- Oggetto:
- Oggetto:
FISICA DELL'ATMOSFERA
- Oggetto:
Atmospheric Physics
- Oggetto:
Anno accademico 2024/2025
- Codice attività didattica
- MFN0257
- Docente
- Enrico Arnone (Titolare)
- Corso di studio
- Laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente D.M. 270 (1° anno)
- Anno
- 1° anno
- Periodo
- Primo Semestre
- Tipologia
- Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 6
- SSD attività didattica
- FIS/06 - fisica per il sistema terra e per il mezzo circumterrestre
- Erogazione
- Tradizionale
- Lingua
- Italiano
- Frequenza
- Facoltativa
- Tipologia esame
- Orale
- Prerequisiti
- Conoscenze di base di fisica e matematica
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
L'insegnamento intende fornire le basi fisico-matematiche dei fenomeni che intervengono nel comportamento dell'atmosfera terrestre, ponendo l'accento sulla termodinamica del mezzo atmosferico, sulle grandezze igrometriche, sulla stabilità atmosferica, sulla formazione delle nubi e delle precipitazioni, sul bilancio energetico del sistema Terra ed il ruolo della radiazione di origine solare e terrestre, ed infine sulla dinamica a grande scala dell'atmosfera e il clima.The course is aimed at providing the fundamental physical-mathematical concepts concerning the phenomena that determine the behavior of the Earth's atmosphere, focusing on thermodynamics, hygrometric variables, atmospheric stability, formation of clouds and precipitations, energy balance of the Earth's system and the role of solar and terrestrial radiation, and, eventually, on the large-scale dynamics of the atmosphere and climate.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Acquisizione di conoscenze teoriche e operative relative ai processi che regolano la statica, la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera, e padroneggiamento delle principali equazioni su cui tali discipline si basano.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Acquisizione della capacità di applicare le conoscenze teoriche precedenti alla risoluzione di problemi, con specifico riferimento a tematiche di rilievo atmosferico.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO Saranno sviluppate le capacità di analisi quantitativa dei fenomeni. Sarà inoltre acquisita la conoscenza delle nozioni di base necessarie per poter dare un contributo consapevole a molti processi decisionali di natura sociopolitica che richiedono conoscenze scientifiche.
ABILITÀ COMUNICATIVE Acquisizione di competenze e strumenti per la comunicazione nella forma scritta e orale, in lingua italiana, unitamente all'utilizzo di linguaggi grafici e formali.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di
autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia.KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING Acquisition of theoretical and applicative skills concerning the processes regulating the statics, the dynamics and the thermodynamics of the atmosphere, and management of the main equations on which such disciplines are based.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING Acquisition of the ability to apply the theoretical knowledge of previous themes to the solution of problems, with a focus on atmospherically relavant issues.
MAKING JUDGEMENTS The student will develop their skills of quantitative analysis of phenomena. The student will also acquire the knowledge of the basic notions necessary to be able to make a conscious contribution to many socio-political decision-making processes that require scientific knowledge.
COMMUNICATION SKILLS Acquisition of oral and written communication skills and expertise, in italian, as well as the ability to use graphical and formal languages.
LEARNING SKILLS. Acquisition of autonomous learning capacity and self-assessment of its
preparation, in order to undertake subsequent studies with a high degree of autonomy.- Oggetto:
Programma
1) Introduzione
2) Descrizione generale dell'atmosfera
3) Il sistema climatico terrestre
Il Sole - Moti terrestri di rotazione e rivoluzione - Insolazione media giornaliera della superficie terrestre in funzione della stagione e della latitudine - Componenti del sistema climatico e loro ruolo nel determinare il clima presente della terra.
4) Termodinamica dell'atmosfera secca
Equazione di stato per una miscela di gas. Distribuzione di velocità di Maxwell-Boltzmann - Equilibrio idrostatico - Geopotenziale, altezza di geopotenziale, spessore di geopotenziale, altezza di scala ed equazione ipsometrica - Effetto orografico sulla pressione atmosferica e riduzione della pressione al livello del mare - Perché i gas atmosferici non sfuggono nello spazio - Energia e prima legge della termodinamica - Entalpia - Energia statica secca - Entropia e secondo principio della termdinamica - Concetto di particella d'aria - Temperatura potenziale - Gradiente adiabatico di temperatura - Diagrammi termodinamici - Stabilità statica dell'aria secca - Forze di galleggiamento.
5) Termodinamica dell'atmosfera umida
Pressione di vapore - Temperatura virtuale - Misure assolute di contenuto di umidità dell'aria - Equazione di Clausius-Clapeyron - Temperatura potenziale dell'aria umida insatura - Rapporto di mescolamento di saturazione - Stabilità statica dell'aria umida insatura - Misure del contenuto di umidità in apporto alla saturazione - Temperatura di bulbo bagnato - Energia statica umida - Gradiente di temperatura adiabatico saturo - Regola di Normand.
6) Microfisica delle nubi
Nucleazione omogenea ed eterogenea di goccioline d'acqua -- Nuclei di condensazione - Formazione delle nebbie -- Nucleazione omogenea ed eterogenea di cristalli di ghiaccio --
Classificazione internazionale delle nubi - Formazione di precipitazione in nubi "calde" e "fredde" -- Tipi di precipitazione.
7) Trasferimento radiativo
Grandezze fisiche per la descrizione dell'energia trasportata dalla radiazione - Irradianza e radianza solare sulla Terra - Temperature di brillanza e di colore - Temperature di emissione del Sole e della Terra - Effetto serra - Termalizzazione della radiazione solare - Corpi grigi ed assorbitori selettivi -- Riflessione della radiazione ed albedo - Trasmissione della radiazione - Diffusione - Semplice modello multistrato di equilibrio radiativo - Trasferimento della radiazione solare e di quella terrestre in atmosfera - Legge di Lambert-Beer - Equazione di Schwarzschild - Radiazione ad onda lunga uscente - Rateo di riscaldamento radiativo - Effetti radiativi delle nubi - Profilo di temperatura di equilibrio radiativo.
8) Dinamica dell'atmosfera
Cinematica dei moti orizzontali a grande scala - Avvezione - Approccio Lagrangiano ed Euleriano - Dinamica dei flussi orizzontali: forze reali ed apparenti nel sistema terrestre rotante - Carte meteorologiche e principali strutture bariche - L'equazione del moto orizzontale - Vento geostrofico - Effetto dell'attrito presso la superficie - Vento di gradiente - Equilibrio ciclostrofico - Numero di Rossby - Equazione del moto verticale - Vento termico - Atmosfera barotropica e baroclina - Avvezione geostrofica di temperatura - Vorticità assoluta e relativa - Vorticità potenziale - Equazione dell'energia termodinamica - Equazione di continuità - Inferenza del campo di moto verticale - Il sistema delle equazioni primitive - Circolazione generale dell'atmosfera - Correnti a getto - Instabilità barotropica e baroclina - Trasporto di calore verso i poli.
9) Concetti e fenomeni meteorologici
Masse d'aria e fronti - Cicloni extratropicali e la teoria del fronte polare.
10) Osservazioni e modelli dell'atmosfera1) Introduction
2) General description of the atmosphere
3) The Earth's climate system
The Sun - Earth's rotation and revolution motions - Mean daily insolation of the Earth's surface as a function of season and latitude - Components of the climate system and their role in determining Earth's current climate.
4) Thermodynamics of a dry atmosphere
Equation of state for a mixture of gases - Maxwell-Boltzmann velocity distribution - Hydrostatic equilibrium - Geopotential, geopotential height, geopotential thickness - Scale height and the hypsometric equation - Orographic effect on atmospheric pressure and pressure reduction to sea level - Why do Earth's atmosphere gases not escape into the near vacuum of space - Energy and the 1st law of thermodynamics - Enthalpy - Dry static energy - Entropy and the 2nd principle of thermodynamics - Concept of air parcel - Potential temperature - Dry adiabatic lapse
rate - Thermodynamic diagrams - Static stability of dry air - Buoyancy forces.
5) Thermodynamics of a moist atmosphere
Vapor pressure - Virtual temperature - Absolute measures of water vapor content in air - Clausius-Clapeyron equation - Potential temperature of unsaturated moist air - Saturation mixing ratio - Static stability of unsaturated moist air - Measures of water vapor content in air with respect to saturation - Wet-bulb temperature - Moist static energy - Saturated adiabatic lapse rate - Normand's rule.
6) Cloud microphysics
Homogeneous and heterogeneous nucleation of water droplets - Cloud condensation nuclei - Formation of fog - Homogeneous and heterogeneous nucleation of ice crystals - International classification of clouds - Formation of precipitation in "warm" and "cold" clouds - Types of
precipitation.
7) Radiative transfer
Physical quantities used to describe the energy carried by radiation - Solar irradiance and radiance on Earth - Brightness temperature and color temperature - Emission temperature of the Sun and of the Earth - Greenhouse effect - Thermalization of solar radiation - Grey bodies and selective absorbers - Reflection and albedo - Transmission - Scattering - Simple multi-layer models of radiative equilibrium - Transfer of solar and terrestrial radiation in the atmosphere -Lambert-Beer law - Schwarzschild's equation -Outgoing longwave radiation - Radiative heating rate - Radiative effects of clouds - Radiative equilibrium temperature profile.
8) Atmospheric Dynamics
Kinematics of the large-scale horizontal flow - Advection -Lagrangian and Eulerian approaches - Dynamics of horizontal flow: real forces and apparent forces in a rotating reference frame -
Meteorological charts and main pressure structures - The horizontal equation of motion - The
geostrophic wind - The effect of friction near the Earth's surface - The gradient wind - Cyclostrophic equilibrium - Rossby number - The vertical equation of motion - The thermal wind - Barotropic and baroclinic atmosphere - Geostrophic temperature advection - Absolute and
potential vorticity - The thermodynamic energy equation - The continuity equation - Inference of the vertical motion field - The set of primitive equations - The atmospheric general circulation - Jet streams - Barotropic and baroclinic instability - Poleward heat transport.
9) Meteorological concepts and phenomena
Air masses - Fronts - Extratropical cyclones and the polar front theory.
10) Observation and modelling of the atmosphere- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Lezioni frontali in aula (48 ore). Di queste, due potranno essere dedicate a eventuali visite ai laboratori dipartimentali (stazione meteorologica sul tetto e laboratorio Turlab), e due a eventuali seminari esterni di cui sarà data indicazione durante il corso.Frontal lessons in classroom (48 hours). Of these 48 hours, two may be dedicated to eventual visits to departmental laboratories (weather station on the terrace and Turlab laboratory), and two to eventual external seminars of which will be given information during the course.- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esami orali in classe sugli argomenti svolti a lezione. L'esame consiste in tre domande selezionate tra gli argomenti trattati nel corso. E' possibile portare una domanda a scelta. La votazione finale è espressa in trentesimi ed è ottenuta dalla media aritmetica delle risposte alle tre domande.Oral exams in class on the topics covered in the lessons. The exam consists of three questions selected from the topics discussd during the course. It is possible to choose one question. The final grade is expressed on a scale of thirty and is obtained from the arithmetic average of the answers to the three questions.- Oggetto:
Attività di supporto
Eventuali visite a laboratori o altre postazioni sperimentali. Esecuzione di semplici applicazioni in aula.Eventual visits to laboratories or other experimental locations. Performing simple experiments in the classroom.Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Atmospheric Science - An Introductory Survey (Second Edition)
- Anno pubblicazione:
- 2006
- Editore:
- Academic Press
- Autore:
- John M. Wallace, Peter V. Hobbs
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
Further references
Meteorology: Understanding the Atmosphere
- Author: Steven Ackerman, John Knox
- Edition: 2nd International Edition 2007 (or following editions)
- Publisher: Thomson Brooks/Cole
- ISBN-10: 0495112852
Elementary Climate Physics
- Author: F. W. Taylor
- Edition: 2009
- Publisher: Oxford University Press
- ISBN-10: 0198567332
- Oggetto:
Note
Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti- e-studentesse-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/ accoglienza-studenti-con- disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/ lo-studio/studenti-e- studentesse-con-disturbi- specifici-di-apprendimento- dsa/supporto) Students with DSA or disabilities are requested to review the support methods (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti- e-studentesse-con-disabilita) and reception (https://www.unito.it/ accoglienza-studenti-con- disabilita-e-dsa) of the University, and in particular the necessary procedures for support during exams (https://www.unito.it/servizi/ lo-studio/studenti-e- studentesse-con-disturbi- specifici-di-apprendimento- dsa/supporto). - Registrazione
- Aperta
- Apertura registrazione
- 01/08/2024 alle ore 00:00
- Chiusura registrazione
- 30/06/2025 alle ore 23:55
- Oggetto: