Geofisica per i rischi naturali
A.A. 2025/2026
Obiettivi formativi
Fornire agli studenti conoscenze relative ai rischi naturali in un'ottica probabilistica, soprattutto per quanto riguarda i rischi connessi con la dinamica dei fluidi geofisici, in particolare agli eventi atmosferici estremi e alla diffusione di contaminanti nelle matrici ambientali (aria, acqua, suolo). A questo scopo, l'insegnamento mira a fornire conoscenze di base di dinamica dei fluidi geofisici (atmosfera e idrosfera marina e continentale), di termodinamica e delle tecniche geofisiche finalizzate alla comprensione, al monitoraggio e alla caratterizzazione dei rischi naturali in atmosfera (es: temporali, cicloni, precipitazioni intense) e nel sottosuolo (siti contaminati).
Risultati apprendimento attesi
(1) Capacità di affrontare i rischi naturali in un'ottica probabilistica, tenendo altresì conto delle interazioni tra diverse tipologie di rischio, dei diversi contesti di applicazione dell'analisi di rischio e della comunicazione. (2) Capacità di lettura e approfondimento di articoli scientifici e rapporti tecnici relativi alla dinamica dei fluidi geofisici (atmosfera, idrosfera marina e continentale) e ai fenomeni di trasporto, orientata allo studio di eventi estremi e alla contaminazione di acqua, aria e suolo. (3) Capacità di analisi critica dei risultati provenienti da campagne di monitoraggio, da elaborazione dei dati e dalla modellazione fisico-matematica per applicazioni all'analisi di rischio legata ad eventi estremi e contaminazione.
Periodo: Secondo semestre
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
(1) Rischi naturali:
a. Elenco dei rischi naturali (e non) e loro interazioni.
b. Definizione probabilistica di rischio: pericolosità (hazard), vulnerabilità e danno.
c. Rischio di contaminazione: modello concettuale (sorgente, trasporto, recettore).
d. Utilizzo dell'analisi di rischio: valutazione di impatto ambientale (VIA); valutazione ambientale strategica (VAS); protezione civile; siti contaminati.
e. Monitoraggio e sperimentazione: concetti generali.
f. Procedura di sviluppo e applicazione di modelli matematici per l'analisi di rischio.
(2) Misure in atmosfera e idrosfera: teoria degli errori, conversione A/D, panoramica dei principali strumenti di misura e del loro utilizzo.
(3) Richiami di statistica descrittiva, teoria della probabilità e sui processi stocastici, con particolare riferimento alla descrizione statistica degli eventi estremi e alle applicazioni ai fenomeni di trasporto.
(4) Rischi naturali in atmosfera:
a. Struttura e composizione dell'atmosfera.
b. Elementi di termodinamica dell'atmosfera, umidità, stabilità statica; diagrammi termodinamici, interpretazione ed utilizzo per valutare lo sviluppo di convezione profonda; sistemi convettivi: dal singlo temporale ai sistemi organizzati, pericoli associati. Cenni di meteorologia alpina.
c. Radiazione: emissione, assorbimento, trasmissione e riflessione della radiazione solare e terrestre.
d. Elementi di dinamica dei fluidi geofisici: divergenza, gradiente e rotore; approccio Euleriano e Lagrangiano al moto dei fluidi; conservazione della massa ed equazione di continuità; equazione di moto per un fluido viscoso ruotante: approssimazione geostrofica.
e. Sistemi meteorologici delle medie latitudini, loro effetti e pericoli associati: cicloni, anticicloni, fronti, cicloni mediterranei e medicane.
(5) Rischi naturali in idrosfera:
a. Flusso delle acque sotterranee: approccio continuo alla fisica dei mezzi porosi, legge di Darcy, altezza idraulica; equazione del moto per un mezzo poroso.
b. Condizioni al contorno.
c. Approssimazioni bi-dimensionali per acquifero confinato e acquifero freatico.
(6) Fenomeni di trasporto:
a. Avvezione, diffusione e dispersione turbolenta.
b. Equazioni avvettiva, diffusiva, dispersiva con reazioni.
c. Pennacchi di contaminazione in aria, in funzione delle condizioni di stabilità, e in acque libere.
d. Trasporto nelle acque sotterranee e nei suoli: avvezione, diffusione, dispersione idrodinamica e reazioni.
e. Il trasporto di radionuclidi ed il deposito nazionale di rifiuti radioattivi.
(7) Analisi di rischio per la contaminazione:
a. Caratterizzazione e monitoraggio di siti contaminati.
b. Metodi geofisici di indagine dei siti contaminati: metodi elettrici (SEV, ERGI, IP), metodi elettromagnetici (FDEM, GPR).
(8) Esempi:
a. Monitoraggio, analisi e previsione (probabilistica) dei fenomeni meteorologici estremi.
b. Contaminazione delle acque sotterranee.
c. Modellazione del trasporto con metodi probabilistici.
d. Dimostrazione di acquisizione dati sul terreno.
a. Elenco dei rischi naturali (e non) e loro interazioni.
b. Definizione probabilistica di rischio: pericolosità (hazard), vulnerabilità e danno.
c. Rischio di contaminazione: modello concettuale (sorgente, trasporto, recettore).
d. Utilizzo dell'analisi di rischio: valutazione di impatto ambientale (VIA); valutazione ambientale strategica (VAS); protezione civile; siti contaminati.
e. Monitoraggio e sperimentazione: concetti generali.
f. Procedura di sviluppo e applicazione di modelli matematici per l'analisi di rischio.
(2) Misure in atmosfera e idrosfera: teoria degli errori, conversione A/D, panoramica dei principali strumenti di misura e del loro utilizzo.
(3) Richiami di statistica descrittiva, teoria della probabilità e sui processi stocastici, con particolare riferimento alla descrizione statistica degli eventi estremi e alle applicazioni ai fenomeni di trasporto.
(4) Rischi naturali in atmosfera:
a. Struttura e composizione dell'atmosfera.
b. Elementi di termodinamica dell'atmosfera, umidità, stabilità statica; diagrammi termodinamici, interpretazione ed utilizzo per valutare lo sviluppo di convezione profonda; sistemi convettivi: dal singlo temporale ai sistemi organizzati, pericoli associati. Cenni di meteorologia alpina.
c. Radiazione: emissione, assorbimento, trasmissione e riflessione della radiazione solare e terrestre.
d. Elementi di dinamica dei fluidi geofisici: divergenza, gradiente e rotore; approccio Euleriano e Lagrangiano al moto dei fluidi; conservazione della massa ed equazione di continuità; equazione di moto per un fluido viscoso ruotante: approssimazione geostrofica.
e. Sistemi meteorologici delle medie latitudini, loro effetti e pericoli associati: cicloni, anticicloni, fronti, cicloni mediterranei e medicane.
(5) Rischi naturali in idrosfera:
a. Flusso delle acque sotterranee: approccio continuo alla fisica dei mezzi porosi, legge di Darcy, altezza idraulica; equazione del moto per un mezzo poroso.
b. Condizioni al contorno.
c. Approssimazioni bi-dimensionali per acquifero confinato e acquifero freatico.
(6) Fenomeni di trasporto:
a. Avvezione, diffusione e dispersione turbolenta.
b. Equazioni avvettiva, diffusiva, dispersiva con reazioni.
c. Pennacchi di contaminazione in aria, in funzione delle condizioni di stabilità, e in acque libere.
d. Trasporto nelle acque sotterranee e nei suoli: avvezione, diffusione, dispersione idrodinamica e reazioni.
e. Il trasporto di radionuclidi ed il deposito nazionale di rifiuti radioattivi.
(7) Analisi di rischio per la contaminazione:
a. Caratterizzazione e monitoraggio di siti contaminati.
b. Metodi geofisici di indagine dei siti contaminati: metodi elettrici (SEV, ERGI, IP), metodi elettromagnetici (FDEM, GPR).
(8) Esempi:
a. Monitoraggio, analisi e previsione (probabilistica) dei fenomeni meteorologici estremi.
b. Contaminazione delle acque sotterranee.
c. Modellazione del trasporto con metodi probabilistici.
d. Dimostrazione di acquisizione dati sul terreno.
Prerequisiti
Conoscenze di base di Fisica e Matematica previste dal corso di studi.
Metodi didattici
Lezioni frontali tradizionali. Le esercitazioni prevederanno esercizi in classe, esercizi al calcolatore, ed eventualmente delle uscite sul campo con delle dimostrazioni di acquisizioni dati. Al termine delle lezioni ciascun studente preparerà una scheda di analisi sommaria dei rischi, indicando - almeno in modo qualitativo - il grado di pericolosità, vulnerabilità e rischio per una specifica area di studio, relativamente alle diverse categorie di rischi considerati a lezione. La scheda potrà essere infine illustrata con una relazione orale, podcast audio o video, o con prodotti multimediali nel corso della prova d'esame.
Su richiesta ed in caso di necessità da parte degli studenti la lingua di insegnamento potrà essere anche l'Inglese.
Su richiesta ed in caso di necessità da parte degli studenti la lingua di insegnamento potrà essere anche l'Inglese.
Materiale di riferimento
- Slide e materiale delle lezioni caricato su myAriel.
- J.M. Wallace & P.V. Hobbs, 2006. Atmospheric Science - An introductory survey, - 2nd Edition, Academic Press.
- J.E. Martin, 2006: Mid-latitude atmospheric dynamics, Wiley Ed.
- J.B.Halverson, 2024: An introduction to severe storms. Nad hazardous weather. Routledge Ed.
- G.De Marsily, 1986: Quantitative Hydrogeology, Academic press, PDF liberamente disponibile all'indirizzo
https://gw-project.org/books/quantitative-hydrogeology-groundwater-hydrology-for-engineers/
- C.W.Fetter, T.Boving, D.Kreamer, 2018: Contaminant Hydrogeology. Waveland Press, 3rd edition.
- J. Bear, 1979. Hydraulics of groundwater, McGraw-Hill/Dover.
- D.Camuffo, 2019: Microclimatology for cultural heritage. Elsevier, 3rd edition.
- J.M. Wallace & P.V. Hobbs, 2006. Atmospheric Science - An introductory survey, - 2nd Edition, Academic Press.
- J.E. Martin, 2006: Mid-latitude atmospheric dynamics, Wiley Ed.
- J.B.Halverson, 2024: An introduction to severe storms. Nad hazardous weather. Routledge Ed.
- G.De Marsily, 1986: Quantitative Hydrogeology, Academic press, PDF liberamente disponibile all'indirizzo
https://gw-project.org/books/quantitative-hydrogeology-groundwater-hydrology-for-engineers/
- C.W.Fetter, T.Boving, D.Kreamer, 2018: Contaminant Hydrogeology. Waveland Press, 3rd edition.
- J. Bear, 1979. Hydraulics of groundwater, McGraw-Hill/Dover.
- D.Camuffo, 2019: Microclimatology for cultural heritage. Elsevier, 3rd edition.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La comprensione degli argomenti trattati a lezione verrà verificata tramite una prova scritta ed una breve prova orale.
La prova scritta, della durata di 40', conterrà sia quattro quesiti a risposta multipla che due domande aperte. Per quanto riguarda le risposte alle domande aperte, verranno valutate anche la capacità di rispondere in modo chiaro e rigoroso, la correttezza e la competenza nell'uso del linguaggio specialistico. Durante la prova scritta potrà essere concesso l'utilizzo di appunti, manuali o libri di testo. L'esito della prova scritta verrà comunicato tramite e-mail entro una settimana dalla data in cui è stata sostenuta la prova.
Per la prova orale della durata di circa 20', sarà richiesta l'esposizione di un'analisi dei rischi riguardante un'area a scelta e saranno poste allo studente domande relative agli argomenti del programma. I criteri di valutazione saranno sia la conoscenza degli argomenti, sia la capacità di esposizione in modo chiaro e rigoroso. In particolare, per la scheda di analisi dei rischi saranno valutate la completezza, la correttezza scientifica e del linguaggio tecnico-scientifico, le motivazioni a sostegno dell'analisi.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi, e sarà basata sull'esito della prova scritta e dalla prova orale.
La prova scritta, della durata di 40', conterrà sia quattro quesiti a risposta multipla che due domande aperte. Per quanto riguarda le risposte alle domande aperte, verranno valutate anche la capacità di rispondere in modo chiaro e rigoroso, la correttezza e la competenza nell'uso del linguaggio specialistico. Durante la prova scritta potrà essere concesso l'utilizzo di appunti, manuali o libri di testo. L'esito della prova scritta verrà comunicato tramite e-mail entro una settimana dalla data in cui è stata sostenuta la prova.
Per la prova orale della durata di circa 20', sarà richiesta l'esposizione di un'analisi dei rischi riguardante un'area a scelta e saranno poste allo studente domande relative agli argomenti del programma. I criteri di valutazione saranno sia la conoscenza degli argomenti, sia la capacità di esposizione in modo chiaro e rigoroso. In particolare, per la scheda di analisi dei rischi saranno valutate la completezza, la correttezza scientifica e del linguaggio tecnico-scientifico, le motivazioni a sostegno dell'analisi.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi, e sarà basata sull'esito della prova scritta e dalla prova orale.
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 6
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docenti:
Comunian Alessandro, Davolio Silvio
Docente/i
Ricevimento:
da concordare previo accordo telefonico o via e-mail
via Botticelli 23
Ricevimento:
Qualunque ora, previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
Via Botticelli 23, Locale 1021