Introduzione alla Fisica dell`Atmosfera

Introduzione alla Fisica dell’Atmosfera
a.a. 2015-2016
CONCETTI INTRODUTTIVI
Wallace and Hobbs, cap 1&2, Hartmann, cap 2.8, 2.9
Meteorologia e climatologica-Orbita terrestre, sistemi di coordinate, insolazione, emissione e
trasporto di energia-Composizione chimica ed evoluzione dell’atmosfera-Struttura verticale ed
orizzontale della temperatura, del vento e delle precipitazioni-Interazione atmosfera-radiazioneCircolazione generale-Oceani: distribuzione della temperatura, densità e salinità, circolazione
superficiale e termoalina-Ciclo dell’acqua e del carbonio
TERMODINAMICA ATMOSFERICA
Wallace and Hobbs, cap 3, approfondimenti: North and Erukimova
Gas perfetti, equazione idrostatica, geopotenziale (NE cap 1,2)
Unità di misura-Sistemi termodinamici-Pressione dalla teoria cinetica-Legge dei gas perfetti-Legge
di Dalton-Equazione idrostatica-Distribuzione verticale della pressione-Equazione ipsometrica-Il
geopotenziale
I° legge della termodinamica, stabilità statica (NE cap 3,4,6)
I° legge della termodinamica-Calori specifici-Processi adiabatici-Temperatura potenziale-Gradiente
adiabatico secco-Stabilità verticale-Entalpia-Equazione della termodinamica atmosferica
L’acqua in atmosfera (NE cap.5)
La molecola dell’acqua-Regola delle fasi-Equazione di Clausius-Clapeyron-Temperatura virtualeRapporto di mescolamento-Umidità relativa-Temperatura di rugiada e di bulbo bagnato-Lifting
Condensation Level-Gradiente adiabatico umido-Temperatura potenziale equivalente
Carte termodinamiche (NE cap.7)
Energia cinetica di una massa d’aria-Diagramma skewT-Calcolo della temperatura potenziale e del
mixing ratio-Calcolo dell’umidità relativa e della temperatura di rugiada-Calcolo del LCL-Calcolo
della temperatura potenziale equivalente e di bulbo bagnato-Fohn e Chinook-Livello di free
convection e di neutral buoyancy-Stabilità assoluta, condizionata e potenziale-CAPE e CIN
TRASFERIMENTO RADIATIVO
Wallace and Hobbs, cap 4; approfondimenti Liou, Hartmann
Grandezze radiometriche e corpo nero (L cap 1.1, 1.2)
Angolo solido-Radianza, Irradianza e Flusso radiativo-Corpo Nero: Legge di Plank, di
Stefan/Boltzmann, di Wien-Costante solare-Temperatura d’equilibrio
Effetto serra(L cap 2.5)
Temperatura superficiale-Effetto atmosfera trasparente nel visibile-Emissività e assorbività-Legge
di Kirchhoff-Effetto atmosfera corpo grigio-Effetto atmosfera assorbitore selettivo
Equazione del trasferimento radiativo: radiazione solare e terrestre (L cap 1.4, 3.2; Hart. cap.2.5)
Equazione generale-Legge di Beer-Lambert-Equazione di Schwarzschild-Spessore otticoAtmosfera piano-parallela-Spettro della radiazione solare-Assorbimento della radiazione solare:
UV-VIS_IR
Equazione del trasferimento radiativo: scattering (L cap 3.3, 3.4, 3.5)
Scattering alla Rayleigh-Sezione d’urto di scattering-Scattering da aerosol-Funzione di faseCoefficiente d’estinzione da scattering_Equazione completa del trasferimento radiativo
Riscaldamento radiativo e ozono (L cap 3.5)
Riscaldamento radiativo-Modello troposfera in equilibrio radiativo-Equilibrio radiativo convettivoFlusso attinico-Ozono stratosferico-Modello di Chapman-Cicli catalitici-Nubi Stratosferiche Polari
e ozono antartico
DINAMICA DELL’ATMOSFERA
Wallace and Hobbs, cap 7; approfondimenti Holton
Cinematica e dinamica del fluido atmosferico (Hol. cap.1.1-1.5.3, 2.5, 2.6)
Linee di flusso e coordinate naturali-Shear, curvatura, diffluenza, stretching, divergenza e vorticità,Tensore di deformazione e stress-Approccio lagrangiano ed euleriano-Forze fondamentali:
gradiente di pressione, forza gravitazionale e forza viscosa-Sistema di riferimento geocentricoAccelerazione in un sistema ruotante-Forze apparenti: forza di Coriolis e forza centrifuga-Effetto
della forza centrifuga: deformazione della superficie e gravità apparente-Effetto della forza di
Coriolis: curvatura delle traiettorie-Equazione di conservazione della massa, della quantità di moto,
dell’energia termodinamica in forma lagrangiana ed euleriana
Analisi di scala e approssimazione geostrofica (Hol. cap 1.6.2, 1.6.3, 2.1, 2.2, 2.4)
Equazione della conservazione della quantità di moto in un sistema geocentrico-Coordinate
isobariche-Analisi di scala dei fenomeni sinottici-Analisi di scala alla componente orizzontale
dell’equazione della quantità di moto-Approssimazione geostrofica-Vento geostrofico in coordinate
isobariche-Vento geostrofico in coordinate naturali-Equazione prognostica approssimata-Numero di
Rosby-Analisi di scala alla componente verticale dell’equazione della quantità di moto
Coordinate naturali: vento di gradiente, effetto dell’attrito (Hol. 3.1-3.3, 3.5)
Componenti orizzontali della conservazione della quantità di moto in coordinate naturali-Flusso
geostrofico-Flusso inerziale-Flusso ciclo strofico-Vento di gradiente-Effetto dell’attrito-Stima della
velocità verticale
Vento termico (Hol. cap 3.4, 3.6)
Shear verticale del vento geostrofico-Equazione del vento termico-Equazione del vento termico in
coordinate isobariche-Avvezione termica-Atmosfera barotropica e baroclina
Circolazione e Vorticità (Hol. cap 4.1-4.4.1)
Definizione di Circolazione Assoluta-Teorema della Circolazione-Circolazione Relativa-Teorema
della circolazione di Bjerknes-Studio della brezza di mare-Definizione di vorticità assoluta e
relativa-Relazione tra vorticità e circolazione-Equazione della Vorticità
CENNI DI CLIMATOLOGIA
(Hartmann, Cap 8; Wallace & Hobbs, Cap 10; IPCC2014 report WG1 http://www.ipcc.ch/)
Definizioni-Indicatori riscaldamento climatico-Paleoclimatologia-Osservazioni forzanti climaticiDefinizioni di Radiative Forcing-Dalle concentrazioni/emissioni al Radiative Forcing-Dal radiative
forcing alla risposta climatica-Il concetto di metrica e sua applicazione-Attribuzione dei
cambiamenti climatici-Proiezioni a breve e lungo termine
Libri di testo
Richiesto:
J. M. Wallace and P. V. Hobbs, Atmospheric Science: an introductory survey, 2nd ed, Academic
Press, 2006.
Opzionali:
G. R. North and T. L. Erukhimova, Atmospheric Thermodynamics, 1st ed., Cambridge University
Press, 2009
K. N. Liou, An Introduction to Atmospheric Radiation, 2nd ed., Academic Press, 2002
J. R. Holton, An Introduction to Dynamic Meteorology, 4th ed., Academic Press, 2004
D. L. Hartmann, Global Physical Climatology, 1st ed., Academic Press, 1994