Программа учебной дисциплины
Скачать 168.06 Kb.
|
| Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Географический факультет «Утверждено» Академик РАН Н.С.Касимов «_____»_________ 20__г. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Наименование дисциплины «Теория климата»по направлению подготовки 021600.68 «Гидрометеорология» уровня высшего профессионального образования магистратура с присвоением степени «магистр»
Основной целью освоения дисциплины является развитие представлений о причинах изменений климата и способах прогнозирования климата. Цели освоения данной дисциплины определяют ее задачи: -дать представление о истории климата и колебаниях климата различного масштаба -дать представление о математическом моделировании климата -познакомить с физическими механизмами изменений климата -сопоставить изменения климата на планетах солнечной системы и экзопланетах - дать представление об международном сотрудничестве в области прогнозов климата -ознакомить с современными методами прогноза климата -ознакомить с основами методов прогноза климатически обусловленных изменений состояния окружающей среды
Дисциплина «Теория климата» входит в профессиональный цикл вариативной части ООП по направлению «Гидрометеорология». Изучение курса базируется на предварительном усвоении студентами материала базовых метеорологических дисциплин: физической метеорологии, химии атмосферы, динамической метеорологии, климатологии, синоптической метеорологии, блока эколого-географических дисциплин; а также базовых физико-математических дисциплин: физики, гидромеханики, высшей математички, численных методов прогноза погоды. Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь дисциплины «Синоптическая метеорология» с другими частями ООП определяется следующей совокупностью входных компетенций, необходимых для освоения данной дисциплины: Студент должен Знать:
Уметь:
Владеть:
В результате освоения дисциплины обучающийся должен Знать:
Уметь: Выполнять диагноз и прогноз состояния климата с использованием результатов численного моделирования и анализа эмпирической информации Владеть:
4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 144 академических часа (4 з.е.) и изучается в 1 семестре. Аудиторная нагрузка составляет 56 часов, из них 56 часов – лекции и 88 часов – самостоятельная работа студентов. Распределение разделов дисциплины по видам учебной работы
4.2.Содержание курса. Введение. Общие свойства климатической системы. Определение понятия «климатическая система», внешние факторы и внутренние элементы. Обратные связи. Климатически значимые свойства атмосферы, океана, суши, криосферы, биоты. Климатические переменные, «среднее», изменчивость, изменения. Определение понятия «климат». Определение понятия «современный климат». Моделирование климата. Динамика климата и изменения окружающей среды. Цивилизации, конфликты и изменения климата. Раздел 1. История и современное состояние климатологии Климатология как раздел страноведения. Представления о изменениях климата в прошлом. Четвертичная геология и палеогеография, представления о ледниковых периодах. Понимание изменений климата как процессов планетарного масштаба. Теория Миланковича, ее успехи, мистификации и ренесанс. Антропогенное воздействие на климат. Математические модели климата и компьютерные (численные) эксперименты. Прогноз изменений климата. Международное сотрудничество в области изучения изменений климата. Раздел 2. Общие закономерности формирования климатического режима Радиационный бюджет на внешней границе атмосферы как граничное условие для климатической системы. Планетарное альбедо. Парниковый эффект. Неустойчивая стратификация и конвективное перемешивание. Общая циркуляция атмосферы и океана. Изменчивость климата и циркуляционные режимы атмосферы и океана. Арктическая осцилляция. Южное колебание. Ритмы декадной периодичности, индексы АМО и PDO. Основные законы сохранения для планетарной системы. Цикл углерода и азота. Бюджет энергии в климатической системе. Источники и стоки. Перераспределение энергии за счет циркуляции атмосферы и океана. Кинетическая энергия и доступная потенциальная энергия. Бюджет углового момента. Источники и стоки углового момента атмосферы. Перераспределение углового момента за счет движений воздуха в атмосфере. Гипотетические климатические эффекты неравномерности вращения Земли. Раздел 3. Сравнительный анализ климата на планетах и экзопланетах Эмпирические данных о климатическом режиме планет солнечной системы (Венера, Земля, Марс, Юпитер, Титан (спутник Сатурна) ). Дивергенция природно-климатических условий планет Венера, Земля, Марс: роль изменений светимости Солнца, роль разного по интенсивности парникового эффекта, роль магнитного поля планет. Уникальность Земли: Мировой океан, озоновый слой, роль биоты (концепция Геи, «мир маргариток»). Некоторые сведения о климатическом режиме экзопланет. Раздел 4. Математические модели и моделирование климата Модель Будыко-Селлерса. Стохастическая модель. Модели промежуточной сложности (ПС). Модели общей циркуляции атмосферы и океана. Модели земной климатической системы (ЗКС). Усвоение данных. Проблемы параметризации. Подробный анализ структуры одной из современных моделей ПС и ЗКС. Предсказуемость климата и практические подходы климатического прогноза. Источники погрешностей при моделировании климата. Вероятностный характер результатов моделирования климата. Попытки получения вероятностных показателей: уравнения Лиувилля и Фоккера-Планка. Ансамблевый подход в моделировании климата. Раздел 5. История изменений климата в фанерозое (в целом) и в кайнозойской эре Основные проблемы палеоклиматологии. Методы реконструкций: выбор индикаторов изменений климата и датирование: абсолютное, радиоуглеродное и др. Региональные и глобальные палеоклиматические шкалы, их связь. Климат последних 0.5 млрд. лет. Движение материков, процессы глобальной тектоники и изменение СО2 в атмосфере. Климат кайнозойской эры. Уменьшение концентрации СО2 в атмосфере и прогрессирующее похолодание. Формирование криосферы. Обратные связи в системе при наличии снега/льда. Образование ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии. Раздел 6. Генезис колебаний климата в плиоцене - плейстоцене - голоцене Флуктуации климата: переход в последний миллион от колебаний с преобладающим периодом 41 тыс. лет к 100 тыс. летней ритмичности. Морские изотопные стадии. Ледниковые и межледниковые эпохи. Данные ледниковых кернов. Позднеплейстоценовый криохрон (~ 21 тыс. лет назад). Красный шум в спектрах. Теория колебаний климата: механизмы Миланковича, переброса, запаздывания и стохастического резонанса в климатической системе. Совместное моделирование изменений климата, растительности и вариаций глобального цикла углерода. События Хайнриха. Циклы Дансгора-Оешгера. Событие Молодой Дриас. Неустойчивость ледниковых щитов и прерывание переноса тепла в системе Гольфстрим - Северо-Атлантическое течение как механизм резких колебаний климата. Климат голоцена: изменения муссонной активности и термического режима. Колебания уровня Каспийского моря как отражение климатических вариаций. Раздел 7. Генезис изменений климата за последние 2 тыс. лет Проблема интерпретации палеоданных - разные взгляды на особенности колебаний климата в историческое время. Флуктуация Средневековое потепление - Малый ледниковый период. Восстановление аномалий светимости Солнца по данным о колебаниях солнечной активности: современные спутниковые данные, астрофизические данные по другим звездам, изотопные данные ( 14С и 10Ве). Минимум Маундера. Теория колебаний климата: роль изменений светимости Солнца и вулканического аэрозоля. Раздел 8. Генезис изменений климата в современную эпоху Данные мировой сети станций. Проблема однородности рядов. Нерегулярный характер глобального потепления в современную эпоху (с момента окончания Малого ледникового периода). Проявления климатического сигнала в динамике природной среды. Сочетание антропогенно обусловленного нарастания интенсивности парникового эффекта и естественная ритмичность климата. Сопоставление потепления 40-х годов («потепления Арктики») и потепления 80-90-00-х годов. Теория колебаний климата: роль изменений парникового эффекта, светимости Солнца, вулканического аэрозоля, свойств поверхности материков за счет с/х и урбанистического использования. Моделирование климата, направленное на воспроизведение наблюдавшихся на протяжении полутораста лет особенностей. Проблема детектирования проявление антропогенного сигнала на фоне климатической изменчивости. Раздел 9. Крупные международные проекты, направленные на исследование изменений климата (IPCC, CMIP и др.). Объединение климатических исследований в рамках комитета экспертов (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) под эгидой Всемирной метеорологической организации. Отчеты IPCC по проблеме изменений климата, смягчения последствий, приспособления к изменениям. Объединение усилий в моделировании климата. Проект CMIP (Coupled Model intercomparison Project). Проекты CMIP3 и CMIP5. Раздел 10. Декадные прогнозы климатической изменчивости и прогнозы изменений климата на сто и более лет. Сценарии IPCC: А1, А2, В1, В2 и др.; семейство сценариев RCP. Моделирование климата для прогнозирования фоновых изменений в 21 веке. Ансамбль результатов моделирования. Климатически обусловленные изменения природных ресурсов, экологии и социально-экономические изменения. Постановка задачи прогноза состояния климата на ближайшие несколько лет. 4-d усвоение данных о состоянии Мирового океана. Существование потенциала практической предсказуемости сроком до, приблизительно, двух лет. Раздел 11. Предотвращение изменений климата. Ограничения выбросов парниковых газов. Киотский протокол и другие международные договоры. Геоинженерные решения: системы зеркал, регулирующих поступление солнечной энергии, и искусственное формирование облаков стратосферного аэрозоля. 4.3. Аннотация программы Курс «Теория климата» читается для студентов метеорологов и студентов океанологов 5 года обучения. Основной целью курса является изучение причин изменений климата, основ прогнозирования изменений климата и вызываемых ими изменений в окружающей среде. Поскольку курс рассчитан на студентов разных кафедр, пришедших к нему с несколько различным багажом знаний, то изложение ряда специальных вопросов, требующих глубоких профессиональных знаний о атмосфере или океане, преподносится в облегченной форме. Важнейшим средством анализа и прогнозирования выступают математические модели климата (в том числе наиболее современные модели земной климатической системы), поэтому вопросам моделирования отводится большое внимание. Кратко излагаются принципы палеоклиматических реконструкций. В курсе рассматривается история климата Земли, однако акцент делается на событиях, наиболее близких к современному этапу. Теория климата формулируется отдельно для каждого временного масштаба изменений, поскольку воздействующие факторы и обратные связи различны. Для более глубокого понимания планетарных закономерностей производится сравнительная характеристика климатических режимов разных планет. Подробно изучается современный климат, его изменение и изменчивость, факторы климатообразования и обратные связи. Внимание уделяется международному сотрудничеству в области исследования климата и его прогнозирования. Обсуждаются результаты прогнозирования климата, осуществленные в рамках компьютерных экспериментов, изучаются индуцированные ими изменения в состоянии природной среды, влияние на экологию и климатически зависимые отрасли экономики. Рассматриваются современные подходы к регулированию климата: от принятия международных соглашений до геоинженерных решений.
В процессе преподавания дисциплины применяются следующие виды образовательных технологий: развивающее и проблемное обучение, коллективная система обучения, исследовательские методы в обучении, лекционно-семинарско-зачетная система обучения, информационно-коммуникационные технологии. При чтении курса применяются следующие виды лекций: вводная, лекции-информации, обзорные лекции, проблемные лекции, лекции-визуализации, лекции-консультации.
Примерные темы рефератов для самостоятельной работы студентов Парниковый эффект и его изменения в 20 веке Радиационный бюджет на внешней границе атмосферы Уравнение Будыко-Селлерса Структура модели промежуточной сложности CLIMBER2 Структура современной модели земной климатической системы Ансамблевый метод в климатическом прогнозировании Понятие о уравнении Лиувилля и возможности его использования в климатических прогнозах Связь глобальных изменений климата и глобального углеродного цикла События Дансгора – Оешгера и резкие колебания климата События Хайнриха и аномалии климата Механизм Миланковича и аномалии климата Теория климата плейстоцена Стохастическая модель климата Будыко-Селлерса и уравнение Ланжевена Примерный перечень вопросов к экзамену.
Литература а) Основная Кислов А.В. Климат в прошлом, настоящем и будущем. М, Наука-Интерпериодика, 2001, 352 с. Кислов А.В. Климатология. М., Академия, 2011. 224 c. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Под ред. Семенова С.М. Москва, Росгидромет. 2012. б) дополнительная Кислов А.В., и др. Прогноз климатической ресурсообеспеченности Восточно-Европейской равнины в условиях потепления. М., МаксПресс, 2008. 292 с. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской федерации. М., Росгидромет, 2008 Переведенцев Ю.П. Теория климата. Казань, Изд. Казанского ун-та, 2004, 318 с. Warner T.T. Numerical weather and climate prediction. Cambridge Univ. Press, 2011. 550 c. Информационное обеспечение 1. Библиотека климатических данных (IRI-LDEO) 2. Всемирный центр метеоданных, Ashville (NOAA) 3. Гидрометеорологические данные по России (Ascii, по станциям) 4. Изменения климата в России (ГМЦ РФ) http://climate.mecom.ru/ 6.Климатические данные NOAA (daily - global, regional, gif, Ascii,и др.) 7.Международный центр распространения данных (DDC-IPPC)
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки 021600.68 «Гидрометеорология». Программа одобрена на заседании кафедры ___________________________________ Протокол №___ от ______20__г. Зав. кафедрой профессор А.В.Кислов ____________________________ подпись Разработчик: Кислов А.В., профессор, д.г.н., географический факультет Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Эксперты: Вильфанд Р.М., проф., д.т.н., директор ФГБУ "ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ" |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Рабочей программы учебной дисциплины рабочая программа учебной дисциплины «Конкурентное право» Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины (пререквизиты) | | Рабочей программы учебной дисциплины рабочая программа учебной дисциплины «Банковское право» Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины (пререквизиты) |
 | Рабочей программы учебной дисциплины рабочая программа учебной дисциплины «Конкурентное право» Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины (пререквизиты) | | Рабочей программы учебной дисциплины рабочая программа учебной дисциплины... Требования к подготовленности обучающегося к освоению содержания учебной дисциплины (пререквизиты) |
| Рабочая программа учебной дисциплины бд02. Литература Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения учебной дисциплины | | Учебной дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины корпоративные... Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины / ожидаемые результаты образования и компетенции студента... |
| Паспорт рабочей программы учебной дисциплины 4 структура и содержание учебной дисциплины Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с фгос спо... | | Программы учебной дисциплины 4 структура и содержание учебной дисциплины Рабочая программа учебной дисциплины Основы микробиологии и иммунологии является частью основной профессиональной образовательной... |
| Тематический план учебной дисциплины Учебно-методическое обеспечение... Фгбоу впо «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации» | | Учебной дисциплины пс рпуд рабочая программа учебной дисциплины (модуля)... Компетенции студента, формируемые в результате освоения учебной дисциплины / ожидаемые результаты образования и компетенции студента... |
| Паспорт рабочей программы учебной дисциплины 4 структура и примерное... Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с фгос по... | | Тематический план учебной дисциплины 5 Учебно-методическое обеспечение... Фгбоу впо «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации» |
| Тематический план учебной дисциплины 7 Учебно-методическое обеспечение... Фгбоу впо «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации» | | Тематический план учебной дисциплины 5 Учебно-методическое обеспечение... Фгбоу впо «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации» |
| Тематический план учебной дисциплины 5 Учебно-методическое обеспечение... Фгбоу впо «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации» | | Паспорт примерной программы учебной дисциплины структура содержание... У спо «Казанское училище олимпийского резерва» по специальности 100401 Туризм, в соответствии с примерной программой учебной дисциплины... |
