Dinamica dei fluidi geofisici e laboratorio

A.A. 2019/2020
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
- 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
- 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