Corso di laurea magistrale in Chimica dell'Ambiente

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.

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.

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'atmosfera

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.

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. 

Eventuali visite a laboratori o altre postazioni sperimentali. Esecuzione di semplici applicazioni in aula.

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)