Materiale per il corso di: Modelli Predittivi e Cambiamenti Climatici
(L.M. Biologia Ambientale) - A.A. 2013/14
Docente G. Redaelli (Gianluca.Redaelli@aquila.infn.it)
Orario Lezioni (I Semestre): Lunedì e Martedì 11.00:13.00 - Aula A0.2
Ricevimento del docente: Lunedì 14.00:16.00 su appuntamento
Testi di riferimento:
Jacobson M. Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling, Cambridge University Press, 1999
Jacob D. J., Introdution to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, 1999
AA. VV., IPCC Third Assessment Report - Climate Change 2001 (disponibile online)
Calendario Lezioni
| 1 | Ma 1 Ottobre |
Introduzione al corso. Definizione
di modello numerico dell'atmosfera e diagramma dei principali processi
simulati al suo interno.
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| 2 | Lu 7 Ottobre | Fasi successive nello sviluppo di un modello atmosferico: scelta di processi di riferimento e variabili, analisi di scala, coordinate. |
| 3 | Ma 8 Ottobre | Fasi successive nello sviluppo di un modello atmosferico: scelta dei metodi di integrazione, medie temporali e tecniche statistiche. Soluzione numerica delle equazioni alle differenziali: caratteristiche di ODE e PDE. |
| 4 |
Lu 14 Ottobre | Step e intervalli temporali. Separazione degli operatori. Soluzioni delle equazioni differenziali con approssimazione alle differenze finite. Criteri di convergenza e stabilità. Espansione in serie di Taylor. Approssimazione alle differenze finite (centrale, in avanti e all'indietro) della derivata prima. |
| 5 |
Ma 15 Ottobre | Metodi numerici di integrazione delle equazioni differenziali alle differenze finite: Eulero, Leap-Frog e Runge-Kutta. Derivata totale scritta in forma Euleriana e Lagrangiana. Equazione di continuità per un gas. |
| 6 |
Lu 21 Ottobre | Metodi numerici di integrazione delle equazioni differenziali alle differenze fininte: Eulero, Leap-Frog, Runge-Kutta. |
| 7 |
Ma 22 Ottobre | Reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera: scrittura delle velocità di reazione, calcolo dei coefficienti di velocità e loro dipendenza da temperatura e pressione. |
| 8 |
Ma 29 Ottobre | Set di reazioni chimiche. Sistemi 'stiff'. Tempi di vita media. Caratteristiche generali dei sistemi ODE di equazioni chimiche. |
| 9 |
Lu 4 Novembre | Metodi di soluzione ODE chimiche: Espliciti (Analitico, Serie di Taylor ed Eulero Forward) ed impliciti (Eulero Backward) |
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Ma 5 Novembre | Approssimazione allo statio stazionario. Carateristiche generali delle Famiglie Chimiche ed esempio su Ox. |
| 11 |
Lu 11 Novembre | Famiglie chimiche: calcolo dei rapporti di partizione per set di reazioni unimolecolari e bimolecolari. |
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Lu 18 Novembre | Chimica dell'ozono stratosferico: Ciclo di Champman e stima della distribuzione verticale |
| 13 |
Ma 19 Novembre | Chimica dell'ozono stratosferico: distruzione mediante ciclo catalitico dell'HOx |
| 14 |
Lu 25 Novembre | Chimica dell'ozono stratosferico: distruzione mediante cicli catalitici di NOx e ClOx |
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Lu 2 Dicembre | Andamento stagionale e latitudinale della densità colonnare dell'ozono. Il 'buco dell'ozono' antartico: cause dinamiche e chimiche. |
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Ma 3 Dicembre | Il 'buco dell'ozono' antartico: implicazione della chimica eterogenea sulle nubi stratosferiche polari. |
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Lu 9 Dicembre | Chimica dell'ozono troposferico:principali reazioni chimiche e budget totale di creazione e distruzione |
| 18 |
Ma 10 Dicembre | Chimica dell'ozono troposferico:cicli chimici di produzione in aree inquinate |
| 19 |
Lu 16 Dicembre | Chimica dell'ozono troposferico: stima della dipendenza della rate di produzione dalle concentrazioni di NOx e RH per lo sviluppo di strategie di controllo |
| 20 |
Ma 7 Gennaio | Il "Sistema Climatico e le sue componenti. |
| 21 |
Lu 13 Gennaio | Modelli Energy Balance. Approccio zero-dimensionale e calcolo della Temperatura Effettiva |
| 22 |
Ma 14 Gennaio | Il bilancio radiativo della Terra. Effetto Serra e forzante radiativo. Sensibilità climatica. |
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Lu 20 Gennaio | Modelli Energy Balance. Approccio mono-dimensionale con calcolo del flusso meridionale di energia termica. |
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Ma 21 Gennaio | Esercitazione Numerica su Modelli Energy Balance. Risposta della temperatura media superficiale alla variazione di parametri notevoli. |
Indicazioni specifiche su dove sono trattati gli argomenti nei testi di riferimento:
- Lezioni 1-3 (Introduzione ai modelli): FAM (Fond. Atm. Mod) 1, 21.1.0-21.1.5
- Lezione 3 (Caratteristiche generali ODE): FAM 6.1-6.2
- Lezioni 4-6 (Differenze finite e metodi numerici per l'integrazione): FAM 6.4.0-6.4.2
- Lezioni 7-8 (Cinetica chimica): FAM 11.2-11.6
- Lezioni 9 (Set di reazioni chimiche e metodi numerici di soluzione): FAM 13.1-13.5
- Lezioni 10-11 (Famiglie chimiche): FAM 13.9
- Lezioni 12-19 (Chimica dell'Ozono stratosferico e troposferico): IAC (Intr. Atm. Chem.) 10-12
- Lezioni 20 (Il sistema climatico.Il bilancio energetico della Terra): IPCC 2001 Cap 1 [scarica]
- Lezione 22 (Bilancio radiativo ed effetto serra) IAC 7