Corso di laurea magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi

Si intende inoltre fornire a chi frequenta una panoramica degli strumenti modellistici oggi in uso per comprendere e descrivere il clima e la sua complessità, ed effettuare proiezioni climatiche future, a partire dai modelli semplici e concettuali (come i modelli a bilancio di energia) fino a quelli globali del sistema Terra, con cenni ai modelli del futuro (i così detti "gemelli digitali"). Ci si prefigge anche di fornire gli strumenti per realizzare in autonomia modelli più semplici e discuterne punti di forza, limiti e incertezze, ad analizzare gli output dei modelli globali di clima.

Un ulteriore obiettivo dell'insegnamento è fornire gli strumenti per leggere e capire, sulla base dei temi trattati a lezione, articoli scientifici di settore, saperne rielaborare i concetti e comunicare in maniera sinetica ed efficace i contenuti.

1. Descrizione del sistema climatico come sistema dinamico, non lineare e complesso, delle sue principali componenti (atmosfera, oceano, criosfera, superficie terrestre e biosfera) e di come interagiscono alle diverse scale
2. I cicli principali nel sistema climatici: bilancio di energia sulla Terra, ciclo dell’acqua e ciclo del carbonio e loro cambiamenti
3. La modellistica climatica
   - definizione generale di modello climatico
   - gerarchia dei modelli (Modelli a bilancio di energia, modelli radiativo convettivi, modelli a complessità intermedia, modelli accoppiati del sistema terra, gemelli digitali)
   - le componenti di un modello climatico e loro accoppiamento, cenni sulla soluzione numerica delle equazioni
   - Dettaglio sui modelli globali e loro controparte regionale. Metodi di disaggregazione dell'informazione (downscaling statistico/stocastico) dalle grandi alle piccole scale, per ottenere stime delle varibili climatiche utili ad effettuare studi di impatto a scala locale
   - validazione dei modelli climatici e importanza dell'integrazione tra modelli e osservazioni.
4. La variabilità climatica e i cambiamenti climatici: La risposta del sistema climatico alle perturbazioni esterne naturali e antropiche. Concetti di radiative forcing e climate sensitivity. I meccanismi di retroazione (fisici, geochimici, biogeochimici e biogeofisici) come esempi concreti della non linearità del clima e della sua variabilità interna.
5. Discussione di un argomento di ricerca e della relativa letteratura che racchiude molti dei contenuti del corso: come idea iniziale l'argomento potrebbe essere lo studio dei cambiamenti climatici nelle regioni di alta quota e in particolare il "Riscaldamento diependente dalla quota": cause, meccanimi in atto e impatti, ma potrebbe cambiare a seconda della risposta della classe agli argomenti trattati.

Le modalità di verifica dell'apprendimento saranno effettuate mediante esame orale che consisterà presumibilmente nell'esposizione di un argomento a scelta (si discuterà insieme la possibilità di farlo attraverso una piccola presentazione) e altre domande da parte della docente sui temi del corso.

• Essentials of the Earth’s climate system, Roger G. Barry, Eileen A. Halll-McKim, Cambridge University Press, 2014
• Global Physical Climatology; Dennis L. Hartmann, Elsevier Science; 2nd edition (2016)
• Climate Change and Climate Modelling, J. David Neelin, Cambridge University Press, 2011
• Physics of Climate, Peixoto and Oort, AIP, 520pp (1992)
• Climate System Modelling, K. Trenberth, Cambridge University Press (2010)
• Elementary Climate Physics, F.W. Taylor, Oxford University Press (2005)
• IPCC (2014) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker, T.F., Qin, D., Plattner, G-K., et al. (eds). https://www.ipcc.ch/assessment-report/ar5/