Programma:

Introduzione alla Modellistica Ambientale.
· L’atmosfera terrestre.
· La radiazione termica. La radiazione solare. Aspetti qualitativi della radiazione. L'estinzione della radiazione. Bilancio termico tra atmosfera e terra. Bilancio radiativo al suolo. Bilancio termico al suolo. L'insolazione sulla superficie terrestre. L’albedo. Evapotraspirazione.
· Termodinamica atmosferica. Trasformazioni termodinamiche.
· Il bilancio idrostatico e l’equazione ipsometrica.

Introduzione alla dinamica meteorologica
· L'analisi di scala. Le forze fondamentali. La forza da gradiente di pressione. La forza gravitazionale. La forza da viscosità.
· Sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti. La forza centrifuga. La forza di gravità. La forza di Coriolis.
· La struttura dell'atmosfera statica. L'equazione idrostatica. La pressione come coordinata verticale. Una coordinata verticale generalizzata.

Le leggi di conservazione
· La differenziazione totale. Differenziazione totale di un vettore in un sistema di riferimento in rotazione.
· Forma vettoriale dell'equazione della quantità di moto in coordinate ruotanti. Equazioni delle componenti in coordinate sferiche. L'analisi di scala delle equazioni di moto.
· L'approssimazione geostrofica e il vento geostrofico. Equazioni di prognosi approssimate: il numero di Rossby. L'approssimazione idrostatica
· L'equazione di continuità. Derivazione Euleriana. Derivazione Lagrangiana. Analisi di scala dell'equazione di continuità.
· L’equazione dell’energia termodinamica. Termodinamica dell'atmosfera secca. La temperatura potenziale. Il “lapse rate” adiabatico. Stabilità statica. L'analisi di scala dell’equazione dell'energia termodinamica.

Applicazioni delle equazioni di conservazione
· Equazioni della conservazione in coordinate isobariche. L'equazione della quantità di moto orizzontale. L'equazione di continuità. L'equazione dell'energia termodinamica.
· Il flusso bilanciato. Le coordinate "naturali". Il flusso geostrofico. Il flusso inerziale. Il flusso ciclostrofico. L'approssimazione del vento di gradiente. Traiettorie e linee di flusso. Il vento termico. Atmosfere barotropiche e barocline
· Moti verticali. Il metodo cinematico. Il metodo adiabatico. La tendenza della pressione sulla superficie

Circolazione e vorticità
· Il teorema della circolazione
· La vorticità. La vorticità in coordinate naturali.
· La vorticità potenziale

Caratteristiche del Boundary Layer
· Definizione di Boundary Layer.
· Vento e Flusso.
· Trasporto Turbolento
· Ipotesi di Taylor
· Temperatura Virtuale Potenziale.
· Altezza e struttura del Boundary Layer. Mixed Layer. Il Residual Layer. Lo Stable Boundary Layer. Evoluzione della Temperatura Virtuale Potenziale.
· Micrometeorologia.
· Spettro della Turbolenza. Il Gap Spettrale. Parti Media e Turbolenta.
· Alcuni Metodi Statistici Basilari. La Media. Regole della Media. Media di Reynolds. Varianza, Deviazione Standard e Intensità della Turbolenza. Covarianza e Correlazione.
· Energia Cinetica Turbolenta. Flusso Cinematico.
· Flusso di Perturbazione (o Flusso Eddy). Concetti fondamentali. Profili del Flusso Turbolento. Notazione per Sommatorie. Definizioni e Regole. Confronto con la Notazione Vettoriale.
· Gli sforzi. Pressione. Sforzo di Reynolds. Sforzo Viscoso. Velocità di Attrito.

Applicazione delle equazioni fondamentali ad un flusso turbolento
· Metodologia
· Equazioni Fondamentali di Base. Equazione di Stato (Legge dei gas perfetti). Conservazione della Massa (Equazione di Continuità). Conservazione della Quantità di Moto. Conservazione dell’umidità. Conservazione del Calore (Prima Legge della Termodinamica). Conservazione di una Quantità Scalare.
· Semplificazioni, Approssimazioni e Analisi di Scala. Equazione di Stato. Flux Form dei termini advettivi. Conservazione della Quantità di Moto. Omogeneità Orizzontale. Ri-orientamento e rotazione delle coordinate del sistema.
· Equazioni per la Variabili Medie in un Flusso Turbolento. Equazione di Stato. Equazione di continuità. Conservazione della Quantità di Moto. Conservazione dell’Umidità. Conservazione del Calore. Conservazione di una Quantità Scalare.

I modelli per il controllo e la gestione della qualità dell’aria
· Classificazione dei modelli
· Introduzione ai modelli
· Applicazione dei modelli su scale e orografie diverse
· Applicazione dei modelli in ambienti vallivo-costieri

Testi di riferimento:

· Dispense disponibili presso il centro fotocopie.
Testi di approfondimento
· Gasiorowicz S. - Quantum Physics - J.Wyley & Sons, Inc. - 1974
· Holton J.R. - Dynamic Meteorology - Academic Press
· Hsu J. - Coastal Meteorology - Academic Press, Inc.
· Monteith J.L. & Unsworth M.H. - Principles of Environmental Physics - Edward Arnold - 2nd ed.1990
· Rogers R.R. - A Short Course in Cloud Physics - Pergamon Press - 1976
· Stull R.B. - An Introduction to Boundary Layer Meteorology - Kluwer Ac.Pub.
· Zannetti P. - Air Pollution Modelling - Computational Mechanics Pub.

Modalità di svolgimento del corso e dell’esame:

· Esame orale.