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Oggetto:
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Fisica dell'atmosfera

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Physics of the Atmosphere

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Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
MFN1340
Docenti
Claudio Cassardo (Titolare)
Enrico Arnone (Titolare)
Corso di studio
008510-105 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica del Sistema Meteoclimatico, Generale e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti
I corsi di base di fisica del primo triennio della laurea triennale in fisica.
The basic courses of the first 3 years of the bachelor in Physics.
Propedeutico a
Meteorologia, Fisica dell'ambiente, e in generale a tutti i corsi di indirizzo.
Meteorology, environmental Physics, and in general all courses of the environmental sector.
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L’insegnamento intende fornire le basi fisico-matematiche che regolano il comportamento dell’atmosfera terrestre, ponendo l'accento sui fenomeni legati alla stabilità (anche dal punto di vista dell'inquinamento), sulle trasformazioni termodinamiche, sulle grandezze igrometriche, e sulla dinamica, evidenziando il diverso contributo delle forze coinvolte nella dinamica dell'atmosfera stessa. Una sezione a parte introduce l'analisi dimensionale e la teoria della similitudine.

The course is aimed to give the physical-mathematical bases which regulate the behavior of the terrestrial atmosphere, pointing out on the phenomena connected to the stability (also by the point of view of the pollution), on the thermodynamic transformations, on the hygrometric variables and on the dynamics, pointing out on the different contribution of the forces involved in the dynamics of the atmosphere. A special section introduces the dimensional analysis and the similarity theory.

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Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE Acquisizione di conoscenze teoriche e operative relative ai processi che regolano la statica, la dinamica e la termodinamica dell'atmosfera, e padroneggiamento delle principali equazioni su cui tali discipline si basano.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE Acquisizione della capacità di applicare le conoscenze teoriche precedenti alla risoluzione di problemi, con specifico riferimento a tematiche di rilievo atmosferico.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO Saranno sviluppate le capacità di analisi quantitativa dei fenomeni. Sarà inoltre acquisita la conoscenza delle nozioni di base necessarie per poter dare un contributo consapevole a molti processi decisionali di natura sociopolitica che richiedono conoscenze scientifiche.
ABILITÀ COMUNICATIVE Acquisizione di competenze e strumenti per la comunicazione nella forma scritta e orale, in lingua italiana, unitamente all'utilizzo di linguaggi grafici e formali.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di
autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia.

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING Acquisition of theoretical and applicative skills concerning the processes regulating the statics, the dynamics and the thermodynamics of the atmosphere, and management of the main equations on which such disciplines are based.
APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING Acquisition of the ability to apply the theoretical knowledge of previous themes to the solution of problems, with a focus on atmospherically relavant issues.
MAKING JUDGEMENTS The student will develop their skills of quantitative analysis of phenomena. The student will also acquire the knowledge of the basic notions necessary to be able to make a conscious contribution to many socio-political decision-making processes that require scientific knowledge.
COMMUNICATION SKILLS Acquisition of oral and written communication skills and expertise, in italian, as well as the ability to use graphical and formal languages.
LEARNING SKILLS. Acquisition of autonomous learning capacity and self-assessment of its
preparation, in order to undertake subsequent studies with a high degree of autonomy.

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Programma

Introduzione. Rappresentazione euleriana e lagrangiana. Formazione dell'atmosfera terrestre e sua evoluzione. Regioni atmosferiche. Forze agenti sull'atmosfera statica. Equilibrio idrostatico. Equazione di stato per l'aria secca. Equazione di stato per l'aria reale. Temperature convenzionali: la temperatura virtuale. Energia potenziale gravitazionale. Il geopotenziale. Formule barometriche e altezze di scala dell’atmosfera. Varie semplificazioni di atmosfera: omogenea, isoterma, politropica. Formula barometrica generale. Rappresentazioni in coordinate di pressione.
Altezze di scala. Coordinate isentropiche. Grandezze igrometriche. Trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni cicliche. Processi isentropici. Primo principio della termodinamica per l'atmosfera.
Trasformazioni adiabatiche reversibili per aria non satura. Temperatura potenziale. Stabilità dell’atmosfera non satura. Prima legge della Termodinamica per i processi adiabatici saturi in atmosfera. Equazione di Clapeyron. Trasformazioni infinitesimali adiabatiche per aria satura.
Processi pseudo-adiabatici. Stabilità atmosferica per processi adiabatici saturi e non saturi. Temperature convenzionali. La stabilità atmosferica con il modello dello strato. Instabilità e stabilità convettive. Le principali forze reali nell’atmosfera in movimento. Le forze apparenti nell’atmosfera. Moto relativo rotatorio uniforme. Sistemi di riferimento non inerziali. Coordinate locali. Equazione vettoriale del moto sulla Terra rotante. Equazione del moto in coordinate polari. Approssimazione geostrofica. Approssimazione idrostatica. L’equazione di continuità. Equazione di conservazione dell’energia termodinamica. Analisi di scala delle equazioni di conservazione della quantità di moto, massa ed energia termodinamica, dell’equazione di continuità, dell’equazione dell’energia termodinamica. Equazioni della dinamica in coordinate isobariche.
Coordinate naturali. Flusso geostrofico. Flusso ciclostrofico. Vento di gradiente. Atmosfera baroclina e barotropica: il vento termico. La vorticità. La circolazione. Il teorema di Kelvin della circolazione.
L’equazione dinamica della vorticità. La vorticità potenziale. Legge di conservazione della vorticità potenziale. Equazione della componente verticale della vorticità e sua analisi di scala. Analisi dimensionale. Similarità dinamica e teoria della similitudine. I modelli fisici.

Introduction. Eulerian and Lagrangian representation. Formation of the earth and its evolution. Atmospheric regions. Forces acting on the static atmosphere. Hydrostatic equilibrium. Equation of state for dry air. Equation of state for the actual air. Conventional temperatures: the virtual temperature. Gravitational potential energy. The geopotential. Barometric general formulations and scaling heights of the atmosphere. Various simplifications of atmosphere: homogeneous, isotherm, politropic. General barometric formula. Representations in pressure coordinates. Scale heights. Isentropic coordinates. Hygrometric variables. Thermodynamic transformations. Cyclical transformations. Isentropic processes. First principle of thermodynamics for the atmosphere. Reversible adiabatic transformations for saturated air. Potential temperature. Stability of the non-saturated atmosphere. First law of thermodynamics for adiabatic saturated processes in the atmosphere. Clapeyron equation. Infinitesimal adiabatic transformations for saturated air. Pseudo-adiabatic processes. Atmospheric stability for saturated and
not saturated adiabatic processes. Conventional temperatures. The atmospheric stability with the model of the layer. Convective instability and stability. The main real forces in the moving atmosphere. The apparent forces in the atmosphere. Uniform rotation relative motion. Reference systems non-inertial. Local coordinates. Vector equation of motion on the rotating Earth. Equation of motion in polar coordinates. Geostrophic approximation. Hydrostatic approximation. The equation of continuity. Equation of conservation of thermodynamic energy. Analysis of scale of the equations of conservation of momentum, mass and energy, thermodynamics, equation of continuity, equation of thermodynamics. Equations of dynamics in isobaric coordinates. Natural coordinates. Geostrophic flow.
Ciclostrophic flow. gradient Wind. Barocline and barotropic atmosphere: thermal wind. The vorticity. Circulation. The Kelvin theorem of the circulation. The dynamic equation of the vorticity. The potential vorticity. Law of conservation of the potential vorticity. Equation of the vertical component of the vorticity and its scale analysis. Dimensional analysis. Dynamic similarity and similarity theory. Physical models.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali in aula (48 ore). Di queste, due potranno essere dedicate a eventuali visite ai laboratori dipartimentali (stazione meteorologica sul tetto e laboratorio Turlab), e due a eventuali seminari esterni di cui sarà data indicazione durante il corso.

Frontal lessons in classroom (48 hours). Of these 48 hours, two may be dedicated to eventual visits to departmental laboratories (weather station on the terrace and Turlab laboratory), and two to eventual external seminars of which will be given information during the course.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esami orali in classe sugli argomenti svolti a lezione. L'esame consiste in tre domande selezionate da una lista di domande fornite prima dell'esame. E' possibile portare una domanda a scelta. La votazione finale è espressa in trentesimi ed è ottenuta dalla media aritmetica delle risposte alle tre domande. 

Oral exams in class on the topics covered in the lessons. The exam consists of three questions selected from a list of questions provided before the exam. It is possible to choose one question. The final grade is expressed on a scale of thirty and is obtained from the arithmetic average of the answers to the three questions.

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Attività di supporto

Eventuali visite a laboratori o altre postazioni sperimentali. Esecuzione di semplici applicazioni in aula.

Conferenze tenute dal Prof. Cassardo sui temi: cambiamenti climatici, meteorologia.

Eventual visits to laboratories or other experimental locations. Performing simple experiments in the classroom.

Conferences held by Prof. Cassardo on the topics: climate change, meteorology

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
An Introduction to Dynamic Meteorology
Anno pubblicazione:  
1996
Editore:  
Elsevier
Autore:  
James R. Holton
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
An Introduction to Atmospheric Physics
Anno pubblicazione:  
2010
Editore:  
Cambridge University Press
Autore:  
David G. Andrews
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Altro
Titolo:  
Corso di Fisica dell’atmosfera, dell’ambiente e del clima terrestre
Descrizione:  
Autore: Arnaldo Longhetto
Note testo:  
Testo non pubblicato, disponibile come pdf
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.

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. 



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Note

AVVISO: su Moodle è disponibile la registrazione delle lezioni di Fisica dell'atmosfera dell'anno scorso, cercandole selezionando l'anno accademico e il codice o il nome dell'insegnamento.

Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)

 

NOTICE: the videos of the previous year's recorded lessons of Physics of the Atmosphere is available on Moodle, searching for them by selecting the academic year and the code or name of the course. 

Students with DSA or disabilities are requested to review the support methods (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) and reception (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) of the University, and in particular the necessary procedures for support during exams (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto).

 

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Orario lezioniV

GiorniOreAula
Martedì11:00 - 13:00Aula Wick Dipartimento di Fisica
Venerdì11:00 - 13:00Aula Wick Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 25/09/2023 al 12/01/2024

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 27/05/2024 17:56
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