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Oggetto:
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Fisica del clima

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Physics of Climate

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Anno accademico 2013/2014

Codice dell'attività didattica
MFN0569
Docenti
Prof. Claudio Cassardo (Titolare del corso)
Dott. Elisa Palazzi (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
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Modalità d'esame
Esame: è prevista una sola prova scritta, con 3 o 4 domande a risposta aperta.
Exam: there will be a written examination, with 3 or 4 open questions.
Prerequisiti
I corsi di base di fisica dei primi due anni.
Propedeutico a
Tutti i corsi del settore di fisica ambientale della laurea magistrale in Fisica (es.: fisica dell'atmosfera, fisica dell'ambiente, meteorologia, fisica terrestre, fluidodinamica, ecc.).
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Sommario insegnamento

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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.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Capacità di effettuare un approccio scientificamente corretto alle problematiche delle scienze del clima. Assunzione di concetti di base in relazione ai processi che regolano il clima terrestre, in modo da poter seguire con successo corsi di livello superiore o entrare nel mondo del lavoro su problematiche ambientali.

Ability to have a scientifically correct approach to the climate science problems. Assumption of basic concepts on processes that regulate the Earth's climate, in order to successfully attend higher level courses or work in environmental issues.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Le modalità di verifica dell'apprendimento saranno effettuate mediante test scritti a domande aperte multiple.

The methods for learning verification will be carried out by means of written tests with multiple open questions.

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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.

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Contenuti

Concetti fondamentali relativi al sistema climatico terrestre, ai principali processi di interazione e di modellistica numerica e interpretazione dei relativi prodotti.

Basic principles of Earth's climate system, the main processes of interaction and numerical modeling and interpretation of related products.

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Programma

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).

Introduzione ai modelli climatici. Gerarchia dei modelli climatici e loro componenti, Tipologie di Modelli, Stati di equilibrio e stabilità, Teoria della risonanza stocastica e applicazione ai cicli glaciali, Teoria ergodica dei sistemi dinamici, Definizione di attrattore, il concetto di parametrizzazioni

La radiazione, il bilancio energetico, e il trasferimento radiativo. Leggi fisiche della radiazione, bilancio globale di energia, modelli di effetto serra, trasferimento radiativo in atmosfera, equilibrio radiativo ed equilibrio radiativo cnvettivo

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)

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

Modelli climatici globali (GCM). Struttura di un GCM, componenti e interazioni, equazioni fondamentali e loro modellazione. Un esempio di GCM: EC—Earth. Validazione dei modelli di clima

Cenni di modellistica climatica regionale e tecniche di downscaling

Scenari e proiezioni climatiche per il XXI secolo

 

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 ).

Introduction to Climate Models. Types of climate models, Sensitivity of climate models, Equilibrium climatic states, Stability of model results, Equilibrium conditions and transitivity of climate systems, Measures of climate model sensitivity, Parameterization of climatic processes

Energy Balance Models (EBM). Balancing the planetary radiation budget, simple models of greenhouse effect,  radiative transfer in the atmosphere, structure of energy balance models, Zero-dimensional EBMs, One-dimensional EBMs, Parameterizing the climate system for energy balance models, a basic EBM (geophysiology)

Radiative-Convective Models and Intermediate Complexity Models. Radiative equilibrium, Atmospheric stability, radiative-convective equilibrium, Intermediate Complexity Models and an example: PLASIM

Global Climate Models (GCM). Structure of a GCM, GCM components and interactions, prognostic equations and their solution. An example of GCM: EC-Earth. Model evaluation and validation, Scenarios and future projections.

Regional Climate Models and downscaling methods

Model evaluation, validation and testing

Twenty-first century model projections (IPCC AR5 report)


Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Durante il corso verranno fornite agli studenti delle dispense redatte dai docenti, in lingua inglese, contenenti la descrizione di tutti gli argomenti trattati nelle lezioni.

AVVISO: si prega di NON stampare il materiale relativo all'anno scorso in quanto il contenuto del corso, e conseguentemente il materiale didattico, varieranno un po' nel corso del corrente A.A.

During the course, we will give to students some material prepared by the teachers, in English, containing a description of all the topics covered in the lectures.

NOTICE: please DO NOT print material related to last year, because the course program, and consequently the teaching materials, will vary a bit in the current year.



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Note

Il corso si tiene indicativamente nelle giornate di mercoledì, giovedì e venerdì. Per dettaglio vedere aula G. Codice specialistica S8682.

Per la gestione degli appelli, si prega di non riferirsi a questo sito ma al sito ESSE3, ove saranno anche riportati gli esiti. La registrazione all'esame scritto è obbligatoria e si deve fare usando i servizi interattivi per gli studenti.

I risultati delle prove saranno riportati per consultazione su questo sito. Successivamente si provvederà alla registrazione su ESSE3.

The course is held roughly on Wednesday, Thursday & Friday. For details see classroom G. The code of the course is S8682.

For the exam management, please do not refer to this site but to the site ESSE3, 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.

The exam results will be reported on this site. Subsequently there will be the registration on ESSE3 portal.

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Ultimo aggiornamento: 23/07/2014 09:12