70547 - LABORATORIO DI FISICA DELL'ATMOSFERA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce approfonditamente le tecniche sperimentali utilizzate per la misura 'in-situ' delle principali variabili atmosferiche. Vengono considerati sia strumenti convenzionali per la meteorologia operativa, che strumenti per la ricerca in fisica dell’atmosfera. Lo studente conosce i principi fisici, i vantaggi e i limiti di ciascun approccio, pertanto, ove più tecniche possono essere impiegate per la misura di uno stesso parametro atmosferico, lo studente possiede la capacità critica necessaria per selezionare il metodo di indagine più idoneo in base alla situazione sperimentale contingente. E’ inoltre capace di intercomparare e validare misure da diversi strumenti ed è in grado di progettare semplici campagne di misura, in laboratorio o sul campo. Le esperienze proposte consentono allo studente sia di approfondire tecniche di analisi dati che di interagire direttamente con gli strumenti.

Contenuti

Il laboratorio fornisce una formazione integrata, teorica e sperimentale, sulle misure fisiche in atmosfera, con attenzione sia agli aspetti strumentali che all'analisi dei dati osservativi. L’insegnamento è articolato in due moduli, ciascuno dei quali prevede una parte di lezioni frontali e una parte applicativa basata su esperienze pratiche in laboratorio e attività sul campo.

Modulo 1:

Principio di funzionamento, risposta statica e dinamica e metodi di calibrazione degli strumenti convenzionali per misure atmosferiche; standards WMO.

Misura al suolo delle principali variabili meteorologiche (pressione, temperatura, umidità, radiazione solare, intensità delle precipitazioni, direzione e intensità del vento) mediante strumentazione convenzionale e di ricerca, con valutazione critica delle caratteristiche prestazionali della strumentazione impiegata in termini di incertezza, risoluzione temporale, robustezza, sostenibilità economica e adeguatezza al contesto osservativo. Cenni alle potenzialità del telerilevamento.

Linee guida della World Meteorological Organization (WMO) per l’installazione e l’esposizione delle stazioni meteorologiche al suolo.

Procedure per la validazione e trattamento dei dati atmosferici (visualizzazione, statistiche descrittive, verifica di qualità, controlli di consistenza e gestione degli errori sistematici.).

Sviluppo di semplici routine di analisi ed elaborazione dati con strumenti informatici.

Modulo 2:

Proprietà di base dell’aerosol e misura della dimensione di una particella. Distribuzione dimensionale dell’aerosol, principali mode e loro sorgenti e pozzi. Metodo dei momenti per l'analisi di distribuzioni e sua applicazione nelle analisi dell’aerosol atmosferico.

Cenni allo scattering della luce da parte delle particelle di aerosol.

Tecniche di misura, principi di funzionamento, limiti ed efficienza degli strumenti di misura dell’aerosol atmosferico: impattori, cicloni, contatori ottici di particelle.

Confronto di dati di aerosol atmosferico ricavati da diversi algoritmi strumentali ed in diversi quartieri in ambiente urbano reale.

Sviluppo di routine per le analisi dati di aerosol atmosferico raccolti da un contatore ottico di particelle portatile.

Principi di termografia e sua applicazione in campo atmosferico. Utilizzo della termocamera per applicazioni atmosferiche. Sviluppo di semplici routine per l’analisi delle immagini e dei dati raccolti da una termocamera.

Esperienze di laboratorio proposte:

1.validazione e analisi dei dati meteorologici da stazioni automatiche e da reti di osservazione regionali e/o globali (es. ARPAE, reti WMO).[Modulo 1]

2. acquisizione e analisi di un dataset tridimensionale di vento tramite anemometro sonico tridimensionale. [Modulo 1]

3. acquisizione e analisi di un dataset tramite contatore ottico di particelle. [Modulo 2]

4. acquisizione e analisi di un dataset tramite termocamera. [Modulo 2]

Testi/Bibliografia

Materiale necessario alla preparazione dell’esame:

Appunti/slides forniti dal docente durante il corso, disponibili sulla piattaforma online Virtuale.

Testi consigliati per approfondimento:

• F.V. Brock, S.J. Richardson, “Meteorological measurement systems.” Oxford University Press, PP.290, 2001.
• WMO-No. 8: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation
• WMO-No. 100: Guide to Climatological Practices

  WMO-No. 485: Guide to the Global Observing System (GOS)

• W. Hinds, “Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles.”, John Wiley & Sons, pp.504, 1999

Approfondimenti:
Capitoli selezionati dai testi sopra elencati e articoli scientifici di riferimento potranno essere indicati dal docente durante il corso per l’approfondimento di specifici argomenti trattati.

Metodi didattici

Per entrambi i moduli, i contenuti teorici del corso saranno presentati attraverso lezioni frontali, supportate da slide PowerPoint e approfondimenti alla lavagna.

Le attività pratiche, svolte in laboratorio e sul campo per entrambi i moduli, saranno condotte in gruppi di 2 o 3 studenti.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning e la partecipazione al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame copre i contenuti di entrambi i moduli e si compone di due parti:

1. Relazioni sulle esperienze di laboratorio: Gli studenti sono organizzati in gruppi di due o tre persone. Per ciascuna esperienza svolta, ogni gruppo dovrà redigere una relazione, da consegnare entro due settimane dallo svolgimento. Le relazioni saranno valutate dal docente. La media dei voti delle relazioni contribuirà al 50% del voto finale.
   
   
2. Prova orale individuale: La prova orale, della durata di circa 30-40 minuti, consiste in due domande principali: discussione critica di dati, elaborati o risultati ottenuti durante le esperienze di laboratorio; approfondimento sugli argomenti teorici trattati a lezione. La prova orale contribuisce per il 50% del voto finale.

Il voto finale dell’esame sarà espresso in trentesimi, come media aritmetica tra il voto delle relazioni (50%) e la prova orale (50%).

 

Criteri di attribuzione del punteggio (relazioni e prova orale)

• Comprensione limitata degli argomenti o dei dati trattati, con analisi solo parzialmente autonome e sviluppate con l’aiuto del docente. Espressione corretta ma semplificata. Relazioni essenziali e poco approfondite. → 18-19;
• Conoscenza adeguata di un insieme limitato di argomenti. Analisi autonoma corretta, anche se limitata ad aspetti esecutivi. Linguaggio appropriato. Relazioni strutturate ma non sempre esaustive. → 20-24;
• Conoscenza approfondita di un ampio numero di argomenti, capacità autonoma di analisi critica, collegamenti teorico-pratici, uso corretto della terminologia. Relazioni complete e ben articolate, con buona interpretazione dei risultati. → 25-29;
• Padronanza completa degli argomenti, capacità di analisi critica, sintesi e collegamento tra concetti teorici e pratici. Argomentazione rigorosa, autonoma e ben motivata. Linguaggio tecnico preciso e fluente. Relazioni eccellenti per chiarezza, rigore scientifico e approfondimento. → 30-30L;

 

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it ): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Per entrambi i moduli, il docente svolgerà le lezioni frontali con ausilio di video-proiettore e lavagna.

Durante le attività pratiche gli studenti avranno a disposizione:

• PC con ambiente Windows e applicativi software per elaborazione dati
• svariati sensori installati in laboratorio e/o in esterno presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia, quali stazioni meteo DAVIS, anemometro sonico con sistema di acquisizione Campbell Scientific, contatori ottici di particelle, termocamera.
• Datasets acquisiti mediante strumenti atmosferici allo stato dell'arte, normalmente utilizzati per attività di ricerca e di tipo low-cost.
• Bibliografia e referenze utili per lo svolgimento delle attività pratiche

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Laura Sandra Leo

Consulta il sito web di Erika Brattich