Physics of the atmosphere
A.A. 2025/2026
Obiettivi formativi
The course unit aims at introducing the most relevant topics of atmospheric physics. The goal is to provide the conceptual bases to understand radiative, thermodynamic and dynamic processes regulating the behaviour of the Earth's atmosphere. The course unit also aims at introducing students to the observation of the Earth's atmosphere. This goal is addressed along all the lectures, and it makes wide use of meteorological information also from the web, to exploit the acquired knowledge in the analyses of real meteorological scenarios.
Risultati apprendimento attesi
At the end of the course, the student knows the most relevant radiative, thermodynamic, dynamic and physical processes underling the behaviour of the Earth's atmosphere, and the conservation laws that regulate these processes. The student knows the energy balance of the planet and the main characteristics of the general circulation. The student understands how Earth's atmosphere is monitored, and which variables are used to describe it, and is able to interpret measurements taken by different types of sensors. The student is aware that the understanding of these processes allows setting up a system of differential equations allowing to forecast the future state of the Earth's atmosphere starting from an initial observed state. Finally, the student acquires the ability to read, understand and critically analyse scientific papers and technical reports dealing with different aspects of atmospheric physic
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
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
Primo semestre
Programma
(1) L'atmosfera terrestre: struttura verticale, caratteristiche, composizione, gas in traccia, effetto serra e sistema climatico.
(2) Termodinamica dell'atmosfera: legge dei gas ideali per aria secca e umida, vapore acqueo in atmosfera, equazione idrostatica, geopotenziale, equazione ipsometrica e applicazioni, primo principio della termodinamica applicato all'atmosfera, processi adiabatici, temperatura potenziale, gradiente verticale per aria secca/satura, stabilità statica per atmosfera secca e satura, diagrammi termodinamici e applicazioni in meteorologia; secondo principio della termodinamica, equazione di Clausius-Clapeyron.
(3) Formazione, osservazione e classificazione delle nubi e della precipitazione.
(4) Sistemi e strumenti di osservazione meteorologica, misure e carte di analisi.
(5) Dinamica dell'atmosfera: concetti base di dinamica dei fluidi, approccio Euleriano e Lagrangiano; forze, equazioni del moto per un fluido viscoso in un sistema di riferimento ruotante, analisi di scala e soluzioni delle equazioni semplificate: vento geostrofico, inerziale, ciclostrofico e di gradiente. Equazione di continuità. Moti a grande scala: vento ageostrofico e moti verticali, circolazione ciclonica e anticiclonica e carte meteorologiche. Atmosfera barotropica e baroclina e vento termico.
(6) Processi radiativi: spettro elettromagnetico, leggi della radiazione del corpo nero, bilancio di radiazione per il sistema sole-terra-atmosfera; radiazione a onda lunga e corta, interazione della radiazione con l'atmosfera, bilancio radiativo alla superficie terrestre e al top dell'atmosfera. Effetto serra. Equazioni di trasferimento radiativo. Equilibrio radiativo-convettivo.
(7) Introduzione alla circolazione generale dell'atmosfera.
(8) Introduzione ai modelli numerici per la previsione meteorologica.
(2) Termodinamica dell'atmosfera: legge dei gas ideali per aria secca e umida, vapore acqueo in atmosfera, equazione idrostatica, geopotenziale, equazione ipsometrica e applicazioni, primo principio della termodinamica applicato all'atmosfera, processi adiabatici, temperatura potenziale, gradiente verticale per aria secca/satura, stabilità statica per atmosfera secca e satura, diagrammi termodinamici e applicazioni in meteorologia; secondo principio della termodinamica, equazione di Clausius-Clapeyron.
(3) Formazione, osservazione e classificazione delle nubi e della precipitazione.
(4) Sistemi e strumenti di osservazione meteorologica, misure e carte di analisi.
(5) Dinamica dell'atmosfera: concetti base di dinamica dei fluidi, approccio Euleriano e Lagrangiano; forze, equazioni del moto per un fluido viscoso in un sistema di riferimento ruotante, analisi di scala e soluzioni delle equazioni semplificate: vento geostrofico, inerziale, ciclostrofico e di gradiente. Equazione di continuità. Moti a grande scala: vento ageostrofico e moti verticali, circolazione ciclonica e anticiclonica e carte meteorologiche. Atmosfera barotropica e baroclina e vento termico.
(6) Processi radiativi: spettro elettromagnetico, leggi della radiazione del corpo nero, bilancio di radiazione per il sistema sole-terra-atmosfera; radiazione a onda lunga e corta, interazione della radiazione con l'atmosfera, bilancio radiativo alla superficie terrestre e al top dell'atmosfera. Effetto serra. Equazioni di trasferimento radiativo. Equilibrio radiativo-convettivo.
(7) Introduzione alla circolazione generale dell'atmosfera.
(8) Introduzione ai modelli numerici per la previsione meteorologica.
Prerequisiti
Conoscenze base di matematica e fisica (in particolare meccanica classica, termodinamica e dinamica dei fluidi)
Metodi didattici
Lezioni frontali tradizionali. Saranno proposte esercitazioni in classe da svolgere singolarmente o in piccoli gruppi, ed eventualmente un'uscita per la visita a siti di misure.
Materiale di riferimento
- Slide e dispense fornite a lezione e caricate su myAriel
- Wallace J. M. & Hobbs P. V.: Atmospheric Sciences, an introductory survey. Academic Press., 2006
- Holton J. R.: An introduction to dynamic meteorology. Academic Press., 2004
- Martin E. J.: Mid-latitude Atmospheric Dynamics. Wiley.
- Hartmann D. L.: Global physical climatology. Academic Press.
- Peixoto J. P. & Oort A. H.: Physics of climate. American Institute of Physics.
- Stull R. B.: Practical Meteorology: An Algebra-based Survey of Atmospheric Science. UBC. Online: https://www.eoas.ubc.ca/books/Practical_Meteorology/
- Wallace J. M. & Hobbs P. V.: Atmospheric Sciences, an introductory survey. Academic Press., 2006
- Holton J. R.: An introduction to dynamic meteorology. Academic Press., 2004
- Martin E. J.: Mid-latitude Atmospheric Dynamics. Wiley.
- Hartmann D. L.: Global physical climatology. Academic Press.
- Peixoto J. P. & Oort A. H.: Physics of climate. American Institute of Physics.
- Stull R. B.: Practical Meteorology: An Algebra-based Survey of Atmospheric Science. UBC. Online: https://www.eoas.ubc.ca/books/Practical_Meteorology/
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame finale consiste in un colloquio che mira a valutare le conoscenze acquisite e a verificare la capacità di applicarle a casi di studio riguardanti le principali tematiche affrontate. Lo studente potrà iniziare da un breve approfondimento riguardante un articolo scientifico, scelto dallo studente e precedentemente approvato dal docente, o da una relazione orale di un argomento del programma a scelta. Sarà valutata la capacità di sintesi, la capacità di esporre in modo chiaro e rigoroso nonché l'utilizzo di un linguaggio scientifico appropriato.
FIS/06 - FISICA PER IL SISTEMA TERRA E PER IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE - CFU: 1
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 5
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 5
Esercitazioni pratiche con elementi di teoria: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docente:
Davolio Silvio
Docente/i
Ricevimento:
Qualunque ora, previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
Via Botticelli 23, Locale 1021