99523 - TROPICAL AIR-SEA INTERACTION

Conoscenze e abilità da conseguire

The student will learn the main climate features of the tropical system with an emphasis on coupled atmosphere-ocean processes in the equatorial Indo-Pacific region. Theough this course the student will address the dynamics of tropical coupled processes, from the Madden-Julian Oscillation, to El Nino/Southern Oscillation, the Asian Summer Monsoon and their interaction with the overall global variability, using idealized and more complete models. At the end of the course the student will be able to assess how these phenomena can be modelled and predicted using Earth system models using deterministic and statistical methods.

Contenuti

I tropici coprono circa il 40% della superficie mondiale e svolgono un ruolo dominante nel sistema climatico terrestre influenzando i modelli di circolazione atmosferica e oceanica globale e plasmando i sistemi meteorologici. In questo corso introdurremo i processi fondamentali che caratterizzano il clima e la dinamica tropicale su un'ampia gamma di scale spaziali e temporali: da quella locale (~km) a quella planetaria (~10^4km) e da quella giornaliera a multi-decennale.

Nella prima parte del corso, inizieremo definendo i tropici e rivedendo i processi fisici fondamentali coinvolti nell'interazione aria-mare e quindi responsabili dello scambio di calore, massa (acqua) e momento tra oceano e atmosfera. Esaminando prodotti osservativi, mostreremo che, rispetto alle extra-tropici, il legame tra oceano e atmosfera è generalmente più forte nei tropici, dove la convezione atmosferica e lo stress del vento sono ampiamente controllati dalle SST tropicali.

Nella seconda parte, esploreremo la dinamica delle onde e discuteremo come alle basse latitudini le onde svolgano un ruolo cruciale nel plasmare la variabilità tropicale da scale sub-stagionali a interannuali. Deriveremo le equazioni di Shallow Water e poi utilizzeremo il loro set linearizzato per derivare e discutere onde di inerzia-gravità, Rossby e Kelvin. La relazione di dispersione delle onde equatoriali sul piano beta (spettro di Matsuno) sarà anche derivata e discussa.

Infine, esploreremo i principali modelli di accoppiamento oceano-atmosfera nei tropici. In particolare, ci concentreremo sulle oscillazioni intrastagionali (note anche come Oscillazione di Madden-Julian, MJO), sul Indian Ocean Dipole e sul fenomeno di El Niño, che è una manifestazione del modo climatico più importante su scale temporali interannuali, ovvero El Niño-Oscillazione Meridionale (ENSO). Diverse lezioni saranno dedicate a ENSO: dopo aver esplorato la dinamica e la teoria di El Niño, che si basa sulla dinamica delle onde equatoriali, discuteremo delle teleconnessioni dell'ENSO e dell'interazione con altri modelli climatici, così come dei suoi impatti, metodi di monitoraggio e previsione. Questa parte si concluderà con una breve panoramica sulla dinamica dei cicloni tropicali: meccanismi di formazione, struttura, tracciamento, tecniche di previsione e impatti.

Questo corso sarà caratterizzato da una forte componente pratica di analisi dei dati e modellizzazione che sarà sviluppata in Python attraverso una combinazione di sessioni pratiche in aula e esercitzioni a casa. Dataset osservativi saranno utilizzati per analizzare i processi e i modelli climatici, e per impostare, calibrare e testare modelli a bassa complessità di ENSO (ad es., l'oscillatore ritardato dell'ENSO e l'oscillatore di ricarica) e altri modi tropicali.

Testi/Bibliografia

Essential of Atmospheric and Oceanic Dynamics (Geoffrey K. Vallis, 2019; Cambridge University Press)

Climate Change and Climate Modeling ( David J. Neelin, 2010; Cambridge University Press)

Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics ( Geoffrey K. Vallis, 2017; Cambridge University Press – 2^nd edition)

Additional notes and materials distributed by the professor.

Metodi didattici

• Lezioni frontali con lavagna e proiettore
• Sessioni pratiche con Python/Jupyter Notebook
• Esercitazioni e progetto finale

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Progetto finale ed esame orale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Liguori