1) Equazione di diffusione
.concetti e definizioni
.Analisi dimensionale e teorema Pi
.Processi di diffusione Fickiana
.Derivazione equazione di pura diffusione
.Soluzione autosimile dell'equazione di diffusione pura in 1d

2) Equazione di avvezione diffusione
.Concetti e definizioni
.Derivazione euristica dell'equazione di avvezione diffusione
.Derivazione formale dell'equazione di avvezione diffusione
.Soluzioni analitiche dell'equazione di avvezione diffusione
.Definizione e significato gruppi adimensionali di governo dei fenomeni di avvezione diffusione

3) Diffusione turbolenta ed equazione di avvezione dispersione
.Turbolenza: richiami
.Derivazione equazione turbolenta di avvezione diffusione
. Coefficienti di diffusione turbolenta: longitudinale, verticale e trasversale
.Derivazione dell'equazione di dispersione-avvezione (metodo di Taylor)

4) Equazione di avvezione-diffusione-reazione
.Concetti e definizioni.
.Richiami di cinetica chimica
.Reazioni del primo ordine
.Reazioni del secondo ordine e di ordine superiore
.Derivazione dell'equazione di avvezione-diffusione-reazione nel caso di reazioni omogenee ed eterogenee

5) Fenomeni di mixing atmosferico
.Concetti e definizioni
.La turbolenza nello strato limite atmosferico
.Equazione turbolenta di avvezione-diffusione in 3d
.Derivazione del campo di concentrazione nel caso di plume gaussiano stazionario

6) mixing negli estuari
.Concetti e definizioni
.La dispersione di Taylor-Aris: derivazione mediante analisi asintotica
.Flussi turbolenti negli estuari
.L'equazione dell'energia cinetica turbolenta per flussi negli estuari
.Stratificazione: la frequenza di Brunt-Vaisala e il numero di Richardson

7) Trasporto di sedimenti
.Concetti e definizioni
.Proprietà dei sedimenti presenti in ambito costiero
.Velocità di sedimentazione
.Teoria di Shield
.Trasporto al fondo: teoria di Einstein e correzione di Bagnold
.Distribuzione verticale di sedimenti in una corrente stazionaria
.Distribuzione verticale di sedimenti in un flusso oscillante


8) Soluzione numerica dell'equazione di avvezione-diffusione
.Concetti e definizioni
.Discretizzazioni delle derivate col metodo delle differenze finite
.Analisi accuratezza con metodo del numero d'onda modificato (modified wavenumber approach)
.Metodo della tabella di Taylor
.Stabilità, accuratezza e consistenza
. Schema FTCS per la discretizzazione dell'equazione di avvezione diffusione
.Analisi di Von Neumann
.Schemi di discretizzazione upwind

1) Special topics in Mixing and Transport Processes in the Environment, S. Socolofsky and G. Jirka
2) Chemical fate and transport in the environment, HF Hemond, EJ Fechner
3) Mechanics of coastal sediment transport, J. Fredsoe and R. Deigaard

Equazioni per i fluidi viscosi e turbolenti
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.

- A. Cenedese, 2006, Meccanica dei fluidi ambientale, Mc Graw-Hill.
- B. Cushman-Roisin, 1994, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall.

1-Introduzione alla programmazione in Matlab
2-Le equazioni differenziali ordinarie (ode)
2.1-Introduzione alle ode
2.2-Le ode ai valori iniziali
2.2.1-Il sistema dinamico massa-molla-smorzatore
2.2.2-Calcolo approssimato di derivate di funzione
2.2.3-Il metodo di Eulero
2.2.4-Il metodo di Heun
2.2.5-Sistemi di ode
2.3-Le ode ai valori di contorno
2.3.1-L'equazione del calore
2.3.2-Metodi iterativi (Jacobi, Gauss-Seidel, SOR)
2.3.3-Metodo diretto
3-Le equazioni differenziali alle derivate parziali (pde)
3.1-Introduzione alle pde
3.2-Il metodo FTCS
3.3-Il metodo BTCS
3.4-Il metodo Crank-Nicholson
3.5-L'equazione della diffusione
3.6-L'equazione delle onde
4-Fluidodinamica computazione applicata a problemi di idraulica marittima

-Appunti distribuiti dal docente
-Chapra S., 2018. Applied Numerical Methods with MATLAB for Engineers and Scientists, 4th Edition, McGrawHill Education.
-Chapra S., Canale R., 2015. Numerical Methods for Engineers 7th Edition, McGrawHill Education.

Scale spazio-temporali tipici dei fenomeni fisici oceanografici. Forma e topografia dei bacini oceanici. Piattaforma continentale, inclinazione e pendio. Proprietà fisiche dell'acqua marina: pressione, temperatura, calore, salinità, densità. Equazione di stato.

Caratteristiche di base del campionamento: intervallo, durata, accuratezza. Campionamento puntuale e campionamento continuo. Misura della temperatura. Profilatori di salinità/conduttività/temperatura-profondità (Sonde CTD). La scala pratica della salinità. Misure del livello del mare: manometri e galleggianti. Il caso della Rete Mareografica Nazionale (RMN). Misure di correnti euleriane: misuratore di corrente Doppler acustico (ADCP). Misure di correnti lagrangiane: drifter moderni, galleggianti sub-superficiali (ARGO flat), glider e veicoli subacquei autonomi (AUV). Misure di vento e onde: boe oceanografiche. Il caso della Rete Ondametrica Nazionale Italiana (RON). Traccianti chimici: ossigeno disciolto e nutrienti.

Definizione di telerilevamento. Orbite satellitari e loro applicazioni. Satelliti geosincroni e eliosincroni. Tecniche di imaging: scanner cross-track, cross-track ibridi e long-track. Risoluzione. La natura della radiazione elettromagnetica. Legge di Plank ed emissione del corpo nero. Proprietà atmosferiche e trasferimento radiativo: assorbimento, emissione e diffusione. Riflessione, trasmissione e assorbimento all'interfaccia atmosfera/oceano: proprietà di assorbimento e dispersione dell’acqua marina. Colore dell'oceano: assorbimento e dispersione del fitoplancton, particolato e materiale disciolto. Osservazione all'infrarosso della temperatura superficiale del mare (SST). Radar e backscatter oceanico. Altimetria satellitare. Radar per immagini satellitari: radar ad apertura sintetica (SAR) e radar a visione laterale (SLR).

Satelliti per l’osservazione della Terra del programma comunitario Copernicus: le missioni Sentinel e le Missioni Partecipanti. Servizi Copernicus: Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS). Accesso e utilizzo di prodotti e servizi CMEMS.

Integrazione dei sistemi di osservazione in situ e satellitare nella modellistica idrodinamica oceanica e costiera. Downscaling e upscaling. Pianificazione di programmi di monitoraggio in situ con integrazione dei prodotti CMEMS per la progettazione di infrastrutture costiere e off-shore.

[DPO] Talley, L.D. et al (2011), Descriptive Physical Oceanography, Sixth Edition, Elsevier
[DAMPO] Thomson, R.E., Emery, W.J. (2014), Data Analysis Methods in Physical Oceanography, Third Edition, Elsevier
[ORS] Martin, S. (2014), An introduction to Ocean Remote Sensing, Second Edition, Cambridge University Press

1: Ciclo dell'acqua
2: Precipitazioni
3: Evapotraspirazione
4: Generazione del deflusso
5: Trasformazione afflussi-deflussi
6: Propagazione delle piene
7: Estuari e fisica dei processi estuarini
8: Analisi delle maree

Dingman, S.L. (2015). Physical Hydrology, Third Edition. Waveland Press, Long Grove, Illinois
Kovalik Z., Luick J.L. (2019). MODERN THEORY AND PRACTICE OF TIDE ANALYSIS AND TIDAL POWER. Austides Consulting, Australia.
Parker, B. B. (2007). Tidal analysis and prediction. NOAA