Dinamica dei fluidi geofisici e laboratorio

A.A. 2021/2022
9
Crediti massimi
84
Ore totali
SSD
GEO/12
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
1. Fornire un quadro delle leggi fisiche che regolano i processi di flusso e trasporto in aria, in acqua e nei terreni.
2. Fornire gli strumenti fisici per analizzare le osservazioni compiute nell'ambito delle reti di monitoraggio dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera.
3. Fornire gli elementi per comprendere il bilancio radiativo del nostro pianeta ed il ruolo dell'atmosfera e dell'idrosfera in questo bilancio.
4. Introdurre concetti di statistica di base e sui processi stocastici e su loro applicazioni nelle geoscienze.
5. Introdurre nozioni sulle misure geofisiche.
Risultati apprendimento attesi
1. Capacità di lettura e comprensione di articoli scientifici e relazioni tecniche riguardanti gli aspetti fisici della dinamica dell'atmosfera, della criosfera e dell'idrosfera.
2. Capacità di progettazione di modelli di flusso e trasporto (bilancio di massa ed energia, trasporto di soluti, ecc.) in atmosfera, criosfera e idrosfera.
3. Capacità di analisi critica dei risultati del monitoraggio di grandezze fisiche in atmosfera, criosfera e idrosfera.
4. Capacità di svolgere semplici analisi statistiche di dati geoscientifici.
5. Capacità di progettazione ed esecuzione di misure geofisiche.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Prerequisiti
Conoscenze di base di matematica e fisica.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento attesi verrà verificato durante una prova orale, dove il primo argomento trattato potrà essere scelto dai candidati.
modulo: Dinamica dei Fluidi Geofisici
Programma
- Richiami al ciclo dell'acqua e alle caratteristiche generali (composizione, struttura verticale, ecc.) dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera. Proprietà fisiche dell'acqua nelle sue varie forme.
- Equazioni di moto per l'atmosfera, per le acque superficiali, per le acque sotterranee e per le calotte polari. Approssimazione geostrofica e idrostatica. Approssimazione di ghiaccio sottile.
- Bilancio energetico ed equazione del calore: conduzione, convezione, radiazione, evapotraspirazione. Termodinamica dell'atmosfera: variazione della pressione con la quota e densità dell'aria. Equazione di stato per l'aria secca e sua correzione per l'aria umida. Il primo principio della termodinamica applicato all'atmosfera; trasformazioni adiabatiche per aria secca ed umida.
- Caratteristiche della circolazione atmosferica e oceanica.
- Trasporto di contaminanti in atmosfera e nella idrosfera: convezione, diffusione molecolare, dispersione turbolenta e idrodinamica.
Metodi didattici
Lezioni frontali, supportate da dimostrazioni ed esercitazioni al calcolatore.
Materiale di riferimento
Il materiale di supporto all'insegnamento verrà caricato sulla pagina Moodle: https://labonline.ctu.unimi.it/course/view.php?id=51.
Bibliografia consigliata:
- J. Bear, 2007. Hydraulics of groundwater, Dover.
- P.S. Eagleson, 2003. Dynamic hydrology, EGU Reprint series.
- D. Hillel, 1998. Environmental soil physics, Academic Press.
- J.R. Holton, 2004. An introduction to dynamic meteorology 4th edition, Academic Press.
- G. de Marsily, 1986. Quantitative Hydrogeology - Groundwater hydrology for engineers, Academic Press.
- J. Pedlosky, 1987. Geophysical fluid dynamics 2nd edition, Springer.
- G.L. Pickard & A.J. Emery, 1990. Descriptive physical oceanography, An introduction - 5th (SI) Enlarged Edition, Butterworth-Heynemann.
- J.M. Wallace & P.V. Hobbs, 2006. Atmospheric Science - An introductory survey, - 2nd Edition, Academic Press.
- K. Cuffey & W.S.B. Paterson, 2010, The Physics of Glaciers - 4th Edition, Academic Press
unità didattica: Laboratorio di Dinamica dei Fluidi Geofisici
Programma
- Concetti base di statistica e sui processi stocastici. Esempi di applicazioni per l'interpolazione dei dati e per la simulazione stocastica di grandezze fisiche o categoriche.
- Concetti generali sulle misure geofisiche: principi fisici degli strumenti di misura di segnali elettrici; misure analogiche e digitali, conversione analogico/digitale; concetti di accuratezza, precisione e risoluzione; sistemi di immagazzinamento e trasmissione dati; esperimenti vs. monitoraggio.
- Misure di parametri atmosferici: sonde di temperatura, umidità, pressione, velocità e intensità del vento, radiazione (diretta, diffusa, netta). Misure idrologiche e oceanografiche: misuratori di livello; boe ondametriche e correntometriche; profilatori verticali di parametri dell'acqua; rilievi batimetrici; AUV (autonomous underwater vehicle) e wave glider; misure di contenuto d'acqua e di suzione nel terreno (sonde capacitive - TDR, FDR - e resistive; tensiometri).
- Misure per prospezione geofisica passiva: gravimetria; magnetometria; potenziali spontanei; vibrazioni e microtremori (HVSR). Misure per prospezione geofisica attiva: geoelettrica (SEV, ERGI); polarizzazione indotta; misure sismiche (sismica a rifrazione, MASW); prospezione elettromagnetica (VLF, FDEM, TDEM); GPR (Ground penetrating radar).
Metodi didattici
Lezioni frontali, supportate da esercitazioni al calcolatore ed esercitazioni pratiche con dimostrazioni di utilizzo di strumentazione.
Materiale di riferimento
Il materiale di supporto all'insegnamento verrà caricato sulla pagina Moodle: https://labonline.ctu.unimi.it/course/view.php?id=51.
Bibliografia consigliata:
- Isaaks, E.H. & Srivastava, R.M., 1989, Applied geostatistics, Oxford University Press.
- Mood, A.M., Graybill, F.A. & Boes, D.C., 1991, Introduzione alla statistica, McGraw-Hill.
- Bevington, P.R. & Robinson, D.K., 2003, Data reduction and error analysis for the physical sciences, McGraw-Hill.
- Reynolds, J.M., 2011, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, 2nd edition, Wiley.
Moduli o unità didattiche
modulo: Dinamica dei Fluidi Geofisici
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore

unità didattica: Laboratorio di Dinamica dei Fluidi Geofisici
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 3
Esercitazioni: 36 ore

Docente/i
Ricevimento:
da concordare previo accordo telefonico o via e-mail
via Cicognara 7
Ricevimento:
Qualunque ora, previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
via Cicognara 7