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Oggetto:
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Fisica del clima -- Physics of Climate

Oggetto:

Anno accademico 2011/2012

Codice dell'attività didattica
MFN0569
Docenti
Prof. Claudio Cassardo (Titolare del corso)
Prof. Guido Boffetta (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo didattico
Primo periodo didattico
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/06 - fisica per il sistema terra e per il mezzo circumterrestre
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Esiti degli esami scritti del modulo A (Prof. C. Cassardo) di fisica del clima (A.A. 2011-2012): su questo sito.

Esiti degli esami scritti del modulo B (Prof. G. Boffetta) di fisica del clima (A.A. 2011-2012): su questo sito.

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Programma

Parte A

Introduzione al concetto di Clima e di Sistema Climatico terrestre (differenze tra meteorologia e 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).
Bilancio energetico e radiazione (riepilogo leggi sulla radiazione, onda corta e lunga, la radiazione solare, la "costante" solare, l'albedo, bilancio energetico planetario, radiazione netta, squilibrio e trasporto, bilancio radiativo, effetto serra,  l'assorbimento atmosferico, effetto delle nubi).
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).
Il clima futuro (gli scenari di emissione, analisi critica delle previsioni modellistiche per la fine del secolo, il downscaling alla mesoscala e a scala stagionale).

Parte B

Introduzione ai sistemi dinamici Definizione di sistema dinamico.  Sistemi dinamici continui e mappe.  Definizione di attrattore.  Punti fissi e cicli limite.  Stabilità lineare, definizioni ed esempi.
Esempi di sistemi caotici: mappa logistica e mappa di Bernouilli.
Esponenti di Lyapunov. Definizioni ed esempi. Dimensione frattale.  Definizione, calcolo e legame con esponenti di Lyapunov.
Modelli di bilancio energetico globale.  Energy balance model: equilibri multipli.  Inclusione dell'effetto serra.
Modelli stocastici: risonanza stocastica.
Modelli dinamici per el Nino.
Modelli caotici per la dinamica dell'atmosfera:  Il modello di Lorenz 1984.

Il ciclo idrologico e le sue componenti. Il trasporto di acqua e vapore in atmosfera. I modelli di clima globale.
Le sorgenti: Evaporazione e evapotraspirazione. Un modello semplificato di interazione suolo-vegetazione-atmosfera.
Il ruolo degli aerosol. Effetti radiativi ed effetti termodinamici. Le "Atmospheric Brown Clouds". L'esempio dell'Himalaya e del Karakorum
La dinamica dei ghiacciai e della criosfera. Cambiamenti climatici e disponibilità d'acqua. Modelli semplificati di ghiacciai e scudi glaciali.

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).
Energy balance and radiation (summary of radiation laws, short- and long-wave, solar radiation, solar "constant", albedo, planetary energy balance, net radiation, unbalance and transport, radiative budget, greenhouse effect, atmospheric absorption, cloud effect).
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).
Future climate (emission scenarios, critical analysis of model forecasts for the end of the century, the mesoscale and local scale downscaling ).

Part B 

Introduction to dynamic systems Definition of dynamic system.  Continuous dynamic systems and maps.  Definition of attractor. Fixed points and limit cycles.  Linear stability, definitions and examples. Examples of chaotic systems: logistic map and map of Bernoulli.
Lyapunov exponents. Definitions and examples. Fractal dimension. Definition, calculation and link with Lyapunov exponents.
Global energy balance models. Energy balance model: multiple equilibria. Inclusion of the greenhouse effect.
Stochastic models: stochastic resonance.
Dynamic models of El Nino.
 
Chaotic models for the dynamics of the atmosphere: the model of Lorenz 1984.

The hydrological cycle and its components. The transport of water vapor in the atmosphere. The models of global climate.
Sources: Evaporation and evapotranspiration. A simplified model of soil-vegetation-atmosphere interaction.
The role of aerosols. Radiative and thermodynamic effects. The "Atmospheric Brown Clouds". The example of the Himalayas and Karakorum
The dynamics of glaciers and the cryosphere. Climate change and water availability. Simplified models of glaciers and ice shields.

 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Sono state predisposte dispense contenenti la descrizione di tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, nelle applicazioni e nelle esercitazioni in aula.



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Note

Il corso si tiene indicativamente lun-giov-ven. Per dettaglio vedere aula G. Codice specialistica S8682.

Esame: i due moduli hanno modalità d'esame distinte. Il modulo del Prof. Cassardo prevede un esame scritto, con 3 o 4 domande a risposta aperta. Il modulo del Prof. Boffetta prevede invece un colloquio orale. Per la gestione degli appelli, si prega di non riferirsi a questo sito ma al sito https://wall.rettorato.unito.it/sia/ , ove saranno anche riportati gli esiti. La registrazione all'esame scritto è obbligatoria e si deve fare usando i servizi interattivi per gli studenti.

The course is held roughly on Mon-Thurs-Fri. For details see classroom G. The code of the course is S8682.

Exam: the two modules have different exam kind. For the Prof. Cassardo module, there will be a written examination, with 3 or 4 open questions. For the module of Prof. Boffetta, there will be an oral interview. For the exam management, please do not refer to this site but to the site https://wall.rettorato.unito.it/sia/ , where the results will also be reported. The registration for the written exam is mandatory and must be done using the
servizi interattivi per gli studenti.

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Ultimo aggiornamento: 01/08/2012 10:57