RECAPITI

• Via prov.le Lecce – Monteroni, 73100 Lecce

ATTREZZATURE

 L'attività del laboratorio è centrata sullo studio del clima della regione mediterranea mediante modelli numerici ed analisi di dati (inclusi dati strumentali). Si basa su un insieme  di modelli che consentono di studiare aspetti complementari della dinamica del clima. Sono attualmente implementati presso il laboratorio  i seguenti modelli:

• COSMO per simulazioni climatiche e meteorologiche a scala regionale,
• WAM per la simulazione delle onde marine,
• HYPSE per la simulazione delle inondazioni costiere e il livello del mare

Sono inoltre implementati codici per analisi statistiche e per la classificazione dei regimi meteorologici (in particolare un software per l’analisi dell’attività ciclonica).

Le ricerche vengono svolte nel contesto di progetti europei (ad esempio RISES-AM, CIRCE, Wassermed) ed iniziative internazionali (ad esempio MedCLIVAR, COWCLIP, IMILAST, CORDEX) e in stretta collaborazione con il CMCC (Centro EuroMediterraneo sui Cambiamenti climatici).

LINEE DI RICERCA

• Dinamica del clima a scala regionale nel Mediterraneo
• Estremi climatici
• Dinamica del clima a scala globale
• Livello del mare e onde marine
• Climatologia sinottica
• Impatti dei cambiamenti climatici sull'agricoltura e sull'ambiente
• Oceanografia Operativa

ATTIVITÀ / FINALITÀ

Dinamica del clima a scala regionale nel Mediterraneo

La variabilità del clima e i suoi cambiamenti si manifestano a molteplici scale spaziali, da quella globale a quella locale, con caratteristiche diverse. La comprensione dell’evoluzione del clima a scala regionale richiede approcci complementari rispetto al clima globale, che siano in grado di descrivere i processi che hanno luogo su scale spaziali piccole, in genere inferiori ai 1000km, ma che in alcune applicazioni sono dell’ordine di (o inferiori a) 10km. Queste scale sono descritte con due approcci (non necessariamente in alternativa): modelli deterministici ad alta risoluzione, ossia con un grigliato molto fitto che descriva la variabilità del territorio ad alta risoluzione, e metodi statistici, che sfruttino relazioni fra variabili a grande scala (esempio la struttura del campo di pressione atmosferica) e variabili locali (ad esempio il vento misurato localmente da una stazione meteorologica).

La descrizione del clima a scala regionale e locale è fondamentale per produrre risultati concretamente utili per affrontare il cambiamento climatico. Se da un lato il clima è necessariamente un problema globale, dall’altro lato i suoi impatti si concretizzano a scala locale, dove condizionano la gestione delle coste, l’agricoltura, il fabbisogno energetico, le risorse idriche, la gestione delle coste, gli ecosistemi.

La regione Mediterranea rappresenta un caso tipico in cui analisi a scala regionale sono essenziali a causa della sua complessa morfologia e collocazione geografica in una zona di transizione fra regimi subtropicali e medie latitudini. La regione Mediterranea è state identificata come una delle regioni del globo più vulnerabili ai cambiamenti climatici a causa del futuro aumento di temperatura e, soprattutto, la diminuzione di risorse idriche, in molte aree dove già attualmente sono criticamente scarse.

La ricerca in atto comprende la descrizione dei cambiamenti climatici nel mediterraneo in termini di valori medi stagionali e di estremi climatici utilizzando sia modelli regionali del clima che metodi statistici.

Estremi climatici

Per estremo climatico si intende una condizione anomala che si verifica molto raramente. In genere è costituita dal una grande deviazione dalla condizione media, che, in quanto tale, ha effetti negativi (se non disastrosi) su ecosistemi, territorio e attività umane.

L’analisi del clima e della sua evoluzione futura comprende quello degli estremi, di cui è importate descrivere la variabilità in termini di intensità e tipologia. L'analisi degli estremi climatici è difficoltosa a causa della loro bassa frequenza e dalla difficoltà a riprodurli in modelli climatici. In genere per la valutazione degli estremi sono richiesti modelli in grado di operare ad alta risoluzione spazio-temporale e riprodurre i processi non-lineari e la sovrapposizione di vari fattori che li determinano. La statistica degli estremi è una specifica branca della statistica, che si avvale di una consolidata teoria matematica che ne descrive la probabilità. Tuttavia, la difficoltà di applicare in casi pratici tale approccio ha prodotto molti studi in cui si evita di considerare estremi in senso stretto, ma ci si limita ad eventi anomali, ma ancora sufficientemente frequenti da poter essere descritti con sufficiente affidabilità da modelli e rilevati da osservazioni.

Esempi di estremi climatici sono le ondate di calore, le precipitazioni intense, i periodi secchi. In particolare, l’attività di ricerca si è recentemente concentrata su estremi delle onde marine e del livello del mare.
 
Dinamica del clima a scala globale

Il cambiamento climatico è un processo a scala globale in cui bilanci energetici a grande scala e strutture della circolazione planetaria si modificano in relazione a cambiamenti della composizione dell’atmosfera, dei parametri orbitali e dell’attività solare. Questi fattori operano su diverse scale temporali e si diversificano nei meccanismi in cui agiscono sulla dinamica della circolazione e dei bilanci energetici. La comprensione dell’azione di questi diversi fattori è importante per la comprensione del funzionamento del sistema climatico e il progresso della nostra capacità di prevederne l’evoluzione futura.

Livello del mare e onde marine

Le variazione del livello del mare e le onde marine sono fondamentali fattori che agiscono sugli ambienti costieri determinandone continuamente l’evoluzione. Le aree costiere sono densamente popolate e ricche di attività economiche per cui la descrizione di onde e livello del mare alla costa è estremamente importante.

Il livello del mare varia su molteplici scale temporali. L’aumento della temperatura media degli oceani e lo scioglimento dei ghiacci determinano un aumento del livello del mare, che progredisce su scale decadali e centennali a scala globale, ma ha diverse caratterizzazioni a seconda dei bacini e delle coste considerate. A scala locale le variazioni sono determinate anche da variazioni di salinità e cambiamenti della circolazione media. Le inondazioni costiere sono determinate da transienti meteorologici e sono la causa di variazioni del livello del mare che interessano porzioni limitate di bacini e persistono in genere da poche ore ad un giorno. Le onde marine sono prodotte dal vento e hanno profondi effetti su strutture marittime e coste. La ricerca svolta utilizza modelli matematici delle onde marine e del livello del mare per calcolarne le caratteristiche nel clima attuale e la loro evoluzione (compresa quella dei loro estremi) nelle prossime decadi nel Mediterraneo.

Climatologia sinottica

La circolazione atmosferica su grande scala presenta strutture regolari nella distribuzione della pressione che sono associate agli spostamenti delle masse d’aria su grandi distanze. Queste trasportano umidità e calore e hanno quindi una stretta connessione con i regimi di precipitazione e temperatura. Vengono chiamate teleconnessioni perché implicano relazioni fra variabili diverse e su grandi distanze. L’esempio più noto e l’oscillazione Nord Atlantica (NAO) una struttura bipolare localizzata nell’Atlantico che determina la precipitazione e la temperatura di vaste aree dell’Europa. L’analisi delle teleconnessioni, della loro variabilità ed evoluzione è importante per descrivere la corrispondente variabilità ed evoluzione del clima. La comprensione delle teleconnessioni è inoltre un importante strumento per descrivere come cambiamenti climatici a grande scala determinino effetti a scala regionale e locale.

Una componente essenziale della circolazione atmosferica sono i cicloni, il cui passaggio ha importanti implicazioni sulle variabili ambientali. L’individuazione dei cicloni e la definizione di procedure automatiche che ne consentano l’individuazione e la quantificazione a partire da simulazioni numeriche e dati osservati (cyclone tracking) sono utilizzati per descrivere i regimi climatici a scale regionale e la loro variabilità. L’associazione dei cicloni con precipitazioni e venti li rende fattori essenziali per capire come la circolazione atmosferica determini mareggiate e inondazioni ed, in generale eventi, di grande potenzialità distruttiva.

Impatti dei cambiamenti climatici sull'agricoltura e sull'ambiente

L'evoluzione futura del clima determinerà cambiamenti nell'ambiente e sulle attività umane.

In particolare l'agricoltura verrà condizionate dal clima più secco e caldo che i modelli del clima indicano per le prossime decadi nel Mediterraneo. E' importante fornire stime della futura produzione agricola e del fabbisogno idrico necessario per sostenerla. Se da un lato l'aumento della CO2 in atmosfera produce un effetto positivo sull'agricoltura, dall'altro si teme che il futuro aumento della temperatura nell'area mediterranea riduca resa e qualità dei raccolti e renda necessario aumentare l'irrigazione di molti raccolti, aumento ulteriormente accentuato dalla diminuzione delle precipitazioni. E’ inoltre importante valutare la risposta degli ecosistemi ai cambiamenti climatici e come ,ad esempio, anomalie termiche possano determinare mortalità di massa e favorire la proliferazione di specie aliene nel Mar Mediterraneo.

Oceanografia Operativa

Operational Oceanography produces forecasts of oceanographic variables (waves, currents, sea level….) in analogy to weather forecasts, but in relation to the marine environment and ocean. In general, these forecasts are implemented by means of numerical models for forecasting and have practical purposes, such as management of harbors, coastal defenses, protection of the populations along the coasts and safety of navigation. In Italy a specific problem is the coastal floods in the North Adriatic and of the City of Venice. The research carried out in the laboratory develops new methods and modeling approaches to improve the precision of prediction and enrich its information content.
 

TERZA MISSIONE

PERSONE

• prof. Piero LIONELLO (Referente Scientifico)
• dott. Riccardo BUCCOLIERI
• dott. Ascanio SCAMBIATI
• dott. Mattia CAVAIOLA
• dott. Luigi MARZO

COLLABORAZIONI ESTERNE

Le ricerche vengono svolte nel contesto di progetti europei (quali RISES-AM, CIRCE, Wassermed) ed iniziative internazionali (ad esempio MedCLIVAR, COWCLIP, IMILAST, CORDEX) e in stretta collaborazione con la Fondazione Centro EuroMediterraneo sui Cambiamenti Climatici (CMCC) e coordinata con quella del Laboratorio di Micrometeorologia dell’Università del Salento.

FORMAZIONE

Oceanografia dei mari semichiuso e delle aree costiere

Laurea magistrale in Biologia marina, costiera ed Ecologia
(In lingua Inglese. Docente: P. Lionello)

Il corso ha lo scopo di fornire agli studenti gli strumenti per la comprensione dei processi di base e le dinamiche che sono responsabili per le caratteristiche dei mari marginali e delle zone costiere. Il corso:

Introduce concetti e metodi della climatologia della zona costiera e dei mari marginali.
Descrive i processi responsabili di salinità, temperatura, processi di trasporto, e variabilità livello del mare.
Descrive le caratteristiche specifiche del Mediterraneo nel contesto globale.
Introduce i recenti cambiamenti del clima del Mediterraneo

Agli studenti sono richieste nozioni fondamentali di analisi matematica, meccanica, termodinamica e fluidodinamica.

Il corso prevede 2 sessioni con esercitazioni pratiche nel Laboratorio di Informatica

Fondamenti di Meteorologia ed Oceanografia Fisica
Laurea Triennale in scienze e tecnologie per l’ambiente
 (Docente: P. Lionello)

Il corso intende fornire agli studenti

Le conoscenze di base indispensabili per comprendere i comportamenti di atmosfera e oceani
Gli strumenti concettuali per analizzare processi meteorologici e oceanografici e il loro effetto sull’ambiente, mediante una visione integrata dei processi fisici fondamentali che hanno luogo in atmosfera ed oceani.
La capacità di comprendere le tecniche di osservazione, contribuire a campagne di misura, elaborare dati oceanografici e meteorologici. Le conoscenze acquisite consentono di accedere alla letteratura scientifica e valutare criticamente le informazioni e i dati disponibili su eventi meteorologici e marini. In generale il corso intende fornire agli studenti capacità di lettura di formule matematiche e di formalizzazione matematica di processi fisici.

Meteorologia Urbana e Circolazione Atmosferica a Scala Locale
Laurea magistrale in scienze ambientali
(Docente: R. Buccolieri)

Il corso si articola in due parti. La prima parte è dedicata alla fisica dello strato limite atmosferico. Vengono richiamati i concetti generali di fluidodinamica, termodinamica e turbolenza con particolare attenzione alla formulazione delle leggi del moto di un mezzo fluido, al problema delle scale del moto ed alle soluzioni delle equazioni fondamentali. Parte integrante di questa prima parte è la descrizione e l’analisi delle proprietà della turbolenza di un flusso e l’analisi delle proprietà di trasporto, con particolare riferimento alla circolazione atmosferica a scala locale. La seconda parte del corso è dedicata ai processi di diffusione di inquinanti passivi in atmosfera, con attenzione ai processi e ai meccanismi caratteristici dell’ambiente urbano. Questa seconda parte prevede esercitazioni in laboratorio durante le quali gli studenti utilizzano un modello di diffusione di inquinanti in atmosfera, lo applicano a diversi scenari e ne analizzano i risultati.

Dinamica del clima
Laurea magistrale in scienze ambientali
(Docente: P. Lionello)

Il corso descrive i bilanci di energia e di massa per le varie componenti del sistema clima (atmosfera, oceani, criosfera, continenti) e a varie scale (regionale e globale) e la circolazione in atmosfera e oceano a scala globale e regionale. Vengono descritti i fattori responsabili per la variazione del clima nel tempo e nello spazio, la variabilità spazi temporale della radiazione solare, l’effetto serra, il ciclo idrologico Il corso contiene richiami generali alla fisica di atmosfera e oceani e alle caratteristiche dei moti che vi hanno luogo.
 

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