghiaccio
- Il ruolo del ghiaccio nel bilancio energetico e modello di Budyko-Sellers
E Asimmetrie zonali del clima terrestre
- Orografia e onde stazionarie
- Fenomenologia della Walker Circulation e del Monsone
E Eddy-driven jet, storm tracks extra-tropicali
- Il razionale di un eddy-driven jet
- La North Atlantic Oscillation
- Regioni frontali oceaniche
E El Nino Southern Oscillation
- Fenomenologia di ENSO, l'ipotesi di Bjerknes’ ed il Delayed Oscillator Model
- Diagnosticare teleconnessioni
E Overview di variabilità climatica inter-annuale e multi-decadale
Testi/Bibliografia
Dennis L. Hartmann: Global Physical Climatology ; Academic Press
Peixoto and Oort: Physics of Climate; American Institute of Physics; 1st edition (February 1, 1992)
Wilks: Statistical Methods in the Atmospheric Sciences, 3rd Edition (2011)
Metodi didattici
Lezioni frontali
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 Michele Brunetti
Consulta il sito web di Paolo Ruggieri
SDGs
![Lotta contro il cambiamento climatico](https://www.unibo.it/++resource++unibo.didattica/sdg/it/13.jpg?v=2)
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.