Materiale per il corso di: Modelli Predittivi e Cambiamenti Climatici
(L.M. Biologia Ambientale) - A.A. 2015/16
Docente G. Redaelli (Gianluca.Redaelli@aquila.infn.it)
Orario Lezioni (I Semestre): Me. 11:13 e Gi. 11:13 (Aula A0.2)
Ricevimento del docente: su appuntamento
Testi di riferimento:
Jacobson M. Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling, Cambridge University Press, 1999 - [FAM]
Jacob D. J., Introdution to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, 1999 - [IAC]
AA. VV., IPCC Third Assessment Report - Climate Change 2001 (disponibile online)
Calendario Lezioni
| 1 | Me 7 Ottobre |
Introduzione al corso. Definizione
di modello numerico dell'atmosfera e diagramma dei principali processi
simulati al suo interno.
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| 2 | Gi 8 Ottobre | Fasi successive nello sviluppo di un modello atmosferico: scelta di processi di riferimento e variabili, analisi di scala, coordinate, scelta dei metodi di integrazione, medie temporali e tecniche statistiche. |
| 3 | Gi 15 Ottobre | Soluzione numerica delle equazioni alle differenziali: caratteristiche di ODE e PDE. Step e intervalli temporali. Approssimazione alle differenze finite (centrale, in avanti e all'indietro) della derivata prima. |
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Me 21 Ottobre | Metodi numerici di integrazione delle equazioni differenziali alle differenze fininte: Eulero Forward and Backward, Leap-Frog. Equazione di continuità per un gas. |
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Gi 22 Ottobre | Struttura verticale e composizione chimica dell'atmosfera. Reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera: tipologie e scrittura delle velocità di reazione. |
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Ve 23 Ottobre | Reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera: calcolo dei coefficienti di velocità e loro dipendenza da temperatura e pressione. |
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Me 28 Ottobre | Set di reazioni chimiche. Sistemi 'stiff'. Tempi di vita media. Caratteristiche generali dei sistemi ODE di equazioni chimiche. |
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Gi 29 Ottobre | Metodi di soluzione ODE chimiche: Analitico, Eulero Forward ed Eulero Backward. Linearizzazione. |
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Me 4 Novembre | Approssimazione allo statio stazionario. Caratteristiche generali delle Famiglie Chimiche ed esempio su Ox. |
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Gi 5 Novembre |
Famiglie chimiche: calcolo dei rapporti di partizione per set di reazioni unimolecolari e bimolecolari. Chimica dell'ozono stratosferico: Ciclo di Champman. |
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Ve 6 Novembre |
Chimica dell'ozono stratosferico: stima della distribuzione verticale e distruzione mediante cicli catalitici dell'HOx e NOx |
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Me 11 Novembre |
Chimica dell'ozono stratosferico: distruzione mediante ciclo catalitico di ClOx. Andamento stagionale e latitudinale della densità colonnare dell'ozono. |
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Gi 12 Novembre |
Tecniche di misura dell'ozono. Il 'buco dell'ozono' antartico: evidenze sperimentali. |
| 14 |
Me 18 Novembre |
Il 'buco dell'ozono' antartico: cause dinamiche e chimiche. Chimica eterogenea su PSC. |
| 15 |
Gi 19 Novembre |
Areosol in stratosfera.Tipologie e meccanismi di evoluzione. |
| 16 |
Me 25 Novembre | Ciclo bio-geo-chimico della CO2. |
| 17 |
Me 2 Dicembre | Chimica dell'ozono troposferico:principali reazioni chimiche e interazioni con NOx e HOx. |
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Gi 3 Dicembre | Caratteristiche principali della circolazione generale atmosferica. La cella di Hadley. |
| 19 |
Me 9 Dicembre | Caratteristiche principali della circolazione generale oceanica. El Nino. |
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Gi 10 Dicembre | Radiazione e bilancio radiativo della Terra. Modelli Energy Balance (EBM) per il calcolo della temperatura superficiale. |
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Me 16 Dicembre | Modelli Energy Balance: approccio zero-dimensionale e calcolo della temperatura effettiva. Effetto Serra e forzante radiativo. Sensibilità climatica. |
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Gi 17 Dicembre | Modelli Energy Balance. Approccio mono-dimensionale con calcolo del flusso meridionale di energia termica. |
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Ve 8 Gennaio |
Esercitazione Numerica su risposta della temperatura media superficiale alla variazione di parametri notevoli. |
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Indicazioni specifiche su dove sono trattati gli argomenti nei testi di riferimento:
- Lezioni 1-2 (Introduzione ai modelli): FAM (Fond. Atm. Mod) 1, 21.1.0-21.1.5
- Lezione 3 (Caratteristiche generali ODE e PDE): FAM 6.1-6.2
- Lezioni 3-4 (Differenze finite e metodi numerici per l'integrazione): FAM 6.4.0-6.4.2
- Lezioni 5-6 (Reazioni chimiche e velocità di reazione): FAM 11.2-11.6
- Lezioni 7-8 (Set di reazioni chimiche e metodi numerici di soluzione): FAM 13.1-13.5
- Lezioni 9-10 (Famiglie chimiche): FAM 13.9
- Lezioni 10-14 (Chimica dell'Ozono stratosferico): IAC (Intr. Atm. Chem.) 10
- Lezione 16 (Cicli bio-geo-chimici): IAC (Intr. Atm. Chem.) 6
- Lezione 17 (Chimica dell'Ozono troposferico): IAC (Intr. Atm. Chem.) 11
- Lezione 20 (Il sistema climatico e il bilancio energetico della Terra): IPCC 2001 Cap 1 [scarica]
- Lezione 21 (Bilancio radiativo ed effetto serra) IAC 7