55216 - METEOROLOGIA DINAMICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha una conoscenza dei processi dinamici e fisici di base che presiedono alla circolazione generale dell'atmosfera e alla sua variabilità su scale di tempo relativamente brevi. Approfondisce la variabilità associata all'evoluzione dei fenomeni meteorologici e al problema concreto della previsione meteorologica a breve e medio termine. Apprende inoltre i principali argomenti della meteorologia dinamica, riguardanti la circolazione generale e la fenomenologia su scala sinottica e su mesoscala. Analizza le equazioni del moto, le loro proprietà e soluzioni analitiche o numeriche, includendo onde, processi di instabilità, effetti non lineari e principi della modellistica meteorologica. Lo studente approfondisce infine l'apprendimento degli aspetti teorici con l'esame delle proprietà ricavate dall'analisi dei dati osservativi.

Contenuti

Cenni storici essenziali sugli sviluppi principali delle idee e delle metodologie alla base della Meteorologia Dinamica e della previsione meteorologica numerica, deterministica e probabilistica.

Caratteristiche fenomenologiche generali della circolazione atmosferica globale, definita sulla base di "rianalisi" numeriche-modellistiche, e loro interpretazione fisica.

Principali fenomeni della circolazione atmosferica, loro analisi strutturale e spettrale e classificazione sulla base delle diverse scale di moto spazio-temporali. Effetti indotti dal ciclo stagionale. Confronto tra fenomeni quasi-periodici e caotici nella circolazione generale.

Derivazione delle equazioni del moto dell'atmosfera in geometria sferica e relativo scaling.

Trasformazione di coordinate ed equazioni del moto in coordinate isentropiche.

Derivazione del teorema di Ertel e conservazione della vorticità potenziale.

Circolazione e teoremi relativi (Kelvin, Bjerknes); circolazione e  vorticità.

Applicazioni diagnostiche e dinamiche della vorticità potenziale.  Principio di invertibilità della vorticità potenziale.

Dinamica delle onde in atmosfera e identificazione dei modi base in casi semplificati. Onde sonore, di gravità, di Rossby, libere e forzate dall'orografia terrestre e da disomogeneità nelle sorgenti termiche.

Flussi atmosferici su orografia in due e tre dimensioni. Proprietà delle onde orografiche e dei diversi regimi di flusso su orografia.  

Derivazione dell'approssimazione quasi-geostrofica e proprietà di tale sistema di equazioni semplificate. Applicazione alla dinamica delle onde di Rossby. 

Variabilità di bassa frequenza: instabilità e risonanza orografica; "form drag" orografico.  Regimi multipli di circolazione e transizioni tra essi; teleconnessioni.

Riaggiustamento geostrofico nel problema di Rossby.

Variabilità della circolazione atmosferica extra-tropicale. Instabilità baroclina e modello di Eady. Proprietà dei modi baroclini neutrali e instabili.

Esempi ed evoluzione delle perturbazioni barocline delle medie latitudini: cicloni e anticicloni, relativi modelli concettuali e proprietà del loro ciclo vitale. Caratteristiche delle storm tracks e asimmetrie nella circolazione zonale.

Strutture a mesoscala dei cicloni extratropicali: fronti, warm e cold conveyor belt, sistemi precipitanti associati.

Modifiche indotte dall'orografia sulle proprietà dei modi di instabilità baroclina. Effetti dell'orografia sull'evoluzione dei cicloni delle medie latitudini. Ciclogenesi orografica e cicloni del Mediterraneo: fenomenologia e modelli.

Cenni sugli effetti di ampiezza finita e del ciclo dell'acqua sui cicloni extratropicali.

Fronti alla superficie e in quota. Dinamica della frontogenesi in due e tre dimensioni.

Instabilità inerziale e instabilità simmetrica.

Processi di condensazione/evaporazione; cenni sulla dinamica della convezione umida profonda e dei sistemi convettivi alla mesoscala.

Testi/Bibliografia

J. Holton: Introduction to Dynamic Meteorology - 3rd Ed. (Academic Press);

H.B. Bluestein: Synoptic-Dynamic Meteorology in midlatitudes (2 vol., Oxford Univ. Press).

E. Kalnay: Atmospheric modeling, data assimilation and predictability (Cambridge U. Press).

Altri testi di consultazione:

M. Satoh: Atmospheric Circulation Dynamics and General Circulation Models (Springer).

J. Pedloski: Geophysical Fluid Dynamics (Springer-Verlag);

R. A. Houze: Cloud Dynamics (Academic Press).

R.A. Pielke, 2002: Mesoscale Meteorological Modeling. 2nd Edition (Academic Press).

J. E. Martin, 2006: Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course (Wiley).

A. H. Lynch, J. J. Cassano, 2006: Atmospheric Dynamics  (Wiley).

Y.L. Lin, 2007: Mesoscale Dynamics (Cambridge U. Press).

Metodi didattici

Durante le lezioni sono presentate e discusse le problematiche generali e i contenuti dettagliati del programma del corso, con dimostrazioni pratiche in aula che utilizzano dati osservativi, mappe e prodotti di modelli numerici.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di accertamento è costituita  dall'esame finale orale e sarà basata su una serie di domande che tenderanno ad accertare l'apprendimento e la comprensione da parte dello studente degli elementi concettuali, analitici e fenomenologici trattati come argomenti nelle lezioni.

Strumenti a supporto della didattica

Le diapositive con il contenuto delle lezioni (testo in lingua inglese, formule e figure) sono messe a disposizione degli studenti in formato pdf all'indirizzo Internet:  http://www.isac.cnr.it/dinamica/buzzi/lezioni_meteorologia_dinamica/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Buzzi