Corso di laurea magistrale in Fisica

Conoscenza dei principali processi fisici dello strato limite atmosferico, dei processi turbolenti e dispersivi che lo caratterizzano e che determinano l’inquinamento atmosferico. Conoscenza delle caratteristiche dell’inquinamento atmosferico. Conoscenza della modellistica atmosferica.

Conoscenza e capacita' di comprensione: Conoscenza dei principali processi fisici nello strato limite atmosferico

Capacita' di applicare conoscenza e comprensione: Capacita' di interpretazione di misure e output modellistici nello strato limite planetario

PROCESSI ATMOSFERICI

RADIAZIONE: Descrizione dei fenomeni radiativi nell’atmosfera terrestre: Principali leggi della radiazione: di Planck, di Wien, di Stefan-Boltzmann, assorbivita', reflettivita', trasmissivita', radianza ed irradianza - Legge di Beer. Radiazione solare:costante solare, calcolo della posizione del sole, spettro solare, radiazione diretta e diffusa. Radiazione terrestre: spettro di emissione, bilancio radiativo, effetto serra. Radiazione netta

UMIDITA': Il vapore nell’atmosfera terrestre. Le leggi fondamentali, l’umidità dell’aria

FLUSSI DI ENERGIA ALLA SUPERFICIE: Descrizione del bilancio energetico alla superficie terrestre. Flussi di calore misurati e parametrizzati in diverse condizioni di suolo (nudo, vegetato, umido, ghiacciato, oceano).

STABILITA' ATMOSFERICA. Descrizione delle diverse condizioni di stratificazione dell’atmosfera, definizione delle diverse classi stabilità che le caratterizzano e introduzione delle grandezze atmosferiche che le definiscono: Lapse rate adiabatico secco e umido; Temperatura potenziale; Frequenza di Brunt-Vaisala; Stabilità statica e dinamica dell'atmosfera secca, umida  e satura; Instabilita' di Kelvin-Helmholtz e Turbolenza in aria chiara; Numero di Richardson. 

TURBOLENZA. Introduzione alla turbolenza atmosferica, ai processi e alle leggi che la determinano, alle grandezze che la descrivono: Flussi laminari e turbolenti; Spettro della turbolenza; Turbolenza meccanica e termica; Stress di Reynolds; Equazioni del flusso turbolento e loro semplificazioni; Energia cinetica turbolenta, sua equazione di bilancio e problema della chiusura; Relazione tra stabilità atmosferica e energia cinetica turbolenta.

STRATO SUPERFICIALE. Descrizione delle caratteristiche dello strato atmosferico alla superficie e introduzione alla teoria della similarità di Monin-Obukhov, dei parametri e delle quantità che lo definiscono: Profilo logaritmico della velocità del vento; Lunghezza di scala di Obukhov; Velocità di attrito, altezza di rugosità; Teoria K di flusso gradiente e lunghezza di mescolamento.

STRATO LIMITE PLANETARIO (PBL): Descrizione dei processi turbolenti e dispersivi che caratterizzano lo strato limite atmosferico; Ciclo giornaliero e definizione dell’altezza di strato limite; Equazioni prognostiche per le variabili medie, per le varianze e per i flussi nel PBL, Funzioni di similarità nel PBL; Condizioni di stratificazione e stabilità: strato rimescolato, residuo e notturno; dinamica della dispersione di traccianti nello strato limite e nelle diverse condizioni di stabilità atmosferica.

INQUINAMENTO ATMOSFERICO. Definizione di ‘inquinante atmosferico’ e descrizione dei diversi inquinanti atmosferici, dai gas e aerosol alle microplastiche, e delle loro caratteristiche, densità e concentrazione, sorgenti di inquinamento e loro tipologie; processi di emissione, dispersione (trasporto e diffusione), deposizione secca e umida, trasformazione e rimozione in atmosfera degli inquinanti; concetti e metodi per lo studio dell’impatto ambientale e degli effetti sulla salute.

APPROCCIO MODELLISTICO E STRUMENTI DI MISURA

LA MODELLISTICA. Introduzione a modellistica fisica e modellistica numerica. Descrizione dei modelli atmosferici: Equazioni di conservazione; Parametrizzazioni di turbolenza, strato superficiale e strato limite, radiazione, microfisica. Modelli globali e regionali. Modellistica della dispersione e della qualità dell’aria, dal modello Gaussiano ai modelli Euleriani e Lagrangiani. Sistemi modellistici meteo-dispersivi. Applicazione dei modelli numerici, dalla scala sinottica alla scala urbana: Studio della circolazione e della dispersione; Valutazione dell’impatto ambientale; Previsioni e valutazione della qualità dell’aria. Esempi ed esperienze.

GLI STRUMENTI DI MISURA Principali strumenti di misura delle grandezze meteorologiche. Radiometri, igrometri, termometri, anemometri, polverimentri. Strumenti di tipo tradizionale ed avanzato per misure di turbolenza nello strato limite planetario.

L'insegnamento avviene tramite lezioni frontali in presenza.   

Le slide dei corsi sono disponibili su campusnet

Esame orale sugli argomenti trattati durante il corso. Le docenti porrano ciascuna alcune domande sulla parte di corso  svolto. La durata dell'esame è di circa 40-50 minuti. 

Arya: Introduction to Micrometeorology (2001), Academic Press.

Camuffo:  Microclimate for Cultural Heritage (2019), Elsevier.

Curry - Webster: Thermodynamics of Atmospheres & Oceans (1999), Academic Press

Foken: Micrometeorology (2016), Springer

Garratt : The Atmospheric Boundary Layer (1994), Cambridge University Press.

Jacob D.J.: Introduction to Atmospheric Chemistry (1999), Princeton University Press.

Jacobson M.Z.: Fundamentals of Atmospheric Modelling (2005), Cambridge University Press.

Kaimal J.C. and Finnigan J.J: Atmospheric Boundary Layer Flows (1994) Oxford University Press.

Markowski P., Richardson Y.:Mesoscale Meteorology in Midlatitudes (2010), Wiley-Blackwell

Montheith - Unsworth : Principles of Environmental Physics (2015), Academic press.

Moreira D. and Vilhena M. Eds: Air Pollution and Turbulence: Modeling and Applications (2010). CRC Press Taylor & Francis Group

Seinfeld and Pandis: Atmospheric chemistry and physics (2006), Wiley

Sorbjan Z.: Structure of the Atmospheric Boundary Layer (1989). Prentice Hall Publisher, USA.

Stull R.B.: An Introduction to Boundary Layer Meteorology (1989), Kluwer Academic Press.

Stull R.B.: Practical Meteorology: An Algebra-based Survey of Atmospheric Science (2017) -version 1.02b.  Univ. of British Columbia.  940 pages.  isbn 978-0-88865-283-6.

Wallace J.M., Hobbs P.V., 2006: Atmospheric Science, Elsevier, 484 pp.

Wingaard J.C.: Turbulence in the Atmosphere (2010). Cambridge University Press.