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Oggetto:
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Fisica del clima

Oggetto:

Physics of Climate

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice attività didattica
MFN0569
Docenti
Prof. Claudio Cassardo (Titolare del corso)
Prof.ssa Elisa Palazzi (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/06 - fisica per il sistema terra e per il mezzo circumterrestre
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
Nozioni di fisica e matematica di base.
Basic calculus and physics notions.
Propedeutico a
Ogni corso del settore atmosferico-oceanografico-clima.
Each course in the sector of atmospheric, ocean and climate science.
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Insegnare agli studenti alcune nozioni fondamentali sui processi che regolano il clima terrestre, come frutto dell'interazione tra i sottosistemi principali che compongono il sistema terra-atmosfera-oceano, e inoltre alcune nozioni di base relativamente ai modelli numerici ed all'interpretazione delle uscite dei modelli climatici.

To teach to students some basic informations about the processes regulating the Earth's climate, as a result of the interaction between the major subsystems that compose the earth-atmosphere-ocean system, and also some basic notions on numerical models and the interpretation of the climate models outputs.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di comprendere i processi di base che regolano il clima terrestre e il contributo dei principali sottosistemi.

After the course the student will be able to understand the basic processes that regulate the Earth's climate and the contribution of the major subsystems.

Oggetto:

Programma

Parte A

Introduzione al concetto di Clima e di Sistema Climatico terrestre (differenze tra meteorologia, climatologia, effetto dell'atmosfera, modelli numerici per il clima, componenti lente e veloci).

Il "sistema Terra" (acqua, ghiaccio, ciclo idrologico, atmosfera, suolo e land use).

La circolazione atmosferica (dall'ipotesi di Terra omogenea non rotante alla situazione reale, le celle, l'ITCZ, le zone climatiche terrestri, la classificazione di Koppen, cenni sul contributo degli "eddy" e le correnti a getto).

Gli oceani (proprietà dell'acqua marina, salinità, profili verticali, strato rimescolato, cenni sulla circolazione a grande scala indotta dai venti, upwelling, El Nino, la corrente del Golfo, le correnti oceaniche, la circolazione termoalina, l'effetto del Mediterraneo, le correnti fredde artiche ed antartiche, il collasso termoalino).

I feedback climatici (le forzanti naturali ed antropiche, sensitività climatica, esempi: ghiaccio-albedo, vapore acqueo-temperatura, nubi-radiazione, fitoplancton-DMS, daisyworld).

Storia climatica della terra (metodi di misure paleoclimatiche, atmosfera primordiale, seconda e terza, climi arcaici, ere glaciali arcaiche, il clima dal fanerozoico al cretaceo, il clima dell'eocene, il clima del cenozoico, le glaciazioni recenti, la teoria di Milankovitch, l'alternanza Artide-Antartide, Younger Dryas, l'ultimo millennio, i dati strumentali, le osservazioni nell'ultimo secolo).

PARTE B

Introduzione ai modelli climatici. Definizioni, Gerarchia dei modelli climatici, loro componenti e loro uso.

Alcuni elementi di base utili per la trattazione modellistica: La radiazione, il bilancio energetico, e il trasferimento radiativo. Effetto serra, equilibrio radiativo ed equilibrio radiativo convettivo.

Modelli climatici:

- Modelli a Bilancio di energia (EBM). Struttura generale di un EBM, EBM 0-dimensionali, EBM 1-dimensionali, Parametrizzazioni negli EBM, Applicazioni (geofisiologia e cicli glaciali). Interazione clima-biosfera.

- Modelli Radiativo-Convettivi (RC) e Modelli a Complessità intermedia (EMIC). Equilibrio radiativo e radiativo-convettivo e implementazione nei modelli climatici a complessità intermedia.

- Modelli climatici globali (GCM). Struttura di un GCM, componenti e interazioni, equazioni fondamentali e loro modellazione.

- Cenni di modellistica climatica regionale

- Validazione dei modelli di clima.

 

Part A

Introduction to the concept of Climate and Earth Climate System (differences between meteorology and climatology, effect of the atmosphere, climate numerical models, slow and fast components).

The "Earth system" (water, ice, hydrological cycle, atmosphere, soil and land use).

The atmospheric circulation (from the hypothesis of homogeneous non-rotating Earth to the real situation, the cells, the ITCZ, the Earth climatic zones, the Koppen classification, eddies and jet streams contributions).

Oceans (properties of the sea water, salinity, vertical profiles, mixed layer, large scale circulation induced by winds, upwelling, El Nino, the Gulf stream, ocean currents, the thermohaline circulation, the Mediterranea effect, the cold currents in Arctica and Antarctica, the thermohaline collapse).

The climate feedbacks (natural and antropic forcings, climate sensitivity, examples: ice-albedo, wate rvapor-temperature, clouds-radiation, fitoplancton-DMS, daisyworld).

Earth climate history (paleoclimate record measurement techniques, primitive atmosphere, second and third, archaic climates, archaic glacial heras, the climate from Phanerozoic to Kretaceous, Aeocene climate, Cenozoic climate, recent ice ages, the Milankovitch "theory", the Arctica-Antarctica see-saw, the Younger Dryas, the last millennium, the instrumental data, last century observations).

PART B

Introduction to climate models. Definition, Hierarchy of climate models, their components and their use.

Some basic elements of the climate system useful for climate modeling: radiation, energy balance, and radiative transfer. The greenhouse effect, radiative equilibrium, and radiative-convective equilibrium.

Climate models:

- Energy Balance Models (EBM). General structure of an EBM, 0-dimensional EBMs, 1-dimensional EBMs, Parameterizations in EBMs, Applications (geophysiology and glacial cycles). Climate-Biosphere Interactions.

- Radiative-Convective Models (RC) and Intermediate Complexity Models (EMIC).

- Global Climate Models (GCMs). Structure of a GCM, components and interactions, fundamental equations and their modeling.

- Regional climate modeling (dynamical downscaling)

- Validation of climate models.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Le lezioni si terranno in presenza in aula, e saranno anche trasmesse in streaming tramite le pagine WebEx personali dei docenti (vedi sotto) per gli studenti seriamente impossibilitati a partecipare alle lezioni in presenza. La versione trasmessa verrà anche registrata e posta sulla piattaforma Moodle. La prima lezione si terrà in aula A e sarà effettuata dal Prof. Cassardo. Eventuali modifiche dovute ad emergenze sanitarie verranno comunicate durante il corso.

Lectures will be held face-to-face in the classroom, and will also be streamed via the teachers' personal WebEx pages (see below) for students seriously unable to attend face-to-face lessons. The streamed version will also be recorded and stored on the Moodle platform. The first lesson will be held in classroom A and will be teached by Prof. Cassardo. Eventual changes due to sanitary emergencies will be communicated during the course.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Le modalità di verifica dell'apprendimento saranno effettuate mediante test scritti a domande aperte multiple, salvo variazioni causate da emergenze sanitarie o richieste dell'ateneo o ministeriali.

The methods for learning verification will be carried out by means of written tests with multiple open questions, except for variations caused by sanitary emergencies or university or ministerial requests.

Oggetto:

Attività di supporto

Se possibile, si cercherà di far effettuare uno o due seminari durante il corso da esperti di scienze del clima.

If possible, we will try to organize one or two seminars during the course performed by experts in climate science.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Global Physics Climatology
Anno pubblicazione:  
1994
Editore:  
Academic Press
Autore:  
Dennis L. Hartmann
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Elementary Climate Physics
Anno pubblicazione:  
2007
Editore:  
Oxford U. Press
Autore:  
F. W. Taylor
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Altro
Titolo:  
Climate Change 2021: The Physical Science Basis
Descrizione:  
The IPCC Working Group I contribution to the Sixth Assessment Report is the most up-to-date physical understanding of the climate system and climate change, bringing together the latest advances in climate science, and combining multiple lines of evidence from paleoclimate, observations, process understanding, and global and regional climate simulations.
Note testo:  
Available and download-able from internet in pdf
URL:  
Obbligatorio:  
No
Oggetto:

Sono state predisposte dispense contenenti la descrizione di tutti gli argomenti trattati nelle lezioni e nelle applicazioni in aula. Tutto il materiale verrà inserito sulla piattaforma Moodle, non qui.

Copies of the slides plus additional documents containing the description of topics covered in the lessons and applications will be given. All material will be posted on the Moodle platform, not here. 



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Note

AVVISO: su Moodle è disponibile la registrazione delle lezioni di Fisica del clima dell'anno scorso, cercandole selezionando l'anno accademico e il codice o il nome del corso. Cercheremo di rendere disponibili anche le videoregistrazioni di quest'anno.

NOTICE: the videos of the previous year's recorded lessons of Physics of the Climate is available on Moodle, searching for them by selecting the academic year and the code or name of the course. We will try to make this year's video recordings available as well. 

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Orario lezioniV

Lezioni: dal 27/09/2021 al 14/01/2022

Nota: Orario visualizzabile alla sezione "Orario lezione"

Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 26/09/2021 15:49
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