М. В. Ломоносова Географический факультет «Утверждено» Академик ран н. С. Касимов 20 г. Программа
Скачать 177.07 Kb.
|
| Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Географический факультет «Утверждено» Академик РАН Н.С.Касимов «_____»_________ 20__г. ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Наименование дисциплины «Физическая метеорология»по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология» уровня высшего профессионального образования бакалавриат с присвоением степени «бакалавр» 1. Цели и задачи освоения дисциплины Основной целью освоения дисциплины «Физическая метеорология» является изучение физических свойств атмосферного воздуха, процессов излучения и радиационного переноса в атмосфере, термодинамики атмосферы и её водного режима, основ динамики атмосферы. Для достижения данной цели необходима реализация следующих задач:
2. Место дисциплины в структуре ООП Данная дисциплина входит в модуль «Физическая метеорология и химия атмосферы» вариативной части профессионального цикла ООП по направлению «Гидрометеорология». Изучение курса базируется на предварительном усвоении студентами материала следующих дисциплин: высшей математики с основами математического анализа, общей физики, общей химии, общего землеведения, метеорологии и климатологии, гидрологии. На основе знаний, полученных в рамках данной дисциплины, базируются все следующие дисциплины, входящие в ООП «Гидрометеорология», в том числе: динамическая метеорология, климатология, микроклиматология, синоптическая метеорология и др. Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь дисциплины «Физическая метеорология» с другими частями ООП определяется следующей совокупностью компетенций, необходимых для освоения данной дисциплины: Студент должен: Знать: общие эколого-географические дисциплины, (в том числе метеорологию с основами климатологии), общую физику, общую химию, основы математического анализа; Уметь: выполнять основные метеорологические и актинометрические наблюдения, решать простейшие задачи общей физики и математического анализа; Владеть: методами первичной обработки данных метеорологических наблюдений, основами математического анализа и общей физики. 3. Требования к результатам освоения дисциплины Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих специализированных компетенций: владение знаниями о физических и химических процессах, протекающих в атмосфере, о взаимодействии атмосферы с земной (морской) поверхностью при решении научных и практических задач метеорологии. Студент должен: знать: предмет, объект, цели, задачи и методы современной метеорологии; физические свойства атмосферы, ее состав и строение; основы термодинамики атмосферы, тепловой и водный режим атмосферы; законы теплооборота и влагооборота, структуру и основные закономерности теплового баланса подстилающей поверхности, деятельного слоя суши и океана; основы динамики атмосферы и её общей циркуляции; основы радиационного переноса в атмосфере, основы атмосферной оптики; основные физические закономерности атмосферной акустики; уметь: выполнять полный комплекс стандартных метеорологических и радиационных наблюдений, их обработку, анализ и интерпретацию (в том числе с использованием современных языков программирования и программных средств), выполнять расчеты и оценки компонентов радиационного, теплового и водного баланса, простейших радиационных характеристик атмосферы, характеристик атмосферного движения, термодинамических характеристик; владеть: основными методами измерения и обработки метеорологических и радиационных данных (в том числе с использованием современных языков программирования и программных средств), методами микроклиматических наблюдений; методами расчёта компонентов радиационного баланса, а также теплового баланса атмосферы и деятельного слоя суши и океана, методами расчёта характеристик простейших атмосферных движений в различных слоях атмосферы; знаниями о формировании и генезисе атмосферных процессов и понимать роль различных факторов определяющих их особенности. 4. Структура и содержание дисциплины 4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоёмкость дисциплины составляет 252 часа (7 зачётных единиц.). Общая аудиторная нагрузка составляет 150 часов, из них лекционных – 75 часов (36 часов в 3 семестре, 39 часов в 4 семестре), семинарских – 75 часов (36 часов в 3 семестре, 39 часов в 4 семестре); самостоятельная работа в рамках дисциплины составляет 102 часа (36 часов в 3 семестре, 66 часов в 4 семестре). Форма отчётности: после 3 семестра – экзамен, после 4 семестра – экзамен.
4.2. Содержание дисциплины Введение. Предмет и методы физической метеорологии, её связь с другими науками геофизического цикла. История метеорологии. Структура современной метеорологии, ее роль и место в Мировой экономике, в решении актуальных глобальных и региональных проблем. Международная кооперация в изучении атмосферы, океана и климата. Метеорологические наблюдения. Всемирная служба погоды, региональные гидрометеорологические службы. Раздел 1. Состав и строение атмосферы. Метеорологические величины, размерности, точность измерений. Газовый состав воздуха в нижних слоях атмосферы и на большой высоте. Атмосферные аэрозоли. Молекулярно-кинетическая теория применительно к атмосферным газам. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха. Барометрическая формула Больцмана. Вертикальное строение атмосферы. Основные физические свойства верхней атмосферы. Распределение Максвелла и диссипация газов в верхней атмосфере. Основное уравнение статики атмосферы. Барометрические формулы. Барическая ступень. Абсолютный и относительный геопотенциал. Карты барической топографии. Механизм изменения атмосферного давления в точке. Горизонтальная неоднородность атмосферы. Понятие о воздушных массах, барических системах, атмосферных фронтах. Раздел 2. Тепловой режим атмосферы и земной поверхности. Первое и второе начало термодинамики, уравнение притока тепла в общем виде. Политропические и адиабатические процессы в сухом воздухе. Сухоадиабатический градиент. Потенциальная температура, энтальпия и энтропия. Термодинамика влажного воздуха, влажноадиабатический градиент. Условия и критерии термодинамической устойчивости воздушных масс. Методы частицы, метод слоя, фактор вовлечения. Уровень конденсации и уровень конвекции. Частота Брента-Вяйселя. Уравнение притока тепла в атмосфере. Притоки тепла: адвективный, конвективный, радиационный, явный и скрытый. Закономерности переноса тепла в приземном слое атмосферы, в планетарном пограничном слое и в свободной атмосфере. Тепловой баланс земной поверхности и деятельного слоя. Поток тепла в почву, законы Фурье. Турбулентный тепло- и влагообмен подстилающей поверхности и атмосферы. Затраты тепла на таянье снега и льда. Раздел 3. Водный режим атмосферы. Условия фазовых переходов воды в атмосфере. Термодинамический потенциал Гиббса. Законы испарения, теория Шулейкнина. Уравнение диффузии водяного пара, распределение водяного пара по вертикали в приземном слое и в тропосфере. Конденсация. Туманы и облака. Международная классификация облаков. Микроструктура облаков, их водность, водозапас. Процесс укрупнения облачных элементов и образования осадков. Осадки, их классификация. Вымывание осадками загрязняющих веществ из атмосферы. Химический состав осадков. Раздел 4. Основы динамики атмосферы. Силы, действующие в атмосфере. Закон сохранения момента количества движения применительно к атмосфере (второй закон Ньютона). Уравнения движения турбулентной атмосферы. Траектории и линии тока. Закон сохранения массы применительно к атмосфере, уравнение неразрывности. Вертикальные движения. Движения в свободной атмосфере: геострофический и термический ветер. Движение воздуха при круговых изобарах в свободной атмосфере. Ветер в планетарном пограничном слое, влияние силы трения. Спираль Экмана. Движение воздуха при круговых изобарах в планетарном пограничном слое. Ветер в приземном слое. Основы теории приземного слоя. Масштабы атмосферных движений. Основные черты общей циркуляции атмосферы. Общие сведения о циркуляции в тропиках: пассаты, муссоны, тропические циклоны. Общие сведения о циркуляции в умеренных широтах: западный перенос, планетарная фронтальная зона. Атмосферные фронты. Циклоны и антициклоны. Мезомасштабная циркуляция атмосферы – конвективные явления, фёны, катабатические ветры, бризы, горно-долинная циркуляция. Некоторые сведения о циркуляции воздуха в стратосфере и о процессах в верхней атмосфере. Раздел 5. Атмосферная радиация и основы радиационного переноса. Солнце как источник энергии на Земле. Солнечная постоянная, солнечная активность. Основные законы излучения. Основные радиометрические величины и единицы измерения. Закон Бугера-Ламберта. Понятие ослабления и эмиссии. Уравнение Шварцшильда. Уравнение радиационного переноса для плоско-параллельной атмосферы. Характеристики взаимодействия излучения со средой (индикатриса рассеяния, объемный показатель ослабления и др.). Оптические и радиационные характеристики газово-аэрозольного состава атмосферы. Раздел 6. Основы атмосферной оптики. Приближение геометрической оптики атмосферные явления: уравнение рефракции, виды рефракции. Особые явления в атмосфере: сумерки, радуга, гало. Свет как электромагнитное излучение. Вывод уравнений Максвелла. Волновые явления: интерференция, дифракция. Основы рассеяния излучения. Релеевское рассеяние. Основы теории Ми. Оптические свойства подстилающей поверхности. Молекулярное поглощение в атмосфере Земли. Спектры поглощения атмосферных газов. Контур спектральной линии. Банки данных спектроскопических параметров. Основные фотометрические величины. Естественная освещенность земной поверхности. Световой эквивалент. Теория видимости в атмосфере. Раздел 7. Радиационный бюджет системы Земля-атмосфера. Радиационный бюджет системы «Земля-атмосфера». Радиационное воздействие (радиационный форсинг) различных атмосферных параметров. Составляющие радиационного баланса у поверхности Земли и факторы их определяющие. Характеристики прозрачности атмосферы. Эффект Форбса. Методы измерений составляющих радиационного баланса у поверхности земли и на верхней границе атмосферы. Раздел 8. Основы атмосферной акустики. Основы теории распространения звука. Объективные и субъективные характеристики звука. Зависимость скорости распространения звука от метеорологических факторов. Санитарно-гигиенические аспекты шумовых загрязнений атмосферы. 4.3. Аннотация дисциплины Основной целью дисциплины «Физическая метеорология» является изучение физических основ общей метеорологии, а именно - физических свойств атмосферного воздуха, процессов излучения и радиационного переноса в атмосфере, термодинамики атмосферы и её водного режима, основ динамики атмосферы. Дисциплина «Физическая метеорология» включает в себя вводную часть (введение) и 8 разделов («состав и строение атмосферы», «тепловой режим атмосферы и земной поверхности», «водный режим атмосферы», «основы динамики атмосферы», «атмосферная радиация и основы радиационного переноса», «основы атмосферной оптики», «радиационный бюджет системы Земля-атмосфера», «основы атмосферной акустики»). Изучение курса «Физическая метеорология» базируется на предварительном усвоении студентами материала следующих дисциплин: высшей математики с основами математического анализа, общей физики, общей химии, общего землеведения, метеорологии и климатологии, гидрологии. На основе знаний, полученных в рамках курса «Физическая метеорология», базируется большая часть дисциплин, входящих в ООП «Гидрометеорология». Дисциплина преподаётся в 3 и 4 семестре, ее общая трудоёмкость составляет 252 часа (7 зачётных единиц). 5. Рекомендуемые образовательные технологии. В процессе преподавания дисциплины "Физическая метеорология" применяются следующие виды образовательных технологий: развивающее и проблемное обучение, проектные методы обучения, лекционно-семинарско-зачётная система обучения, технология развития критического мышления. При чтении данного курса применяются такие виды лекций как вводная, обзорная и проблемная. В рамках семинарских занятий решаются задачи по Физике атмосферы (в основном в рамках разделов 1,3,4,5), в том числе на ЭВМ с использованием языка программирования FORTRAN. 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Рекомендуется проводить промежуточную аттестацию по результатам выполнения практических работ, сдаче коллоквиумов и по мере прохождения основного лекционного материала. Примерные темы рефератов для самостоятельной работы студентов 1.Техногенное влияние на состав атмосферного воздуха, процессы, протекающие в атмосфере. 2.Атмосферные аэрозоли, их роль в процессах осадкообразования и теплообмена в атмосфере. 3.Влияние облачности на радиационные потоки в атмосфере и у земной поверхности. Современные методы определения оптических свойств и количества облаков. 4.Методы активного воздействия на облака с целью предотвращения катастрофических градобитий, ливней, схода лавин и селей. 5. Сравнительная характеристика циркуляции атмосферы и циклонической деятельности в умеренных и тропических широтах. 6.Особенности обмена явным и скрытым теплом и количеством движения в приземном и планетарном пограничном слое. 7.Тропические циклоны их энергетика, траектории и регенерация. 8. Электрические разряды в атмосфере, их разновидности. Современные гипотезы о физике шаровой молнии. 9.Атмосферная акустика. Физические и санитарно-гигиенические аспекты. 10.Физические основы акустического зондирования атмосферы. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу. Строение атмосферы. Газовый состав атмосферного воздуха у земной поверхностии на высотах. Основные метеорологические величины, их размерности. Точность измерений в метеорологии. Виды метеорологических измерений. Всемирная служба погоды. Молекулярно-кинетическая теория применительно к атмосферным газам. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха. Распределение Максвелла. Барометрическая формула Больцмана. Диссипация газов в верхней атмосфере. Уравнение статики атмосферы. Барометрические формулы. Барическая ступень. Геопотенциал. Барометрическая температура. Связь геопотенциала с температурой столба воздуха. Механизм изменения давления в точке. Первое и второе начала термодинамики. Потенциальная температура, энтальпия и энтропия. Адиабатические и политропические процессы в атмосфере. Сухо и влажно-адиабатический градиент температуры. Критерии атмосферной устойчивости: метод частицы и метод слоя. Учет вовлечения. Частота Брпента-Вяйселя. Стратификация атмосферы. Термодинамические диаграммы. Энергия неустойчивости. Уравнение притока тепла. Виды притоков тепла в атмосфере. Факторы, определяющие изменение температуры в приземном, планетарном пограничном слоях и в свободной атмосфере Распределение температуры с высотой в приземном слое атмосферы. Суточный ход температуры. Перенос тепла в атмосфере и в деятельном слое суши и водоемов. Поток тепла в почву, законы Фурье. Турбулентный тепло и влагообмен поверхности и атмосферы. Равновесие фаз в атмосфере. Термодинамический потенциал Гиббса. Уравнение Клаузиса-Клапейрона. Испарение с водной поверхности и с поверхности суши. Теория Шулейкина Уравнение диффузии водяного пара. Испарение и конденсация. Микрофизическая структура облаков. Типы облаков, международная классификация. Туманы. Процесс роста и укрупнение облачных капель. Механизмы образования осадков. Виды осадков и их классификация. Силы, действующие в атмосфере. Уравнение движения атмосферы в общем виде. Геострофический ветер. Движение в случае прямолинейных и круговых изобар в свободной атмосфере. Изменение ветра с высотой в свободной атмосфере. Термический ветер. Изменение ветра с высотой в пограничном слое атмосферы. Движение в случае прямолинейных и круговых изобар в пограничном слое. Спираль Экмана. Изменение ветра с высотой в приземном слое. Применение теории подобия для описания изменения метеорологических характеристик в приземном слое. Условия существования фронтальных поверхностей в атмосфере. Фронты, и их типы. Классификация атмосферных движений. Волны и вихри в атмосфере. Циклоны и антициклоны. Общие особенности циркуляции атмосферы в тропиках и в умеренных широтах Мезомасштабные процессы в атмосфере и их физические механизмы. Местные ветры. Акустическое зондирование атмосферы. Солнечная внеатмосферная радиация и солнечная активность. Основные законы излучения. Уравнения Максвелла для вакуума. Основные радиометрические величины и единицы измерения. Характеристики взаимодейcтвия излучения со средой (индикатриса рассеяния, объемный показатель ослабления и др). Закон Бугера-Ламберта. Понятие ослабления и эмиссии. Уравнение Шварцшильда. Уравнение переноса для плоско- параллельной атмосферы. Озон. Особенности распределения озона в атмосфере и его временная изменчивость. Влияние озона на УФ радиацию. Проблемы озонового слоя Земли. Атмосферный аэрозоль. Микрофизические, оптические и радиационные свойства. Аэрозоль различного генезиса. Макро- и микрофизические, оптические и радиационные свойства облаков. Приближение геометрической оптики атмосферные явления: уравнение рефракции, виды рефракции. Особые явления в атмосфере: сумерки, радуга, гало. Свет как электромагнитное излучение. Вывод уравнений Максвелла для среды. Волновые явления: интерференция, дифракция. Основы рассеяния света. Релеевское рассеяние. Основы рассеяния света. Основы теории Ми. Оптические свойства подстилающей поверхности. Молекулярное поглощение в атмосфере Земли. Спектры поглощения атмосферных газов. Контур спектральной линии. Банки данных спектроскопических параметров. Основные фотометрические величины. Естественная освещенность земной поверхности. Световой эквивалент. Теория видимости в атмосфере. Характеристики прозрачности атмосферы. Составляющие радиационного баланса у поверхности Земли и факторы их определяющие. Радиационный форсинг различных атмосферных параметров. Радиационный бюджет системы «Земля – атмосфера». 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины. Литература а) основная Матвеев Л.Т. "Физика атмосферы" изд. СПб, ГИМИЗ, 2000г. 778 с. Лиоу К.Н., Основы радиационных процессов в атмосфере, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1984, 376 стр. Семенченко Б.А. "Физическая метеорология" М. изд.Аспект-Пресс, 2002г., 502 с. Тимофеев Ю.М., А.В. Васильев. Теоретические основы атмосферной оптики, Санкт-Петербург, «Наука», 474 стр., 2003. б) дополнительная. Мак-Картни. Оптика Атмосферы. Издательство МИР, Москва, 1979 Хргиан А.Х. "Физика атмосферы" в 2т. Л.ГИМИЗ,1978 г. т. 1 - 247 с., т.2 - 219 с. Хромов С.П., Мамонтова Л.И. " Метеорологический словарь". Л.ГИМИЗ, ГИМИЗ, 1974 г.,568 с. Хромов С.П., Петросянц М.А."Метеорология и климатология" М. Изд.МГУ, 2001 г.,520 с. Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric science. 2nd ed. Amsterdam. Elsevier. 2006. 484 p. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы. http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/overview/index.html (большой портал гидрометеорологических данных) http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/services/NetCDF (большой портал гидрометеорологических данных) 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины. Учебная аудитория на 40 мест с мультимедийным проектром для чтения лекций. Компьютерный класс с доступом в Интернет. Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки 021600 «Гидрометеорология». Программа одобрена на заседании кафедры метеорологии и климатологии Протокол №___ от ______20__г. Заведующий кафедрой профессор Кислов А.В. ____________________________ подпись Разработчики: Торопов П.А., доцент, к.г.н., географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова Чубарова Н.Е., ведущий научный сотрудник, д.г.н., географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова Семенченко Б.А., доцент, к.г.н., географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова Эксперт: Архипкин В.С., доцент, к.г.н., географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Ассоциация российских географов-обществоведов (арго) Институт географии... Комиссия по кристаллохимии и рентгенографии минералов Российского Минералогического Общества |  | Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова Географический... Объекты наследия как демонстрационная площадка использования возобновляемых источников энергии на Северо-западе Европейской части... |
| Время Мероприятие Программа мероприятия Холл, 2 этаж Гусейнов Абдусалам Абдулкеримович, академик ран, директор Института философии ран | | Утверждено Ученым советом Академии 17 февраля 2006 г Автор-составитель доктор социологических наук, профессор, академик Международной педагогической академии, академик Академии литературы... |
| Дальневосточного отделения ран Утверждено на заседании Ученого совета Тихоокеанского института биоорганической химии им. Г. Б. Елякова дво ран | | «Морские Исследования и образование: maresedu -2015» Первое приглашение 22-24 октября 2015г Центр морских исследований мгу имени М. В. Ломоносова, Биологический, Географический и Геологический факультеты мгу имени М. В. Ломоносова... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Оргкомитет конференции: Академик ран а. О. Чубарьян, директор иви ран (Россия) – сопредседатель; И. А. Альтман (Центр «Холокост»,... | | Реферат Тема: «Касимов: милая провинция» Как вечный Рим на семи холмах стоит древний Касимов на семи оврагах. Вот уже почти восемь с половиной веков любуется город своим... |
| Информационное письмо Научным руководителем Высшей школы физиков имени Н. Г. Басова является академик ран крохин О. Н | | В. М. Полтерович (доктор э н., академик ран) Структура корпоративных бумаг и финансирование дефицита госбюджета: несущественность важных решений |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Факультет русской филологии и журналистики. Факультет истории и юриспруденции. Факультет татарской и сопоставительной филологии.... | | Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным... Ран; Милованов В. И. — доктор исторических наук; Мистюков Н. А.; Молодых И. И. — доктор геолого-минералогических наук, профессор;... |
| Государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Министерство природных ресурсов рф, другие природоохранные ведомства и учреждения | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Ерёмина Светлана Алексеевна окончила в 1984 году Ростовский государственный университет геолого-географический факультет |
| Естественно-географический факультет «экологический мониторинг шумового... Министерство образования и науки РФ государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Высшее педагогическое образование Казахский ордена Трудового Красного Знамени педагогический институт имени Абая, естественно-географический... |
