L’obiettivo dell’insegnamento Ocean Dynamics-A (General Theory) è fornire conoscenze approfondite sulla dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici a media e larga scala in presenza e assenza di stratificazione. L’insegnamento mira a sviluppare le competenze necessarie per lo sviluppo di schemi e modelli matematici idonei alla trattazione dei principali fenomeni di interesse per la dinamica degli oceani, nonché la comprensione dei modelli numerici e di laboratorio utilizzati per la simulazione di tali processi. L’insegnamento mira inoltre a definire i modelli concettuali a complessità crescente per la rappresentazione dei flussi atmosferici e marini/oceanici.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: comprendere la complessa dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici che si possono sviluppare a differenti scale spaziali, in presenza e assenza di stratificazione; selezionare i modelli più appropriati per la simulazione delle diverse tipologie di flusso; interpretare, comprendere ed utilizzare i dati provenienti da esperimenti di laboratorio e/o simulazioni numeriche di flussi stratificati.
Al termine del corso gli studenti saranno in grado di: comprendere la complessa dinamica dei flussi atmosferici e marini/oceanici che si possono sviluppare a differenti scale spaziali, in presenza e assenza di stratificazione; selezionare i modelli più appropriati per la simulazione delle diverse tipologie di flusso; interpretare, comprendere ed utilizzare i dati provenienti da esperimenti di laboratorio e/o simulazioni numeriche di flussi stratificati.
scheda docente
materiale didattico
Fluidi viscosi ed equazioni di Navier-Stokes; Moto turbolento, equazioni di Reynolds e tensore di Reynolds.
Equazioni per i fluidi in ambiente rotante
Sistemi di riferimento in moto relativo; Effetto dell’accelerazione centrifuga e dell’accelerazione di Coriolis; Equazioni per fluidi (continuità, di bilancio della quantità di moto, di stato, di bilancio dell’energia, di bilancio della salinità e dell’umidità) in un sistema di riferimento in moto relativo; Approssimazione di Boussinesq; Scale del moto; Numeri adimensionali; condizioni al contorno.
Effetti della rotazione dell’ambiente
Flussi geostrofici omogenei e con f-plane; Dinamica della vorticità; Moti ciclonici ed anticiclonici; Strato di Ekman sul fondo e strato di Ekman superficiale.
Oceano
Circolazione generale degli oceani; Qual è il motore della circolazione oceanica? Dinamica degli oceani a grande scala (Dinamica di Sverdrup); Correnti confinate dirette ad ovest; Circolazione termoalina; Circolazione abissale
Atmosfera: aspetti generali( struttura e caratteristiche fisiche), definizione di atmosfera standard e di gradiente termico standard. Stabilità atmosferica: gradiente termico asciutto e umido e stabilità atmosferica, stabilità condizionale. Bilancio di calore planetario.
Flussi atmosferici di larga scala: aspetti generali (cause principali di circolazione planetaria, effetti della forza di Coriolis, celle dirette e indirette, venti prevalenti). Equazioni di governo per flussi atmosferici di larga scala. Derivazione della relazione di vento termico, circolazioni di larga scala nelle celle di Hadley e Ferrel.
Strato limite atmosferico (SLA): definizioni e aspetti generali. Fenomeni turbolenti nello SLA: turbolenza meccanica e termica, la cascata di energia, approcci statistici allo studio della turbolenza nello SLA (intensità di turbolenza e flussi turbolenti ). L'equazione dell'energia cinetica turbolenta, analisi della stabilità atmosferica mediante il flusso turbolento di temperatura. Relazioni di chiusura: chiusure locali e K-teoria, chiusure di ordine 0 basate sulla teoria della similitudine. Definizione delle grandezze caratteristiche fondamentali per lo studio dello SLA.
Struttura verticale dello SLA. Derivazione della temperatura potenziale dalla prima legge della termidinamica. Cicli notte-giorno dello SLA. Evoluzione dinamica dello SLA. zona di entrainment e variazione giornaliera. Strato limite ricoperto da nuvole.
Venti anabatici e catabatici. fenomeni idrodinamici in presenza di forzanti a scala sinottica.
Fisica delle nubi: Generalità e definizioni principali. Meccanismi principali di formazione delle nuvole. L'effetto della curvatura sulla condensazione e evaporazione (Teoria di Kelvin). Effetto dei soluti (Legge di Raoult). Teoria di Köhler e condizioni di formazione di una goccia di pioggia. Deposizione del vapore e meccanismi early-stage di crescita di una goccia.
- B. Cushman-Roisin, 1994, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall.
Programma
Equazioni per i fluidi viscosi e turbolentiFluidi viscosi ed equazioni di Navier-Stokes; Moto turbolento, equazioni di Reynolds e tensore di Reynolds.
Equazioni per i fluidi in ambiente rotante
Sistemi di riferimento in moto relativo; Effetto dell’accelerazione centrifuga e dell’accelerazione di Coriolis; Equazioni per fluidi (continuità, di bilancio della quantità di moto, di stato, di bilancio dell’energia, di bilancio della salinità e dell’umidità) in un sistema di riferimento in moto relativo; Approssimazione di Boussinesq; Scale del moto; Numeri adimensionali; condizioni al contorno.
Effetti della rotazione dell’ambiente
Flussi geostrofici omogenei e con f-plane; Dinamica della vorticità; Moti ciclonici ed anticiclonici; Strato di Ekman sul fondo e strato di Ekman superficiale.
Oceano
Circolazione generale degli oceani; Qual è il motore della circolazione oceanica? Dinamica degli oceani a grande scala (Dinamica di Sverdrup); Correnti confinate dirette ad ovest; Circolazione termoalina; Circolazione abissale
Atmosfera: aspetti generali( struttura e caratteristiche fisiche), definizione di atmosfera standard e di gradiente termico standard. Stabilità atmosferica: gradiente termico asciutto e umido e stabilità atmosferica, stabilità condizionale. Bilancio di calore planetario.
Flussi atmosferici di larga scala: aspetti generali (cause principali di circolazione planetaria, effetti della forza di Coriolis, celle dirette e indirette, venti prevalenti). Equazioni di governo per flussi atmosferici di larga scala. Derivazione della relazione di vento termico, circolazioni di larga scala nelle celle di Hadley e Ferrel.
Strato limite atmosferico (SLA): definizioni e aspetti generali. Fenomeni turbolenti nello SLA: turbolenza meccanica e termica, la cascata di energia, approcci statistici allo studio della turbolenza nello SLA (intensità di turbolenza e flussi turbolenti ). L'equazione dell'energia cinetica turbolenta, analisi della stabilità atmosferica mediante il flusso turbolento di temperatura. Relazioni di chiusura: chiusure locali e K-teoria, chiusure di ordine 0 basate sulla teoria della similitudine. Definizione delle grandezze caratteristiche fondamentali per lo studio dello SLA.
Struttura verticale dello SLA. Derivazione della temperatura potenziale dalla prima legge della termidinamica. Cicli notte-giorno dello SLA. Evoluzione dinamica dello SLA. zona di entrainment e variazione giornaliera. Strato limite ricoperto da nuvole.
Venti anabatici e catabatici. fenomeni idrodinamici in presenza di forzanti a scala sinottica.
Fisica delle nubi: Generalità e definizioni principali. Meccanismi principali di formazione delle nuvole. L'effetto della curvatura sulla condensazione e evaporazione (Teoria di Kelvin). Effetto dei soluti (Legge di Raoult). Teoria di Köhler e condizioni di formazione di una goccia di pioggia. Deposizione del vapore e meccanismi early-stage di crescita di una goccia.
Testi Adottati
- A. Cenedese, 2006, Meccanica dei fluidi ambientale, Mc Graw-Hill.- B. Cushman-Roisin, 1994, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall.
Modalità Erogazione
Lezioni frontaliModalità Valutazione
Prova orale, della durata di circa un'ora, con domande di teoria Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti.