FISICA DELL'ATMOSFERA E DISPERSIONE D'INQUINANTI

FISICA DELL'ATMOSFERA E DISPERSIONE D'INQUINANTI

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iten
Codice
87007
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
6 cfu al 1° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/07
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (FISICA)
periodo
2° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il corso tratta i fondamenti degli effetti e della dispersione degli inquianti in atmosfera. E' diviso in 4 blocchi:

1) Introduzione agli inquinanti atmosferici e ai loro effetti su ambiente, clima e salute

2) metereologia nello strato limite

3) modellistica per la dispersione degli inquinanti in atmosfera

4) metodologie per valutare l'impatto delle sorgenti inquinanti (modelli a recettore)

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

il corso intende fornire gli elementi base di fisica dell’atmosfera relativi allo strato limite ovvero rilevanti per la dispersione e trasporto degli inquinanti. Inoltre si affronteranno le tecniche di calcolo per la simulazione numerica dei fenomeni dispersivi e alla base di modelli diagnostici basati su dati sperimentali (modelli a recettore). Il corso nel suo complesso intende presentare le tecniche allo stato dell’arte nel settore

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente potrà acquisire le competenze di base necessarie per l'utilizzo dei modelli numerici per la valutazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera e dei modelli a recettore

PREREQUISITI

nessun particolare requisito

Modalità didattiche

lezioni frontali

PROGRAMMA/CONTENUTO

Docenti: P. Prati (prati@ge.infn.it) coadiuvato da professori a contratto: P. Brotto (brotto@fisica.unige.it) e M. Corazza (matteo.corazza@arpal.gov.it). Obiettivo: il corso intende fornire gli elementi base di fisica dell’atmosfera relativi allo strato limite ovvero rilevanti per la dispersione e trasporto degli inquinanti. Inoltre si affronteranno le tecniche di calcolo per la simulazione numerica dei fenomeni dispersivi e alla base di modelli diagnostici basati su dati sperimentali (modelli a recettore). Il corso nel suo complesso intende presentare le tecniche allo stato dell’arte nel settore. Il corso si articola in un’introduzione e tre moduli: Introduzione (P.Prati) Composizione dell’atmosfera terrestre, classificazione delle sostanze inquinanti (2 h) Effetti sulla salute degli inquinanti atmosferici: stato dell’arte e normativa (2 h) Inquinamento atmosferico e forzanti climatologici: effetto serra, nuvolosità, visibilità (2h) Cenni alle tecniche di monitoraggio degli inquinanti atmosferici (4 h) Modulo “meteorologia” (M. Corazza) Il modulo fornirà un’introduzione alla fisica dell’atmosfera e alla modellistica numerica meteorologica, con particolare riguardo per gli aspetti propedeutici allo studio della dispersione degli inquinanti, argomento del secondo modulo. Dopo una breve descrizione della composizione e della struttura verticale dell’atmosfera terrestre, saranno discussi alcuni concetti di base di termodinamica e i criteri di stabilità, dopodiché saranno introdotte le equazioni che regolano i moti atmosferici e alcune applicazioni elementari. Successivamente saranno descritti i processi caratteristici del cosiddetto strato limite planetario, la porzione più prossima alla superficie terrestre, che giocano un ruolo determinante per la dispersione degli inquinanti. Nell’ultima parte di questo ciclo di lezioni saranno introdotti i modelli numerici per la simulazione dell’evoluzione dell’atmosfera e per le previsioni meteorologiche, dalla scala globale alla microscala, con un cenno al concetto di predicibilità atmosferica. Infine sarà brevemente illustrato il funzionamento di un modello meteorologico allo stato dell’arte, con alcuni esempi concreti di applicazione. L’atmosfera terrestre: composizione, struttura verticale e dinamiche principali (6h) Elementi di termodinamica dell’aria secca e dell’aria umida Il concetto di particella d’aria, processi adiabatici e gradiente termico verticale Criteri di stabilità e fenomeni convettivi Equazioni del moto e analisi di scala, bilancio geostrofico e idrostatico Lo strato limite atmosferico (4h) Processi fondamentali e parametri caratteristici Ciclo diurno dello strato limite Circolazioni atmosferiche a scala locale (brezze) Condizioni di stabilità ed effetti sulla dispersione di inquinanti Modellistica numerica e previsioni meteorologiche dalla scala planetaria a quella locale (6h) Modelli prognostici (globali e ad area limitata) e modelli diagnostici Predicibilità dell’atmosfera e previsioni probabilistiche Il modello meteorologico WRF: formulazione ed esempi di applicazione Modulo “dispersione degli inquinanti” (P. Brotto) Nel secondo modulo del corso sarà affrontato il tema della dispersione di materiale inquinante in atmosfera. Saranno brevemente introdotte le basi matematiche dei principali modelli di simulazione (euleriano, gaussiano e lagrangiano) e saranno illustrati i meccanismi di trasporto, di bilancio chimico e di deposizione al suolo che intervengono nel fenomeno dispersivo. Sarà descritta la struttura di una catena modellistica per la simulazione della qualità dell’aria su scala regionale e su scala urbana e saranno forniti alcuni esempi di codice di simulazione numerica. Sono infine previste 6 ore per l’esecuzione di una esercitazione guidata nella quale lo studente studierà uno scenario emissivo semplificato del quale dovrà valutare l’impatto atmosferico nell’ambito di condizioni meteorologiche prestabilite. Modelli di simulazione della dispersione in atmosfera (4h) Modelli gaussiani Modelli euleriani Modelli lagrangiani Il fenomeno di deposizione al suolo (1h) I principali processi chimici in atmosfera (2h) Ciclo dell’ozono Formazione di aerosol secondario La catena modellistica per la simulazione della qualità dell’aria (2h) Struttura (inventari emissioni + preprocessore meteo + codice fotochimico dispersivo) Esempi di codici numerici commerciali e open source Esempio applicato ed esercitazione guidata (2h+4h) Modulo “modelli a recettore” (P. Prati) Nell’ultimo modulo verranno introdotti i cosiddetti “modelli a recettore” ovvero una classe di metodi di analisi statistica multivariata che, a partire dalla misura della concentrazione di sostanze inquinanti in un sito (il “recettore”), consentono di individuare le “sorgenti” (ovvero i processi chimico-fisici) di emissione ed il loro impatto assoluto e relativo. Queste tecniche di “apporzionamento delle sorgenti” sono complementari a quelle descritte del secondo modulo. Modellistica a recettore: principi generali, caratteristiche e limiti (3 h) Il “Chemical Mass Balance” (2 h) La “Positive Matrix Factorization” (2h)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Alcuni testi di approfondimento verranno suggeriti. Tutto il materiale didattico (slides) è disponibile sul web.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: In qualunque momento presso il Dipartimento di Fisica, previo appuntamento concordato via email scrivendo a prati@ge.infn.it

LEZIONI

Modalità didattiche

lezioni frontali

INIZIO LEZIONI

II semestre, il dettaglio dell'orario verrà fissato ad inizio 2019

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame sarà orale. Lo studente dovrà rispondere ad una domanda per ciascun modulo del corso.

Modalità di accertamento

Durante l'esame orale, la commissione, composta dai docenti titolari dell'insegnamento, formulerà le domande in modo da valutare il grado di preparazione dello studente e la sua capacità di discutere criticamente i contenuti del corso. Saranno inoltre valutate le sue capacità di sintesi e di comunicazione.

 

ALTRE INFORMAZIONI

Ulteriori info su https://www.ge.infn.it/~prati/Fisica%20dell'atmosfera%20e%20dispersione%20degli%20inquinanti/FAeDI.htm