99081 - TRASFERIMENTO RADIATIVO: TEORIA E MODELLISTICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente: - conosce i principali processi fisici di interazione fra radiazione elettromagnetica solare e terrestre con la materia costituente l’atmosfera e la superficie - conosce le leggi fondamentali che governano il trasferimento della radiazione elettromagnetica in presenza di processi di assorbimento, di diffusione ed emissione sia in condizioni di cielo sereno, che in presenza di particolato e nubi ed è in grado di costruire semplici modelli di trasferimento radiativo - conosce alcune approssimazioni della teoria generale del trasferimento radiativo in atmosfera e la loro modellazione numerica; - conosce la problematica dei metodi inversi e le metodologie di base; - è in grado di interpretare dati satellitari multispettrali (dal visibile all’infrarosso) di elevata complessità ed estrarre da essi le informazioni di base; - utilizza testi e appunti di lezione scritti in lingua inglese ed è abile nella comunicazione sulla materia conoscendo la terminologia inglese in uso.

Contenuti

1. Introduction, basic definitions

• Summary of the RT basics
• Radiometry and Photometry

2. Spectroscopy for atmospheric observations

• Molecular energy levels
• Electric dipole
• Rotational transitions
• Vibrational transitions
• Line Shapes
  
• Modelling: from the HITRAN database to layer optical depth

3.Thermodynamic equilibrium

• LTE e NLTE
• Curve of Growth
• Schwarzschild’s equation
• Complex refractive index
• Modelling: infrared upwelling radiances in clear sky

4. Absorption of shortwave Radiation

• Absorption processes in UV and visible
• The Ozone layer and the Chapman model
• Heating rates
• Modelling: downwelling solar irradiance absorption

5. Introduction to scattering

• Overview of scattering processes
• Rayleigh scattering
• Airlight
• Modelling: molecular scattering

6. RT equation and Scattering

• RT equation in a multiple scattering environment
• The Mie solution
• Stokes parameters

7. Cloud properties

• Single scattering properties of single particles
• Particle size distributions
• Bulk properties
• Modelling: parametrization of cloud and aerosols optical properties

8. Reflectance from surface and thin clouds

• Reflectance and transmission function
• BDRF
• Albedo
• Single scattering approximation
  

9. Polarization and Radar-lidar equation

• Light polarization
• Active sensors
• Depolarization
• Modelling: cloud base height from lidar backscatter data

10. Longwave RT in clear sky

• IR absorption and weighting functions
• LbL computations
• Modelling: from monochromatic layer optical depth to band transmittances

11. Cooling rates

• LW cooling rates
• Cooling rates in presence of clouds

12. Inversion methods

• Direct linear inversion
• Optimal estimation
• Modelling: inversion of temperature profile

13. General RT equation

• General form of the RT equation
• Azimuth decomposition
• Legendre polynomial

14. Advanced topics in RT modelling

• Two-stream approximation
• Similarity principle and 𝛿-function approximation
• Scaling methods
• Modelling: scaling methods for fast radiative transfer in presence of clouds

15. Satellite data analysis techniques

• Introduction to weather satellites and missions
• Detection of essential climate variables
• Water vapor from sw data
• Sea and land surface temperature

Testi/Bibliografia

* T. Maestri, lectures notes on radiative transfer and remote sensing

* K.N.Liou: An introduction to atmospheric radiation. Academic Press

* K.N.Liou: Radiation and cloud processes in the atmosphere. Oxford University Press

Metodi didattici

Il docente svolgerà i 6 cfu di lezioni frontali con ausilio di proiettore e/o alla lavagna.

Per quasi tutti gli argomenti la teoria sarà seguita da esercizi che verranno svolti in classe o suggeriti come compito a casa. Durante il corso affronteremo il problema dell’implementazione in algoritmi (utilizzando il linguaggio MATLAB) per la risoluzione numerica dei problemi trattati.

Si utilizzeranno eventualmente alcuni dati satellitari per l'analisi di misure di telerilevamento da satellite.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avverrà attraverso una prova orale atta a valutare il raggiungimento degli obiettivi principali del corso:

* la comprensione delle leggi fondamentali che regolano il trasporto radiativo in atmosfera

* l’abilità di implementare codici per la risoluzione dei problemi proposti

* la capacità di interpretare dati e prodotti derivati da misure da satellite riguardanti la superficie e l'atmosfera

La prova copre l'intero programma svolto. Lo studente ha la possibilità di iniziare il test tramite la presentazione di un breve elaborato scritto riguardante un argomento specifico a scelta sulla modellizazione numerica del trasferimento radiativo.

La prova avrà durata di circa 1 ora e prevede un voto in trentesimi.

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

* Applicativi software per la risoluzione di specifici problemi in linguaggio MATLAB

* Bibliografia e referenze

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Tiziano Maestri