Cyclone systems over the Aegean Sea. A statistical representation of their main characteristics

Il Mar Egeo è un bacino chiuso dove ha luogo una parte significativa dell'attività ciclonica del Mediterraneo. Inoltre, è circondato da città densamente popolate e ricche di risorse, quindi essere in grado di tracciare ed esaminare le caratteristiche degli intensi fenomeni meteorologici come i cicloni può prevenire i pericoli naturali che provocano perdite umane e danni economici. Questo studio tratta le caratteristiche principali dei sistemi a bassa pressione avvenuti nel Mar Egeo dal 1979 al 2020 ed è basato sul dataset di ERA5. Nello specifico, si tratta di un’analisi statistica delle loro caratteristiche come il numero medio di occorrenza per ogni mese dell’anno, la loro velocità di propagazione, la loro durata, la distanza percorsa dal momento della loro formazione fino al punto della loro dissipazione, lo spostamento fra la posizione di formazione e di dissipazione nonché` la loro distribuzione spaziale nelle 4 stagioni. Quello che è stato osservato è un’attività ciclonica rilevante che ha luogo nel Mar Egeo che costituisce uno dei posti del Mediterraneo con attività ciclonica non trascurabile. Si è fatto un confronto quantitativo tra i cicloni e più in generale le attività cicloniche che passano o nascono nel Mar Egeo con i cicloni che hanno luogo nel Mediterraneo nel suo complesso e quello che è stato trovato è che il Mar Egeo è un’area del Mediterraneo con attività ciclonica rilevante, e con caratteristiche simili dei cicloni che avvengono nel Mar Mediterraneo.

Caratterizzazione della struttura e delle misure di precipitazione da una rete di ponti commerciali a microonde in Emilia Romagna

Lo scopo di questa tesi consiste nell’analisi della rete di ponti a microonde, o CML commercial microwave link, gestita da Lepida Spa; la rete è costituita da un gruppo di connessioni telefoniche, collocate sul territorio dell’Emilia Romagna, ed utilizzata all’interno di questo lavoro come strumento di misura della precipitazione. In particolare è stata elaborata una descrizione delle caratteristiche di misura, trasmissione di segnale e geometria delle antenne coinvolte ed eseguita un’analisi statistica di verifica della misura, sviluppata a partire dal confronto tra le osservazioni estrapolate dalla rete, ottenute per mezzo dell’applicazione dell’algoritmo RAINLINK, e le misure effettuate da radar e pluviometri presenti sullo stesso territorio monitorato. Le analisi iniziali hanno evidenziato la peculiarità delle caratteristiche dei ponti all’interno della rete: processi di controllo hanno dimostrato la presenza di vuoti d’informazione relativamente ad alcuni ponti ed uno studio legato alla trasmissione del segnale ha mostrato la presenza di effetti di attenuazione di cui non è possibile offrire una parametrizzazione, anche in assenza di precipitazione. La misura di precipitazione da rete CML è stata confrontata separatamente con i dati estratti da radar e pluviometro, cercando in entrambi i casi di presentare la migliore strategia possibile di comparazione tra misure con diverse caratteristiche spaziali; dal confronto emerge come l’accordo tra le diverse osservazioni risulti maggiore durante i mesi estivi. I risultati hanno evidenziato la presenza di un sottogruppo di strumenti, collocati generalmente nelle zone in cui la rete risulta meno densa, le cui misure presentano un grado di accordo inferiore con il dato osservato da pluviometro e radar, relativamente al resto della rete. É stato inoltre osservato che, la maggior parte dei ponti della rete, tende a sottostimare la presenza di precipitazione.

Comprehensive characterization of snowfall in terms of microphysical features, quantitative precipitation estimation and scavenging properties by in situ and remote sensing observations at an Antarctic coastal site

Snow plays a crucial role in the Earth's hydrological cycle and energy budget, making its monitoring necessary. In this context, ground-based radars and in situ instruments are essential thanks to their spatial coverage, resolution, and temporal sampling. Deep understanding and reliable measurements of snow properties are crucial over Antarctica to assess potential future changes of the surface mass balance (SMB) and define the contribution of the Antarctic ice sheet on sea-level rise. However, despite its key role, Antarctic precipitation is poorly investigated due to the continent's inaccessibility and extreme environment. In this framework, this Thesis aims to contribute to filling this gap by in-depth characterization of Antarctic precipitation at the Mario Zucchelli station from different points of view: microphysical features, quantitative precipitation estimation (QPE), vertical structure of precipitation, and scavenging properties. For this purpose, a K-band vertically pointing radar collocated with a laser disdrometer and an optical particle counter (OPC) were used. The radar probed the lowest atmospheric layers with high vertical resolution, allowing the first trusted measurement at only 105 m height. Disdrometer and OPC provided information on the particle size distribution and aerosol concentrations. An innovative snow classification methodology was designed by comparing the radar reflectivity (Ze) and disdrometer-derived reflectivity by means of DDA simulations. Results of classification were exploited in QPE through appropriate Ze-snow rate relationships. The accuracy of the resulting QPE was benchmarked against a collocated weighing gauge. Vertical radar profiles were also investigated to highlight hydrometeors' sublimation and growth processes. Finally, OPC and disdrometer data allowed providing the first-ever estimates of scavenging properties of Antarctic snowfall. Results presented in this Thesis give rise to advances in knowledge of the characteristics of snowfall in Antarctica, contributing to a better assessment of the SMB of the Antarctic ice sheet, the major player in the global sea-level rise.

Analisi termodinamica di eventi meteorologici estremi nell'Artico

Il sistema terra è soggetto ad un aumento di temperatura causato in larga parte dall'intervento umano. Il riscaldamento nell'Artico avviene ad un velocità doppia rispetto a quella del resto del globo e induce lo scioglimento dei ghiacci polari oceanici e terrestri. Lo studio della variabilità meteorologica delle regioni polari e subpolari può aiutarci a comprendere il ruolo di eventi meteorologici estremi nel determinare forti variazioni di temperatura superficiale della calotta polare. Questo lavoro di tesi discute la fenomenologia degli eventi di blocco meteorologico, regime di circolazione anticiclonica persistente, nella troposfera delle alte latitudini ed il loro legame con estremi di temperatura superficiale nelle regioni artiche. Successivamente, una metodologia di analisi termodinamica per i suddetti è descritta ed applicata ad un caso studio descritto nella letteratura scientifica un blocco alle alte latitudini coincide con la propagazione di una perturbazione ciclonica dalle medie latitudini fino alla calotta artica. Questa particolare configurazione sinottica ha prodotto una variazione della temperatura della calotta artica di circa 7 K in 4 giorni. Sulla base dell’analisi termodinamica è possibile evidenziare una combinazione di processi fisici, diabatici e adiabatici, che concorrono nel determinare il repentino riscaldamento dell’Artico. L’applicazione di simili metodologie su ulteriori casi studio potrebbe contribuire alla definizione di un paradigma dinamico per il fenomeno delle ondate di calore artiche.

Fenomenologia della grandine alle medie latitudini

Nell’ultimo decennio, la grandine è diventata oggetto di numerosi articoli e approfondimenti. Moderne ricerche climatologiche mostrano che tale fenomeno è in aumento in alcune aree geografiche, ma ne rimane ignota l’esatta ragione. La grandine è un evento atmosferico che può essere disastroso in molti ambiti della vita umana, essendo capace di provocare danni economici di grande portata. Sfortunatamente, la capacità previsionale risulta ancora inefficace in questo campo, anche se recentemente sono stati compiuti numerosi progressi grazie all’utilizzo di nuovi strumenti osservativi da satelliti e all’ausilio di simulazioni sempre più efficienti. Questo lavoro vuole sintetizzare le principali conoscenze teoriche e fenomenologiche della grandine, partendo dalla presentazione della struttura dei sistemi temporaleschi e poi approfondendo la teoria microfisica che sta alla base della sua crescita. L’obiettivo `e quello di fornire gli strumenti necessari ad una conoscenza approfondita del fenomeno e di dare un’idea di come esso può essere studiato e capito. Infatti, concluderemo l’elaborato spiegando delle reali simulazioni che sono state compiute in questo campo; una di natura meteorologica, che ha l’obiettivo di illustrare l’importanza delle simulazioni nell’analisi previsionale degli eventi atmosferici, ed una riguardante un modello microfisico, che `e stato capace di ottenere risultati innovativi sul fenomeno dell’accrezione.