Dinamica dei fluidi geofisici
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
1. Fornire un quadro delle leggi fisiche che regolano i processi di flusso e trasporto in aria, in acqua e nei terreni.
2. Fornire gli strumenti fisici per analizzare le osservazioni compiute nell'ambito delle reti di monitoraggio dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera.
3. Fornire gli elementi per comprendere il bilancio radiativo del nostro pianeta ed il ruolo dell'atmosfera e dell'idrosfera in questo bilancio.
4. Introdurre concetti di statistica di base e sui processi stocastici e su loro applicazioni nelle geoscienze.
5. Introdurre nozioni sulle misure geofisiche.
2. Fornire gli strumenti fisici per analizzare le osservazioni compiute nell'ambito delle reti di monitoraggio dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera.
3. Fornire gli elementi per comprendere il bilancio radiativo del nostro pianeta ed il ruolo dell'atmosfera e dell'idrosfera in questo bilancio.
4. Introdurre concetti di statistica di base e sui processi stocastici e su loro applicazioni nelle geoscienze.
5. Introdurre nozioni sulle misure geofisiche.
Risultati apprendimento attesi
1. Capacità di lettura e comprensione di articoli scientifici e relazioni tecniche riguardanti gli aspetti fisici della dinamica dell'atmosfera, della criosfera e dell'idrosfera.
2. Capacità di progettazione di modelli di flusso e trasporto (bilancio di massa ed energia, trasporto di soluti, ecc.) in atmosfera, criosfera e idrosfera.
3. Capacità di analisi critica dei risultati del monitoraggio di grandezze fisiche in atmosfera, criosfera e idrosfera.
4. Capacità di svolgere semplici analisi statistiche di dati geoscientifici.
5. Capacità di progettazione ed esecuzione di misure geofisiche.
2. Capacità di progettazione di modelli di flusso e trasporto (bilancio di massa ed energia, trasporto di soluti, ecc.) in atmosfera, criosfera e idrosfera.
3. Capacità di analisi critica dei risultati del monitoraggio di grandezze fisiche in atmosfera, criosfera e idrosfera.
4. Capacità di svolgere semplici analisi statistiche di dati geoscientifici.
5. Capacità di progettazione ed esecuzione di misure geofisiche.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
1) Ciclo idrico e proprietà dell'acqua:
a. Richiami al ciclo dell'acqua e alle caratteristiche generali (composizione, struttura verticale, ecc.) dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera;
b. Proprietà fisiche dell'acqua nei diversi stati.
2) Principi base di fluidodinamica geofisica e ambientale:
c. Divergenza, gradiente e rotore;
d. Approccio Euleriano e Lagrangiano al moto dei fluidi;
e. Conservazione della massa ed equazione di continuità;
f. Equazione di moto per un fluido viscoso ruotante;
g. Analisi di scala per l'atmosfera e gli oceani; approssimazione geostrofica e idrostatica;
h. Approssimazione di ghiaccio sottile per la dinamica delle calotte polari;
i. Equazione di moto per le acque sotterranee (approccio continuo alla fisica dei mezzi porosi, legge di Darcy, altezza idraulica; equazione del moto per un mezzo poroso).
3) Bilancio energetico ed equazione del calore: conduzione, convezione, radiazione, evapotraspirazione. Termodinamica dell'atmosfera: variazione della pressione con la quota e densità dell'aria. Equazione di stato per l'aria secca e sua correzione per l'aria umida. Equazione idrostatica e equazione ipsometrica. Il primo principio della termodinamica applicato all'atmosfera; trasformazioni adiabatiche per aria secca ed umida.
4) Caratteristiche della circolazione atmosferica.
5) Caratteristiche della circolazione oceanica:
a. Circolazione termoalina;
b. Circolazione guidata dal vento (Strato di Eckman);
c. Principali correnti oceaniche;
d. Principali caratteristiche della circolazione nel Mar Mediterraneo;
e. Maree;
f. Moto ondoso.
a. Richiami al ciclo dell'acqua e alle caratteristiche generali (composizione, struttura verticale, ecc.) dell'atmosfera, dell'idrosfera e della criosfera;
b. Proprietà fisiche dell'acqua nei diversi stati.
2) Principi base di fluidodinamica geofisica e ambientale:
c. Divergenza, gradiente e rotore;
d. Approccio Euleriano e Lagrangiano al moto dei fluidi;
e. Conservazione della massa ed equazione di continuità;
f. Equazione di moto per un fluido viscoso ruotante;
g. Analisi di scala per l'atmosfera e gli oceani; approssimazione geostrofica e idrostatica;
h. Approssimazione di ghiaccio sottile per la dinamica delle calotte polari;
i. Equazione di moto per le acque sotterranee (approccio continuo alla fisica dei mezzi porosi, legge di Darcy, altezza idraulica; equazione del moto per un mezzo poroso).
3) Bilancio energetico ed equazione del calore: conduzione, convezione, radiazione, evapotraspirazione. Termodinamica dell'atmosfera: variazione della pressione con la quota e densità dell'aria. Equazione di stato per l'aria secca e sua correzione per l'aria umida. Equazione idrostatica e equazione ipsometrica. Il primo principio della termodinamica applicato all'atmosfera; trasformazioni adiabatiche per aria secca ed umida.
4) Caratteristiche della circolazione atmosferica.
5) Caratteristiche della circolazione oceanica:
a. Circolazione termoalina;
b. Circolazione guidata dal vento (Strato di Eckman);
c. Principali correnti oceaniche;
d. Principali caratteristiche della circolazione nel Mar Mediterraneo;
e. Maree;
f. Moto ondoso.
Prerequisiti
Conoscenze base di matematica e fisica.
Metodi didattici
L'insegnamento è così strutturato:
a) 4 CFU (32 ore) di lezioni frontali, per introdurre gli argomenti riportati nel syllabus;
b) 2 CFU (24 ore) di esercitazioni pratiche, dove gli studenti approfondiranno gli argomenti trattati a lezione, lavorando in piccoli gruppi su uno dei seguenti argomenti: i) modellazione dei processi fisici trattati durante le lezioni; ii) raccogliere ed elaborare set di dati geofisici; iii) progettare reti di monitoraggio.
La frequenta alle lezioni, pur non essendo obbligatoria, e fortemente consigliata.
a) 4 CFU (32 ore) di lezioni frontali, per introdurre gli argomenti riportati nel syllabus;
b) 2 CFU (24 ore) di esercitazioni pratiche, dove gli studenti approfondiranno gli argomenti trattati a lezione, lavorando in piccoli gruppi su uno dei seguenti argomenti: i) modellazione dei processi fisici trattati durante le lezioni; ii) raccogliere ed elaborare set di dati geofisici; iii) progettare reti di monitoraggio.
La frequenta alle lezioni, pur non essendo obbligatoria, e fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
K. Cuffey & W.S.B. Paterson, 2010, The Physics of Glaciers - 4th Edition, Academic Press.
J. Bear, 1979. Hydraulics of groundwater, McGraw-Hill/Dover.
J. Pedlosky, 1987. Geophysical fluid dynamics 2nd edition, Springer.
G. de Marsily, 1986. Quantitative Hydrogeology - Groundwater hydrology for engineers, Academic Press.
G.L. Pickard & A.J. Emery, 1990. Descriptive physical oceanography, An introduction - 5th (SI) Enlarged Edition, Butterworth-Heynemann.
J.R. Holton, 2004. An introduction to dynamic meteorology 4th edition, Academic Press.
J.M. Wallace & P.V. Hobbs, 2006. Atmospheric Science - An introductory survey, - 2nd Edition, Academic Press.
J. Bear, 1979. Hydraulics of groundwater, McGraw-Hill/Dover.
J. Pedlosky, 1987. Geophysical fluid dynamics 2nd edition, Springer.
G. de Marsily, 1986. Quantitative Hydrogeology - Groundwater hydrology for engineers, Academic Press.
G.L. Pickard & A.J. Emery, 1990. Descriptive physical oceanography, An introduction - 5th (SI) Enlarged Edition, Butterworth-Heynemann.
J.R. Holton, 2004. An introduction to dynamic meteorology 4th edition, Academic Press.
J.M. Wallace & P.V. Hobbs, 2006. Atmospheric Science - An introductory survey, - 2nd Edition, Academic Press.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'effettivo conseguimento dei risultati di apprendimento attesi verrà verificato durante una prova orale e attraverso la valutazione di due documenti scritti (report e approfondimento bibliografico).
Più nel dettaglio:
a) Gli studenti completeranno una breve relazione tecnica relativa alle attività di laboratorio. Questa relazione potrà essere presentata da un singolo studente od essere frutto di un lavoro di gruppo. Gli studenti non frequentati dovranno presentare una attività di approfondimento precedentemente concordata con i docenti.
b) In aggiunta alla breve relazione tecnica, gli studenti completeranno un breve approfondimento riguardante uno o più articoli scientifici, scelti dagli studenti e precedentemente approvati dai docenti.
c) Durante la prova orale, lo studente dovrà:
i. presentare i risultati e i contenuti della relazione tecnica e dell'approfondimento riportati ai punti a) e b);
ii. rispondere a domande relativamente agli argomenti trattati a lezione.
Il voto finale, espresso in trentesimi, sarà deciso in base ai seguenti criteri: capacità di presentare gli argomenti in maniera appropriata ed organica, anche utilizzando un linguaggio scientifico appropriato; applicazione rigorosa del metodo scientifico; senso critico; buona padronanza degli argomenti presentati nei documenti al punto a) e b).
Più nel dettaglio:
a) Gli studenti completeranno una breve relazione tecnica relativa alle attività di laboratorio. Questa relazione potrà essere presentata da un singolo studente od essere frutto di un lavoro di gruppo. Gli studenti non frequentati dovranno presentare una attività di approfondimento precedentemente concordata con i docenti.
b) In aggiunta alla breve relazione tecnica, gli studenti completeranno un breve approfondimento riguardante uno o più articoli scientifici, scelti dagli studenti e precedentemente approvati dai docenti.
c) Durante la prova orale, lo studente dovrà:
i. presentare i risultati e i contenuti della relazione tecnica e dell'approfondimento riportati ai punti a) e b);
ii. rispondere a domande relativamente agli argomenti trattati a lezione.
Il voto finale, espresso in trentesimi, sarà deciso in base ai seguenti criteri: capacità di presentare gli argomenti in maniera appropriata ed organica, anche utilizzando un linguaggio scientifico appropriato; applicazione rigorosa del metodo scientifico; senso critico; buona padronanza degli argomenti presentati nei documenti al punto a) e b).
GEO/12 - OCEANOGRAFIA E FISICA DELL'ATMOSFERA - CFU: 6
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Lezioni: 32 ore
Docenti:
Comunian Alessandro, Davolio Silvio
Docente/i
Ricevimento:
da concordare previo accordo telefonico o via e-mail
via Botticelli 23
Ricevimento:
Qualunque ora, previo appuntamento telefonico o per posta elettronica
Via Botticelli 23, Locale 1021