Скачать 158.7 Kb.
|
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Географический факультет «Утверждено» Академик РАН Н.С.Касимов «_____»_________ 20__г. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Наименование дисциплины «Микроклиматология» по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология» уровня высшего профессионального образования бакалавриат с присвоением степени «бакалавр» 1. Цели и задачи освоения дисциплины Целями освоения дисциплины являются Целью настоящего курса является освоение студентами закономерностей формирования различных микроклиматов под влиянием неоднородностей подстилающей поверхности, а также основ строения и динамики приземного слоя атмосферы (включая необходимые элементы теории турбулентности). Задачами освоения дисциплины Настоящий курс посвящен изучению вертикальной структуры и горизонтальных вариаций метеорологических условий в приземном слое воздуха, возникающих в т.ч. под влиянием неоднородностей в строении подстилающей поверхности. Курс предполагает знакомство с основными физическими процессами, принимающими участие в формировании приземного слоя и микроклимата, и закономерностями его проявления в различных формах рельефа, под влиянием растительности, водоемов, городской застройки и др. 2. Место дисциплины в структуре ООП: Данная дисциплина входит в модуль «Климатология» профессионального цикла вариативной части ООП. Курс преподается на 4-м курсе, в 7-м семестре. Курсу предшествуют дисциплины «Физическая метеорология», «Динамическая метеорология», курсы математического и естественнонаучного блоков, а также географические предметы (биогеография, геоморфология, почвоведение) которые содержат необходимые теоретические основы. Знания, полученные в курсе «Микроклиматология», будут затем использоваться в курсах «Теория климата», «Синоптическая метеорология», «Теория общей циркуляции атмосферы», «Экологическая климатология», «Агрометеорология» (последующие дисциплины). Перед началом освоения дисциплины «Микроклиматология» студент должен владеть инструментарием дифференциального и интегрального исчисления, обладать базовыми знаниями по физике атмосферы и динамической метеорологии, владеть основами метеорологических измерений, иметь полевой опыт наблюдения микроклиматических различий стандартными методами, предусмотренный программами полевых практик после 1-го и 2-го курсов. По окончании освоения дисциплины студент должен иметь базовые представления о строении и динамики приземного слоя атмосферы (включая необходимые элементы теории турбулентности), а также о закономерностях формирования естественных и антропогенных микроклиматов под влиянием неоднородностей подстилающей поверхности. 3. Требования к результатам освоения дисциплины: В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: основы строения и динамики приземного слоя атмосферы (включая необходимые элементы теории турбулентности), закономерности формирования естественных и антропогенных микроклиматов под влиянием неоднородностей подстилающей поверхности; Уметь: проводить расчет параметров приземного слоя атмосферы по данным градиентных и пульсационных микрометеорологических измерений, анализировать микроклиматические различия на основе данных специализированных натурных экспериментов; Владеть: теоретическими основами решения научных и практических задач в области микроклиматологии, в т.ч. с использованием результатов расчетов глобальных и мезомасштабных атмосферных моделей. 4. Структура и содержание дисциплины 4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы1, 72 академических часа.
В таблице должны быть перечислены разделы дисциплины (темы) с указанием времени, отводимого на изучение каждого, а также форм текущего и промежуточного контроля (зачета или экзамена). Виды учебной работы: лекции, семинары, практические занятия, лабораторные работы. Формы текущего контроля успеваемости (для последней колонки таблицы): устный или письменный опрос, защита и презентация домашних заданий, контрольная работа, тест, коллоквиум, решение типовых задач, творческая работа, эссе, реферат, составление опорных конспектов по темам и др. 4.2. Содержание дисциплины Введение
1. Физические основы формирования микроклимата 1.1. Физические процессы в деятельном слое
1.2. Турбулентность и приземный слой атмосферы
1.3. Методы измерений в микроклиматологии
2. Типы микроклиматов
3. Математическое моделирование микроклимата 3.1. Моделирование микроклимата в микромасштабных моделях. Модели статические (теплового баланса), физико-статистические, гидродинамические вихреразрешающие (LES, Large Eddy Simulation), гидродинамические осредненные по Рейнольдсу (RANS, Reynolds-averaged Navier-Stokes). 3.2. Моделирование климата города. Моделирование атмосферных циркуляций различных масштабов, вызванных городской застройкой. Различные подходы и типы моделей, применяющиеся для оперативного прогноза погоды и климатического прогноза. Теплобалансовые модели городского каньона. 3.3. Параметризация микроклиматических процессов в региональных и глобальных атмосферных моделях. Схемы деятельного слоя суши в системах численного прогноза погоды и моделях климата. Схемы представления подсеточного распределения типов подстилающей поверхности. Методы агрегирования параметров и агрегирования потоков. Включение данных о растительности в глобальные и региональные модели атмосферы. Базы данных характеристик подстилающей поверхности. 4.3. Аннотация программы В курсе вводится определение понятия «микроклимат», дается представление о разделении процессов по масштабам. Предлагается обзор методов исследований в микроклиматологии, включая натурные эксперименты и математическое моделирование. Приводится классическое решение Фурье уравнения теплопроводности, рассматриваются ограничения применимости этого решения к описанию реальных процессов. На основе понятия потенциала жидкой влаги в почве выводятся уравнения переноса жидкой влаги. Описывается постановка задачи сопряженного тепловлагопереноса в почве и снежном покрове. Рассмотрены основы теории турбулентности и приземного слоя атмосферы. Излагаются законы однородной и изотропной турбулентности Колмогорова. Вводится определение статистических моментов гидродинамических величин. Выписываются уравнения для потоков, формулируется проблема турбулентного замыкания. Перечисляются примеры наиболее распространенных турбулентных замыканий. Выводится уравнение баланса КЭТ, дается определение числа Ричардсона. Подробно рассматриваются уравнения теории подобия Монина-Обухова для приземного слоя, описываются предельные случаи по стратификации. Приводятся краткие сведения по теории внутренних пограничных слоев (ВПС). Вводятся понятия области влияния (footprint) и высоты смешения. Описаны градиентный метод микроклиматических измерений, а также метода ковариации пульсаций. Рассмотрены закономерности формирования микроклиматов под влиянием неоднородностей подстилающей поверхности, по данным наблюдений. Отдельно изучаются микроклимат различных форм рельефа, микроклимат водоемов и побережий, система почва-растение-воздух, микроклимат застроенной территории. Кратко даны основы математического моделирования микроклимата. Описаны методы прямого численного моделирования (DNS), моделирования крупных вихрей (LES), приводятся примеры простых интегральных моделей. Рассмотрено современное состояние развития схем деятельного слоя суши в глобальных и мезомасштабных моделях, а также методы агрегирования турбулентных потоков на поверхности. 5. Рекомендуемые образовательные технологии При чтении курса применяются следующие виды лекции: вводная, лекция-информация, обзорная лекция, лекция-визуализация, лекция-консультация. Применяются следующие образовательные технологии: проблемное обучение, исследовательские методы в обучении. 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины: Примерный перечень вопросов к коллоквиуму по разделу «Физические основы формирования микроклимата»: 1) Система «почва - поверхность – воздух», взаимодействие процессов, протекающих в них 2) Тепловой режим почвы 3) Тепловой режим водных объектов 4) Теория однородной и изотропной турбулентности 5) Схемы турбулентного замыкания 6) Теория приземного (приводного) слоя Монина-Обухова, аэродинамические формулы 7) Пограничный слой атмосферы, приземный слой, приповерхностный слой. Внутренние пограничные слои 8) Основные методы микроклиматических наблюдений 9) Пульсационные измерения турбулентных потоков тепла и импульса Примерный перечень вопросов к коллоквиуму по разделу «Типы микроклиматов»: 10) Микроклимат различных форм рельефа 11) Микроклимат водоемов и прибрежных зон 12) Система почва-растение-воздух. Микроклимат залесенных территорий 13) Принципы моделирования микроклимата растительных сообществ 14) Микроклимат города. Городской остров тепла 15) Принципы моделирования климатического режима городских ландшафтов. Уравнение теплового баланса городского каньона 16) Связь микроклимата города с глобальным климатом. Форма итоговой аттестации – зачет. Примерный перечень вопросов к зачету: 1) Система «почва - поверхность – воздух», взаимодействие процессов, протекающих в них 2) Тепловой режим почвы 3) Тепловой режим водных объектов 4) Теория однородной и изотропной турбулентности 5) Схемы турбулентного замыкания 6) Теория приземного (приводного) слоя Монина-Обухова, аэродинамические формулы 7) Пограничный слой атмосферы, приземный слой, приповерхностный слой. Внутренние пограничные слои 8) Основные методы микроклиматических наблюдений 9) Пульсационные измерения турбулентных потоков тепла и импульса 10) Моделирование микроклимата в микромасштабных моделях. Примеры микромасштабных моделей 11) Параметризация микроклиматических процессов в крупномасштабных атмосферных моделях 12) Микроклимат различных форм рельефа 13) Микроклимат водоемов и прибрежных зон 14) Система почва-растение-воздух. Микроклимат залесенных территорий 15) Принципы моделирования микроклимата растительных сообществ 16) Микроклимат города. Городской остров тепла 17) Принципы моделирования климатического режима городских ландшафтов. Уравнение теплового баланса городского каньона 18) Связь микроклимата города с глобальным климатом. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение Литература а) основная
б) дополнительная
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы - курс микрометеорологии Университета г.Вагенинген (Нидерланды) http://www.met.wau.nl/Courses/Micrometcourse/index.html - программное обеспечение для обработки данных пульсационных измерений Университета г.Байройт (Германия) http://www.bayceer.uni-bayreuth.de/mm/en/software/software/software_dl.php?id_obj=96786 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Учебная аудитория на 30 мест с мультимедийным проектором для проведения лекционных и семинарских занятий. Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки (указывается номер и название направления) Программа одобрена на заседании кафедры ___________________________________ Протокол №___ от ______20__г. Зав. кафедрой профессор А.В.Кислов ____________________________ подпись Разработчики: Степаненко Виктор Михайлович, с.н.с., к.ф.-м.н., географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, Константинов Павел Игоревич, ст.преп., к.г.н., МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет Эксперт: Репина Ирина Анатольевна, в.н.с., д.ф.-м.н., Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова РАН 1 Зачетная единица – унифицированная единица измерения трудоемкости ООП; одна зачетная единица соответствует примерно 36 академическим часам. |
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Агроклиматология»... «Гидрометеорология» уровня высшего профессионального образования бакалавриат с присвоением степени «бакалавр» | Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Спутниковая... «Гидрометеорология» уровня высшего профессионального образования бакалавриат с присвоением степени «бакалавр» | ||
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины «Мезометеорологические... Целью освоения дисциплины является получение базовых сведений по теории, данным наблюдений, численному моделированию и прогнозу мезомасштабных... | Программа учебной дисциплины наименование дисциплины «Дистанционные... Изучение курса базируется на предварительном усвоении студентами материала следующих дисциплин: высшей математики с основами математического... | ||
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины «Синоптическая... Изучение курса базируется на предварительном усвоении студентами материала базовых метеорологических дисциплин: физической метеорологии,... | Программа учебной дисциплины наименование дисциплины «Численные методы... Изучение курса базируется на предварительном усвоении студентами материала базовых метеорологических дисциплин: физической метеорологии,... | ||
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины «Новейшие отложения Севера» География уровня высшего профессионального образования бакалавриата с присвоением квалификации (степени) «бакалавр» | Рабочая программа учебной дисциплины мелиорация для подготовки бакалавров... Программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо по направлению подготовки 021600. 62 «Гидрометеорология», утверждённого... | ||
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Химия атмосферы»... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: «Основы климатологии... | Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Климаты земного... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: «Физическая... | ||
Рабочая программа учебной дисциплины физика для подготовки бакалавров... Фгос впо по направлению подготовки 021600. 62 «Гидрометеорология», по профилю «Агрометеорология», утверждённого приказом Министерства... | Основная образовательная программа высшего профессионального образования... Ооп) первого уровня высшего профессионального образования (бакалавриат) по направлению подготовки 020400 – Биология в части | ||
Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Гидрометеорологические... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: «Физической... | Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Авиационная... Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: курсов «Физика»,... | ||
Основная образовательная программа высшего профессионального образования Фгос впо) по данному направлению подготовки и рекомендуемой вузам для использования при разработке основных образовательных программ... | Рабочая программа учебной дисциплины «наименование дисциплины» Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (фгос впо) по направлению подготовки... |