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.

Si sarà in grado di comprendere i principali processi fisici che regolano la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera, e di padroneggiare le più importanti equazioni che descrivono tali fenomeni.

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 - 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

L'insegnamento è erogato in modalità tradizionale con lezioni in aula. 

L'apprendimento sarà verificato mediante esame orale in presenza.

Visita a un laboratorio, altre postazioni sperimentali o seminari su temi di attualità.

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria, ma fortemente consigliata.