Syllabus del corso
Obiettivi
Conoscenza e capacità di comprensione dei processi atmosferici, delle leggi fisiche che li regolano e della loro influenza sull'ambiente. Capacità di riconoscere e interpretare le mappe meteo.
Capacità di applicare le conoscenze acquisite, valutando situazioni reali (in ambito ambientale) alla luce di quanto appreso a lezione. In particolare capacità di valutare l'evoluzione della situazione meteo analizzando le apposite mappe e, sulla base della previsione ottenuta, valutare l'impatto delle condizioni atmosferiche su diversi parametri ambientali (tra gli altri: concentrazioni inquinanti, confort psico-fisico, stress idrogeologico).
Raggiungimento di una soddisfacente autonomia di giudizio e di un'adeguata capacità di comunicare quanto appreso ed elaborato; l'obiettivo viene perseguito anche incoraggiando lo scambio di opinioni con l'insegnante e gli altri studenti.
Contenuti sintetici
Struttura e circolazione generale della atmosfera, dinamica e termodinamica dell’atmosfera, radiazione solare e terrestre, fisica della nubi, lettura delle mappe del tempo.
Programma esteso
1. Caratteristiche generali dell'atmosfera
1.1.Genesi dell’atmosfera, importanza dell’atmosfera,
composizione della atmosfera, Il ruolo del vapore
acqueo nell'atmosfera. 1.2. Struttura verticale
Troposfera e sua importanza sulla Biosfera, Stratosfera, polveri vulcaniche in stratosfera ed effetti sul clima, Mesosfera, Esosfera, Planetary Boundary Layer,
1.3. Strati caratteristici
Ozonosfera e Buco di Ozono, Ionosfera,
Elettrosfera e genesi dei fulmini.
1.4. Space Weather
Le emissioni del sole verso la terra, i raggi
cosmici e influenza possibile sul Global Warming,
il vento solare, Magnetosfera, le Fasce di Van
Allen, Aurore boreali, gli sprites, l’aumento dell’attività del sole in rapporto al Global Warming, effetti del vento solare e delle tempeste magnetiche sui viaggi spaziali, sulla biosfera e sugli apparati informatici
1.5. La circolazione generale dell'atmosfera
Modello di Hadley, modello a tre celle,la
distribuzione del campo barico e del vento al
suolo a scala planetaria e stagionale,circolazione
meridiana, circolazione zonale, le correnti
occidentali, le onde di Rossby, le cause delle onde
di Rossby, le correnti a getto polare e
subtropicale, le masse d'aria, il fronte polare,
genesi dei cicloni extratropicali, ruolo della
corrente a getto polare nella genesi dei cicloni
extratropicali, fronte freddo, fronte caldo, fronte
occluso.
1.6 Le teleconnessioni atmosferiche a scala planetaria Le teleconnessioni nel campo barico: ENSO ( El Niño Southern Oscillation ), la SO, la circolazione di Walker e Warm Pool, AO (Artic Oscillation), NAO (North Atlantic Oscillation). L’Oscillazione dei venti equatoriali QBO (Quasi Biennal Oscillation) Influenza delle teleconnessioni sul clima del pianeta e in particolare su quello dell’Italia
2. La radiazione
La radiazione, leggi del corpo nero, radiazione
solare e terrestre, albedo, controradiazione ed
effetto serra, bilanci radiativi ed energetici
3. La pressione atmosferica
Definizione, misura, variazioni periodiche e
accidentali, la densità dell’aria, il concetto di
geopotenziale, rappresentazione topografica delle
superfici isobariche, variazione della pressione
con l’altezza, la riduzione della pressione al livello
del mare, le isobare e le mappe della pressione al
livello del mare, principali configurazioni bariche
sulle mappe delle isobare e sulle topografie
assolute.
4. Termodinamica dell'aria secca
Equazione di stato per l'aria secca, la densità
dell'aria, Equazione della idrostatica, il concetto di
altezza geopotenziale, equazione degli spessori e
applicazioni. Il primo principio della
Termodinamica,trasformazioni adiabatiche per
l'aria secca, la temperatura potenziale,la stabilità
della atmosfera, stabilità e temperatura
potenziale, stabilità e inversioni termiche, tipi di
inversioni termiche,andamento diurno della
stabilià, moti convettivi e stabilità, altezza di
rimescolamento.
5. Termodinamica dell'aria umida
La pressione del vapore acqueo, grandezze
igrometriche fondamentali (rapporto di
mescolanza, umidità specifica, umidità relativa,
temperatura di rugiada, temperatura di bulbo
bagnato, l'igrometro a capelli e lo psicrometro,
umidità e confort fisiologico, calore latente di
condensazione, trasformazioni adiabatiche per
aria satura, la temperatura pseudopotenziale,
instabilità condizionale e convettiva, Stau e Föhn,
i diagrammi termodinamici più comuni, stima di
alcune grandezza e della stabilità dai diagrammi
termodinamici.
6. Dinamica dell'atmosfera - Nozioni generali
Scala dei moti atmosferici, scala spazio-
temporale della turbolenza, densità spazio-
temporale delle osservazioni a scala sinottica,
analisi di scala delle velocità verticali,
dell'accelerazione orizzontale e verticale,
gradienti, operazioni con vettori, variazioni
individuali e locali, le avvezioni, le forze agenti
sull'atmosfera (forza di gradiente, forza di
Coriolis, forza di attrito viscoso, forza di gravità).
7. Dinamica dell'atmosfera- Le equazioni del moto L'equazione generale del moto, le equazioni del moto orizzontale, il vento geostrofico, calcolo del vento geostrofico dalla mappe del campo barico a livello costante ( isobare ) e a pressione costante (isoipse), Il vento di gradiente,l'equazione del moto verticale e l'approssimazione idrostatica, il vento termico e sue applicazioni (interazione del campo termico con il campo barico, genesi delle correnti a getto, cicloni e anticicloni di tipo termico o dinamico e loro struttura verticale ).
8. La Turbolenza nell’atmosfera
Definizione di turbolenza, turbolenza di origine
meccanica ( da ostacoli o da wind shear),
termica, orografica; la turbolenza nel PBL e SL; la
spirale di Ekman; lo shearing stress e la forza di
attrito; andamento del vento con la quota nel PBL
e SL; la legge logaritmica del vento nel SL; la
diffusività turbolenta.
9. Il clima urbano.
10. I modelli fisico-matematici e le previsioni del tempo.
Prerequisiti
Nessuno.
Modalità didattica
Lezioni frontali, 5 cfu - 40 ore
Esercitazioni, 1 cfu - 10 ore
Le lezioni vengono svolte in aula con l'ausilio di materiale multimediale (slides e video).
Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno completamente da remoto asincrono con alcuni eventi in presenza fisica.
Materiale didattico
1. Manuale di Meteorologia – Centro Epson Meteo –
Ed. AlphaTest
2. An introduction to dynamic meteorology-
J.R.Holton – Academic Press. Inc
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Verifica delle conoscenze di base della Fisica dell'Atmosfera: caratteristiche generali dell'atmosfera, dinamica dell'atmosfera, termodinamica dell'atmosfera e microfisica delle nubi. Vengono valutati sia le conoscenze acquisite sia la capacità di rielaborare tali conoscenze per trovare soluzione a quesiti inerenti la materia.
Modalità dell'esame: prova orale
Valutazione dell'esame: voto in trentesimi (18-30/30).
Orario di ricevimento
Contattare via email.
Aims
Knowledge and understanding of atmospheric processes and their influence on the environment.
Ability to apply the acquired knowledge.
Autonomy and ability to communicate what has been learned and processed.
Contents
Atmospheric structure and general circulation, dynamic and thermodynamic laws, radiation, balancing and energy, transfer processes in atmosphere, cloud physics, weather charts description.
Detailed program
General environmental characteristics
1.1. Genesis of the atmosphere, the importance of the
atmosphere, the composition of the atmosphere, greenhouse gases, reactive gases, aerosols, clean air, air pollution, urban pollution. The role of water vapor in atmosphere.
1.2. Vertical structure Troposphere and its importance on the Biosphere, the Stratosphere, volcanic dust in the Stratosphere and the effects on climate, Mesosphere, Exosphere, Planetary Boundary Layer,
1.3. Layers characteristic Ozonosphere and the Ozone Hole, Ionosphere and Radio influenza, Electrosphere and genesis of lightning.
1.4. Space Weather
Emissions of the sun to the earth, cosmic rays and
possible influence on Global Warming, the solar wind, magnetosphere, the band Van Allen, auroras boreales, the sprites, the rise of the sun in relation to Global Warming, effects of solar wind and magnetic storms on space travel, on the biosphere and on the apparatus information
1.5. The general air movement
Hadley model, a model with three cells, the
distribution of the field of the pressure and of the
and wind, global and seasonal movement,
meridional and zonal circulation, the Westerlies,
the Rossby Waves, the causes of Rossby waves,
polar ad subtropical jet stream, air masses, the
polar front, the genesis of extratropical cyclones,
role of the polar jet stream in the genesis of the
extratropical cyclones, cold front, warm front,
occluded front.
1.6. The atmospheric teleconnections
Teleconnections in field of the pressure: ENSO (El
Niño Southern Oscillation), the SO, the Walker
circulation and the Warm Pool, AO (Arctic
Oscillation), NAO (North Atlantic Oscillation). The
periodic oscillations of the tropical convective of
the MJO (Madden-Juliana Oscillation). The Swing
equatorial wind QBO (Quasi-Biennal Oscillation)
influence of teleconnections on the earth's climate.
Radiation
Radiation, the laws of black body, terrestrial and
solar radiation, outgoing longwave radiation,
albedo and reflected radiation, greenhouse effect,
energy budgets, indirect estimate of the increase
of greenhouse gases on global warming, the IPCC
theory
Atmospheric pressure
Definition, measure, periodic and accidental
variations, the air density, the concept of
geopotential height, topographic representation of
the isobaric surfaces, variation of pressure with
height, reducing the pressure at sea level, isobars
and sea level pressure charts, the main pattern
isobars on the maps and the absolute topography.
Thermodynamics of dry air
Equation of state for dry air, the air density, the
hydrostatic equation, the concept of geopotential
height, thickness equation and applications.
The first principle of thermodynamics, adiabatic
transformations for dry air, potential temperature,
the stability of the atmosphere, stability and
potential temperature, stability and thermal
inversions, types of thermal inversions, diurnal
pattern of stability, convective motions and
stability, mixing height
5. Thermodynamics of moist air
The water vapor pressure, humidity fundamental
measures (mixing ratio, specific humidity, relative
humidity, dew point, wet bulb temperature,
hygrometer and psychrometer, physiological
comfort and moisture, latent heat of condensation,
adiabatic transformations for moist air,
pseudopotential temperature, conditional and
convective instability, instability in conditional
situations, Stau-Föhn, thermodynamic diagrams,
most common estimate of some atmospheric
parameters from thermodynamic diagrams.
6. dynamics of the atmosphere - Concepts General Scale of atmospheric motions, spatial and
temporal scale of turbulence, spatial and temporal density of observations at synoptic scale, analysis of the scale of vertical velocity, of horizontal and vertical gradients, operations with vectors, local and individual variations, the advection, the forces the atmosphere (gradient force, Coriolis Force, force of viscous friction, force of gravity).
7. The air-dynamic equations of motion
The general equation of motion, the equations of
motion horizontal geostrophic wind, calculation of
geostrophic wind, on map of pressure field at a
constant level (isobars) and constant pressure
(isohypse) The wind gradient, the equation of
vertical motion and the hydrostatic approximation,
the thermal wind and its applications (interaction
of thermal field with the field of pressure, genesis
of the jet stream, cyclones and anticyclones
thermal or dynamical and vertical structure).
8. The Turbulence in the atmosphere
Definition of turbulence, turbulence of mechanical
origin (from obstacles or wind shear), thermal and
orographic turbolence, the turbulence in the PBL
and SL, the Ekman spiral, and the shearing stress
and the force of friction, the wind pattern in PBL
and SL, the logarithmic law of wind in the SL, the
turbulent diffusivity.
9. Urbane climate.
10. The physical and mathematical models for weather forecasts.
Prerequisites
None.
Teaching form
Lessons, 5 cfu - 40 hours
Classes , 1 cfu - 10 hours
In the Covid-19 emergency period, the lessons will take place completely remotely asynchronously with some physical presence events.
Textbook and teaching resource
1. Manuale di Meteorologia - Centro Epson Meteo – Ed.
AlphaTest
2. An introduction to dynamic meteorology -
J.R.Holton – Academic Press. Inc
Semester
First semester
Assessment method
Verification of the basic knowledge of Atmospheric Physics: general characteristics of the Atmosphere, dynamics of the Atmosphere, thermodynamics of the Atmosphere and microphysics of clouds.
Exam modality: oral exam
Assessment of the exam: grade in thirtieths (18-30/30)
Office hours
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