program ćwiczeń z meteorologii i klimatologii

PROGRAM ĆWICZEŃ Z METEOROLOGII DYNAMICZNEJ
DLA I ROKU STUDIÓW LICENCJACKICH kier. GEOMONITORING W ROKU AKADEMICKIM 2013/2014
Zajęcia 1
Wprowadzenie
Zajęcia 2
Promieniowanie słoneczne, Ziemi, atmosfery. Promieniowanie efektywne.
Bilans radiacyjny powierzchni czynnej. Efekt cieplarniany.
Zagadnienia do przygotowania:
 Definicja i jednostki natężenia promieniowania;
 Promieniowanie słoneczne bezpośrednie, zależność między natężeniem promieniowania słonecznego a
kątem padania promieni słonecznych;
 Definicja stałej słonecznej;
 Osłabienie promieniowania słonecznego w atmosferze;
 Promieniowanie słoneczne rozproszone (prawo Rayleigh’a);
 Promieniowanie słoneczne całkowite;
 Definicja albedo, czynniki determinujące wartość albedo;
 Promieniowanie powierzchni Ziemi;
 Promieniowanie zwrotne atmosfery;
 Promieniowanie efektywne, czynniki wpływające na wartość promieniowania efektywnego;
 Bilans radiacyjny powierzchni czynnej;
 Definicja usłonecznienia - usłonecznienie rzeczywiste, usłonecznienie względne
Zajęcia 3
Promieniowanie słoneczne, Ziemi, atmosfery. Promieniowanie efektywne.
Bilans radiacyjny powierzchni czynnej. Efekt cieplarniany.
Ćwiczenie pisemne:
- obliczanie natężenia bezpośredniego promieniowania słonecznego w zależności od wys. Słońca
- obliczanie składowych bilansu radiacyjnego w lecie i zimie w rytmie dobowym
Zajęcia 4
Temperatura powietrza – procesy wymiany ciepła między podłożem a atmosferą.
Bilans cieplny powierzchni czynnej.
Zagadnienia do przygotowania:
 Definicja ciepła i temperatury
 Skale temperatury (Celsjusza, Kelvina, Fahrenheita)
 Sposoby wymiany ciepła między podłożem a atmosferą (radiacyjny, ruch turbulencyjny, cząsteczkowe
przewodnictwo cieplne, zmiany stanu skupienia wody, proces adiabatyczne, adwekcja);
 Dobowy przebieg bilansu radiacyjnego
 Różnice w przebiegu procesów cieplnych w gruncie i w wodzie;
 Dobowy przebieg temperatury powierzchni gruntu i temperatury powietrza przy powierzchni ziemi;
 Wpływ pokrycia terenu ta przebieg temperatury gruntu i powietrza
 Bilans cieplny powierzchni czynnej;
Zajęcia 5
Temperatura powietrza – procesy wymiany ciepła między podłożem a atmosferą.
Bilans cieplny powierzchni czynnej.
Ćwiczenie pisemne:
- wyznaczanie profilu temperatury gruntu (zgodnie z prawami Fouriera)
- analiza porównawcza dobowej zmienności bilansu radiacyjnego, temperatury gruntu i temperatury powietrza
1
Zajęcia 6
Woda w atmosferze.
Zagadnienia do przygotowania
 Woda w atmosferze - stany skupienia, przemiany fazowe
 Proces parowania - czynniki wpływające na szybkość parowania
 Pojęcia: parowanie potencjalne, parowanie rzeczywiste, stan nasycenia, ewaporacja, transpiracja,
ewapotranspiracja, utajone ciepło parowania, jawne ciepło kondensacji
 Temperatura powietrza a maksymalna zawartość pary wodnej
 Wielkości charakteryzujące zawartość pary wodnej w atmosferze (definicje plus wzory):
o prężność aktualna pary wodnej
o prężność nasycona pary wodnej
o wilgotność bezwzględna
o wilgotność właściwa
o wilgotność względna
o stosunek zmieszania
o niedosyt wilgotności
o temperatura punktu rosy
 Dobowy i roczny przebieg prężności pary wodnej i wilgotności względnej na tle przebiegu temperatury
powietrza.
 Warunki kondensacji pary wodnej w atmosferze - jądra kondensacji, woda przechłodzona w atmosferze
 Opady atmosferyczne i teorie ich powstawania (koagulacja grawitacyjna, koagulacja turbulencyjna,
mechanizm Findeisena-Bergerona)
Zajęcia 7
Woda w atmosferze.
Ćwiczenie pisemne: Wyznaczanie charakterystyk wilgotności powietrza
Zajęcia 8
Kolokwium
Zajęcia 9
Termodynamika cz.1
Zagadnienia do przygotowania
 Ciśnienie atmosferyczne – definicja, jednostki
 Zmiany gęstości powietrza i ciśnienia atmosferycznego wraz ze wzrostem wysokości;
 Pojęcia: stopień baryczny, pionowy gradient baryczny, tendencja ciśnienia
 Pojęcia: powierzchnia izobaryczna, izobara, izohipsa
 Równanie stanu gazu
 Podstawowe równanie statyki atmosfery
 Zmiana ciśnienia atmosferycznego w masach powietrza o różnej temperaturze
 Wzór barometryczny
 Zastosowanie wzoru barometrycznego
Ćwiczenie pisemne: analiza zmian ciśnienia atmosferycznego i gęstości powietrza wraz z wysokością,
zastosowanie wzoru barometrycznego
2
Zajęcia 10
Termodynamika cz.2
Zagadnienia do przygotowania
 I zasada termodynamiki
 Proces adiabatyczny, równanie Poissona
 Proces suchoadiabatyczny
 Gradient suchoadiabatyczny
 Proces wilgotnoadiabatyczny
 Gradient wilgotnoadiabatyczny, zależność gr. wilgotnoadiabatycznego od temperatury powietrza
 Proces pseudoadiabatyczny
 Diagram termodynamiczny, poziom kondensacji, adiabata, krzywa stanu
 Zmiany temperatury w czasie ruchów pionowych powietrza
 Gradient rzeczywisty
 Konwekcja
 Typy równowagi termicznej powietrza atmosferycznego; stratyfikacja termiczna
 Dobowa zmienność stratyfikacji atmosfery
 Wpływ równowagi termodynamicznej powietrza na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń
 Typy pionowego rozkładu temperatury powietrza (rozkład normalny, izotermia, inwersja);
 Rodzaje inwersji temperatury powietrza (np. radiacyjna, adwekcyjna, z osiadania, frontowa.)
Ćwiczenie pisemne:
określanie równowagi termodynamicznej powietrza, analiza procesu pseudoadiabatycznego
Zajęcia 11
Wiatr
Zagadnienia do przygotowania
 Co to jest wiatr?
 Jakie siły wywołują i modyfikują wiatr?
 Co to jest siła gradientu ciśnienia?
 Co to jest siła Coriolisa i od czego zależy?
 Co to jest siła odśrodkowa?
 Co to jest tarcie?
 Wiatr geostroficzny
 Wiatr gradientowy
 Wiatr geotryptyczny (przyziemny)
 Spirala Ekmana
 Co to jest niż i wyż
 Wiatr w niżu i wiatr w wyżu
Ćwiczenie pisemne:
wyznaczanie siły Coriolisa, analiza wektora wiatru w różnych ośrodkach barycznych
3
Zajęcia 12
Ośrodki baryczne, fronty atmosferyczne, mapa synoptyczna
Zagadnienia do przygotowania
 Zdefiniuj podstawowe ośrodki baryczne: niż, wyż, klin wyżowy, zatoka niskiego ciśnienia, siodło
 Pogoda w niżu, pogoda w wyżu
 Masy powietrza – definicja, klasyfikacja termiczna i geograficzna
 Front atmosferyczny, powierzchnia frontowa, fronty główne i wtórne
 Front ciepły
 Front chłodny
 Front stacjonarny
 Front zokludowany o charakterze frontu ciepłego
 Front zokludowany o charakterze frontu chłodnego
 Zmiany pogody podczas przejścia frontu atmosferycznego
 Teoria rozwoju rodziny niżów (teoria falowa Bjerknesa)
 Mapa synoptyczna
 Klucz synoptyczny
 Symbole stosowane na mapach synoptycznych
ćwiczenie:
analiza sekwencji map synoptycznych
Zajęcia 13
Kolokwium
4