Guido MASIELLO | METODI E TECNICHE PER L'OSSERVAZIONE DELLA TERRA

Italiano e Inglese

In questo insegnamento di Fisica si esaminano gli elementi di base dei fenomeni di interazione tra radiazione e materia in atmosfera terrestre. L’Obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare problemi relativi all’Osservazione della Terra da remoto.

Le principali conoscenze fornite saranno

• Elementi di base di Termodinamica
• Elementi di base di Ottica
• Caratteristiche di base di Fisica dell’Atmosfera
• Fondamenti di Trasferimento radiativo.

Le principali abilità acquisite saranno:

• Identificare fenomeni atmosferici
• Valutare parametri geofisici da misure da remoto.
• Analizzare e gestire dati Satellitari
• Utilizzare strumenti avanzati di calcolo scientifico.

È necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di Fisica e Matematica di base e di Calcolo numerico, nel dettaglio:

• Conoscenza dei concetti fondamentali di meccanica
• Conoscenza dei concetti fondamentali di elettromagnetismo;
• Conoscenze dei concetti fondamentali di calcolo differenziale e integrale
• Conoscenze elementari di calcolo numerico

1. Fondamenti di Termodinamica (6 ore di lezione): Temperatura e Calore. Teoria Cinetica dei Gas. Legge di Stato dei gas perfetti. Trasformazioni. Primo principio della Termodinamica. Secondo principio della Termodinamica.
2. Richiami di Elettromagnetismo (6 ore di lezione): Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche. Propagazione delle Onde.
3. Fondamenti di Ottica (6 ore di lezione): Riflessione, Rifrazione e Dispersione della luce. Interferenza e Diffrazione. Interferometro di Michelson.
4. Fondamenti della Radiazione Elettromagnetica (12 ore di lezione): Legge di Planck per il corpo nero. Legge di Wien. Legge di Stefan–Boltzmann. Assorbimento, Emissione e Scattering. Legge di Kirkhhoff. Il Sole. Radiazione Solare. Struttura Solare. Costante Solare. Spettro solare.
5. Elementi di Fisica dell’Atmosfera terrestre (6 ore di lezione): Struttura termica e chimica dell'atmosfera terrestre. Il Vapore Acqueo. Adiabatic lapse rate. Formazione di Nuvole. Il ciclo del carbonio.
6. Fondamenti di Trasferimento Radiativo in atmosfera grigia (10 ore di lezione, 3 di esercitazione). Equazione di Schwartzchild per il Trasferimento Radiativo. Equilibrio Radiativo. Effetto Serra.
7. Fondamenti di Trasferimento Radiativo Line by Line (12 ore di lezione, 3 di esercitazione). Lo spettro di Assorbimento atomico. Lo spettro di Assorbimento molecolare. Forma delle linee. Coefficiente di assorbimento e trasmittanza. Fondamenti di trasferimento radiativo nell'infrarosso termico. Lo Scattering. Modelli di trasferimento radiativo line-by-line. Trasferimento radiativo in presenza di nubi. 
   
8. Problemi Inversi. (6 ore di lezione, 6 ore di esercitazione). Retrieval di parametri geofisici. Metodologia EOF (Empirical Orthogonal Function) per il retrieval dei parametri geofisici dell'atmosfera terrestre.

1. Fondamenti di Termodinamica (6 ore di lezione): Temperatura e Calore. Teoria Cinetica dei Gas. Legge di Stato dei gas perfetti. Trasformazioni. Primo principio della Termodinamica. Secondo principio della Termodinamica.
2. Richiami di Elettromagnetismo (6 ore di lezione): Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche. Propagazione delle Onde.
3. Fondamenti di Ottica (6 ore di lezione): Riflessione, Rifrazione e Dispersione della luce. Interferenza e Diffrazione. Interferometro di Michelson.
4. Fondamenti della Radiazione Elettromagnetica (12 ore di lezione): Legge di Planck per il corpo nero. Legge di Wien. Legge di Stefan–Boltzmann. Assorbimento, Emissione e Scattering. Legge di Kirkhhoff. Il Sole. Radiazione Solare. Struttura Solare. Costante Solare. Spettro solare.
5. Elementi di Fisica dell’Atmosfera terrestre (6 ore di lezione): Struttura termica e chimica dell'atmosfera terrestre. Il Vapore Acqueo. Adiabatic lapse rate. Formazione di Nuvole. Il ciclo del carbonio.
6. Fondamenti di Trasferimento Radiativo in atmosfera grigia (10 ore di lezione, 3 di esercitazione). Equazione di Schwartzchild per il Trasferimento Radiativo. Equilibrio Radiativo. Effetto Serra.
7. Fondamenti di Trasferimento Radiativo Line by Line (12 ore di lezione, 3 di esercitazione). Lo spettro di Assorbimento atomico. Lo spettro di Assorbimento molecolare. Forma delle linee. Coefficiente di assorbimento e trasmittanza. Fondamenti di trasferimento radiativo nell'infrarosso termico. Lo Scattering. Modelli di trasferimento radiativo line-by-line. Trasferimento radiativo in presenza di nubi. 
   
8. Problemi Inversi. (6 ore di lezione, 6 ore di esercitazione). Retrieval di parametri geofisici. Metodologia EOF (Empirical Orthogonal Function) per il retrieval dei parametri geofisici dell'atmosfera terrestre.

Il corso è organizzato nel seguente modo:

• lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso (64 ore);
• esercitazioni numeriche in aula (12 ore);

Nell’ultima parte del corso gli allievi sono invitati a comporre dei gruppi di 2 o 3 studenti per lo sviluppo di un elaborato progettuale. A ciascun gruppo viene assegnato un problema di retrieval di parametri geofisici a partire da dati osservati da satellite. Per sostenere l’esame è necessario consegnare l’elaborato progettuale entro la scadenza comunicata negli avvisi di prove d’esame (tipicamente 1 settimana). L’elaborato sarà preventivamente valutato dal docente: se non è considerato soddisfacente, il docente può chiedere modifiche e/o integrazioni.

L’esame consiste in una prova orale suddivisa in due parti:

• la prima parte consiste nella discussione dell’elaborato progettuale ed è tesa a valutare il grado di maturità ed autonomia nell’affrontare problemi applicativi nell’ambito della Osservazione della Terra, nonché le capacità di presentare in modo chiaro e sintetico il lavoro svolto;
• nella seconda parte sarà valutata la capacità di collegare e confrontare gli argomenti trattati durante il corso.

Il voto finale sarà determinato sulla base della correttezza e della profondità dell’elaborato, nonché sulla capacità dell’allievo di esporlo in maniera chiara ed esaustiva, e dell’accertamento della capacità di collegare e confrontare argomenti e metodologie apprese.

• Lucidi delle lezioni disponibili su http://www2.unibas.it/gmasiello/home.html#Did.
• Testi di riferimento:
  • D. Halliday, R., Resnick, J. Walker. Fondamenti di Fisica, Casa Editrice Ambrosiana, 2015 (Capp. 14, 18, 19 e 20, per il contenuto 1, Capp. 32 e 33 per il Contenuto 2, Capp. 34, 35 e 36 per il Contenuto 3)
  • K. N. Liou, "An Introduction to Atmospheric Radiation", Academic Pres.(Capp. 1 e 2 per il contenuto 4, Cap. 3 per il contenuto 5, Cap. 4, 5 e 6 per i contenuti 6 e 7)
  • J. Houghton. "The Physics of Atmosphere", Cambridge University Press. (Capp. 1 e 2 per il contenuto 6)
  • W. P. Menzel., "Remote Sensing Applications with Meteorological Satellites". WMO Technical Document (Cap. 3 per il contenuto 5 e 6)
  • C.Serio et al. in PAUL N. FINDLEY. Environmental Modelling: New Research. p. 51-88, Nova Science Publishers.(Per il contenuto 8)

All’inizio del corso il docente descrive obiettivi, programma e metodi di verifica del corso, indicando dove reperire il materiale didattico on line.

L’orario di ricevimento è fissato per il Giovedì dalle ore 16:30 alle 18:00 presso lo studio del docente, V piano dell’edificio di Ingegneria, campus di Macchia Romana. Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente e? disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, attraverso la propria e-mail o alla fine della lezione

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