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Fisica del clima

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Physics of Climate

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Anno accademico 2016/2017

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
Doppia
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 del corso

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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

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 insegnamento

Lezioni in aula.

Lectures in classroom.

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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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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).

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 al sistema climatico. Definizioni, approccio riduzonistico, la natura statistica del clima, specificità del clima sulla Terra, variabilità del clima sulla Terra e sue cause, Variabilità interna del clima, Feedback climatici, Forzanti Naturali e Antropiche, Climate Sensitivity. 

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

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 convettivo.

 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. 

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

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 the Climate System. Definitions, Earth Cliamte Specifities, Internal climate variability and feedbacks, External natural and anthropogenic forcings, climate sensitivity

Introduction to Climate Models. Definitions, Types of climate models and thier hierarchy, overview of simple and clomplex climate models and thier use

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. Model evaluation and validation

Regional Climate Models and downscaling methods

Model evaluation, validation and testing

Twenty-first century model projections (IPCC AR5 report)

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Testi consigliati e bibliografia

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

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

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Orario lezioni

Lezioni: dal 26/09/2016 al 25/11/2016

Nota: Orario visualizzabile alla sezione "Orario lezione"

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Note

AVVISO: è disponibile la registrazione delle lezioni di Fisica del clima sul sito: http://elearning.moodle2.unito.it/df/ (selezionare III Anno e poi il nome del corso)

NOTICE: registration on the website of Climate Physics lectures: http://elearning.moodle2.unito.it/df/ is available (select III year and then the name of the course)

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Ultimo aggiornamento: 13/04/2017 08:52
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