Materiale per il corso di: Modelli Predittivi e Cambiamenti Climatici
(L.M. Biologia Ambientale) - A.A. 2016/17
Docente G. Redaelli (Gianluca.Redaelli@aquila.infn.it)
Orario Lezioni (I Semestre): Me. 11.30:13.30 e Gi. 11.30:13.30 (Aula A0.1)
Ricevimento del docente: su appuntamento
Testi di riferimento:
Jacobson M. Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling, Cambridge University Press, 1999 - [FAM]
Jacob D. J., Introduction to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, 1999 - [IAC]
AA. VV., IPCC Third Assessment Report - Climate Change 2001 (disponibile online)
Calendario Lezioni
| 1 | Me 5 Ottobre | Introduzione al corso. Definizione
di modello numerico dell'atmosfera e diagramma dei principali processi
simulati al suo interno. |
| 2 | Gi 6 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 | Me 12 Ottobre | Soluzione numerica delle equazioni differenziali: caratteristiche di ODE e PDE. Step e intervalli temporali. Approssimazione alle differenze finite (centrale, in avanti e all'indietro) della derivata prima. |
| 4 |
Gi 13 Ottobre | Metodi numerici di integrazione delle equazioni differenziali alle differenze fininte: Eulero Forward and Backward, Leap-Frog. |
| 5 |
Me 19 Ottobre | Equazione di continuità per un gas. Struttura verticale e composizione chimica dell'atmosfera. Reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera: tipologie e scrittura delle velocità di reazione. |
| 6 |
Gi 20 Ottobre | Reazioni chimiche e fotochimiche in atmosfera: calcolo dei coefficienti di velocità e loro dipendenza da temperatura e pressione. |
| 7 |
Me 26 Ottobre | Set di reazioni chimiche. Sistemi 'stiff'. |
| 8 |
Me 2 Novembre | Tempi di vita media. Caratteristiche generali dei sistemi ODE di equazioni chimiche |
| 9 |
Gi 3 Novembre | Metodi di soluzione ODE chimiche: Analitico, Eulero Forward ed Eulero Backward. Linearizzazione |
| 10 |
Me 9 Novembre | Approssimazione allo statio stazionario. Caratteristiche generali delle Famiglie Chimiche ed esempio su Ox |
| 11 |
Gi 10 Novembre | Famiglie chimiche: calcolo dei rapporti di partizione per set di reazioni unimolecolari e bimolecolari. Chimica dell'ozono stratosferico: Ciclo di Champman |
| 12 |
Me 16 Novembre | Chimica dell'ozono stratosferico: stima della distribuzione verticale e distruzione mediante cicli catalitici dell'HOx e NOx |
| 13 |
Me 23 Novembre | Chimica dell'ozono stratosferico: distruzione mediante ciclo catalitico di ClOx. Andamento stagionale e latitudinale della densità colonnare dell'ozono |
| 14 |
Gi 24 Novembre | Tecniche di misura dell'ozono. Il 'buco dell'ozono' antartico: evidenze sperimentali. |
| 15 |
Me 30 Novembre | Il 'buco dell'ozono' antartico: cause dinamiche e chimiche. Chimica eterogenea su PSC. |
| 16 |
Gi 1 Dicembre | Chimica dell'ozono troposferico: principali reazioni chimiche e interazioni con NOx e HOx |
| 17 |
Me 7 Dicembre | Ciclo bio-geo-chimico della CO2. |
| 18 |
Me 14 Dicembre | Il "Sistema Climatico" e le sue componenti. Radiazione e bilancio energetico della Terra. Modelli Energy Balance (EBM) per il calcolo della temperatura superficiale. |
| 19 |
Gi 15 Dicembre | Modelli Energy Balance: approccio zero-dimensionale e calcolo della temperatura effettiva. Effetto Serra e forzante radiativo. |
| 20 |
Me 21 Dicembre | Modelli Energy Balance: sensibilità climatica. Gas serra e loro potenziale relativo di riscaldamento (GWP). Forzanti radiativi antropogenici. |
| 21 |
Me 11 Gennaio | Fattori di feedback climatico e calcolo della sensibilità climatica totale |
| 22 |
Gi 12 Gennaio | Daisyworld. Modelli Energy Balance: approccio mono-dimensionale con calcolo del flusso meridionale di energia termica. |
| 23 |
Lu 16 Gennaio | Esercitazione Numerica su risposta della temperatura media superficiale alla variazione di parametri notevoli. |
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Indicazioni su dove sono trattati alcuni 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 7-9 (Set di reazioni chimiche e metodi numerici di soluzione): FAM 13.1-13.5
- Lezioni 10-11 (Famiglie chimiche): FAM 13.9
- Lezioni 11-15 (Chimica dell'Ozono stratosferico): IAC (Intr. Atm. Chem.) 10
- Lezione 16 (Chimica dell'Ozono troposferico): IAC (Intr. Atm. Chem.) 11
- Lezione 17 (Cicli bio-geo-chimici): IAC (Intr. Atm. Chem.) 6
- Lezione 18 (Il sistema climatico. Il bilancio energetico della Terra): IPCC 2001 Cap 1 [scarica]
- Lezioni 19-20 (Bilancio radiativo ed effetto serra) IAC 7