81828 - FONDAMENTI DI FISICA DELL'ATMOSFERA E METEOROLOGIA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce alcune caratteristiche fondamentali dell'atmosfera media, le equazioni di base della termodinamica dell'aria umida e satura e della dinamica dei fluidi geofisici e conosce alcuni elementi di meteorologia sinottica. E' in grado di applicare le conoscenze di termodinamica atmosferica allo studio della stabilità ed al ruolo delle variazioni di fase del vapore acqueo; le conoscenze di dinamica per interpretare alcuni fenomeni meteorologici tipici, quali i cicloni delle medie latitudini. Inoltre acquisisce abilità nella comunicazione sulla materia, anche venendo a conoscenza della terminologia inglese in uso nella meteorologia e sa consultare la letteratura scientifica.

Programma/Contenuti

Modulo 1: Fisica dell'Atmosfera (24 ore)

Introduzione alla fisica dell’atmosfera ed alla meteorologia (storia, applicazioni trasversali, problemi aperti, opportunità offerte dalla LM FST). Il sistema osservativo per l’atmosfera (misure in situ e da remote sensing)

Media temporale e spaziale di variabili geofisiche scalari e vettoriali. Profilo verticale medio della concentrazione dei costituenti gassosi principali e del peso molecolare medio. Omosfera ed eterosfera: ruolo dei processi di convezione e di diffusione.

Profilo verticale della temperatura media ed introduzione ai fenomeni fisici che la generano. Sezione verticale della temperatura media zonale e della componente ovest-est del vento medio. Cenni sulla circolazione meridiana e cella di Hadley.

La termodinamica applicata all'atmosfera: equazione di stato dell’aria secca e processi adiabatici; proprietà termodinamiche dell’acqua, equazione di stato dell’aria umida. Temperatura potenziale e temperatura potenziale equivalente, adiabatiche umide; stabilità verticale e CAPE. Applicazioni della termodinamica per lo studio della stabilità con l'uso di diagrammi termodinamici (6 ore durante lo sviluppo del corso).

Introduzione ai processi radiativi: i processi di emissione, diffusione ed assorbimento.

Osservare l'atmosfera dallo spazio: tipologie di piattaforme satellitarie e loro orbite. Misure remote da satellite geostazionario: misure di radiazione solare diffusa verso lo spazio e di radiazione emessa dal pianeta.

Modelli semplici di bilanci energetici planetari. Effetto serra.

 

Modulo 2 Dinamica dell'Atmosfera (24 ore)

Scale spaziali e temporali di interesse. Richiami introduttivi alla dinamica dei fluidi (numero di Knudsen, particella d’aria, misure euleriane e lagrangiane, derivata totale).

Equazione di Navier-Stokes, inerzia e forze viscose. Cenni qualitativi sui fenomeni di trasporto. Numero di Reynolds e regimi dei flussi, linearità e non linearità con esempi. L’equazione di continuità in approccio lagrangiano ed euleriano.

Equazioni del moto nel sistema di riferimento rotante. Analisi di scala delle equazioni.

Equilibri semplici: moto inerziale, moto geostrofico senza e con attrito. Esempio di calcolo alle differenze finite.

Vento di gradiente, ruolo del gradiente di pressione nell’evoluzione dei sistemi. Vento ciclostrofico. Numero di Rossby.

Rappresentazione in coordinate isobariche ed isentropiche. Vento termico. Barotropicità e baroclinicità; divergenza orizzontale e moti verticali, applicazione alla circolazione globale.

Fronti: campi di vento, pressione e temperatura all’attraversamento di un fronte. Cenni sulla struttura dei cicloni extra tropicali. Analisi di cartine meteorologiche.

I fronti e i cicloni nelle immagini da satellite: conveyor belt, dry intrusion, warm sector. Gust front, squall line.

Cenni sugli approcci alla previsione meteorologica: tecniche di nowcasting, NWP, assimilazione dati, ensamble forecast. Prodotti globali (ERA-I, NCEP, Globo) e regionali (bolam, moloch)

Il sistema climatico terrestre: definizioni osservazioni e tendenze.

Testi/Bibliografia

Le dispense (in lingua inglese) dei docenti sono disponibili online e contengono una bibliografia estensiva.

Atmospheric Science, An introductory survey. John M. Wallace e Peter V. Hobbs, Second Edition, Academic Press 2006.

Holton, J.R., An Introduction to Dynamic Meteorology (4th Ed.) Elsevier-Academic Press, New York (2004), pp 535.

Metodi didattici

Lezioni frontali con ampio utilizzo di materiali multimediali.

Esercitazioni in aula con intervento attivo degli studenti.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica è affidata ad un esame orale unico per i due moduli, consistente in domande libere sugli argomenti del programma che possono prevedere la risoluzione di esercizi.

Strumenti a supporto della didattica

Pc e videoproiettore.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Rolando Rizzi

Consulta il sito web di Federico Porcù