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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 2014/2015

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
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto
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.
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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.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza dei processi di base che regolano il clima terrestre e contributo dei principali sottosistemi.

Knowledge of the basic processes that regulate the Earth's climate and contribution of the major subsystems.

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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.

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.

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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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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 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

 

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 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)

 

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.

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.

Copies of the slides plus additional documents containing the description
of topics covered in the lessons, applications, and exercises will be given.



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Ultimo aggiornamento: 16/04/2015 15:14