Задачи дисциплины

Цели дисциплины

- дать целостное представление о свойствах и строении атмосферы;

- сформировать представление о теплообороте, влагообороте и атмосферной циркуляции, как основных климатообразующих процессах;

- представить основные методы получения и направления использования метеорологических данных в научной и хозяйственной деятельности.

- ознакомить с основными метеорологическими характеристиками и их географическим распределением;

- дать понятие о компонентах, формирующих радиационный и тепловой баланс атмосферы и деятельного слоя земной поверхности;

- дать представление о силах, действующих в атмосфере;

- сформировать понятие о закономерностях общей циркуляции атмосферы;

- ознакомить географическими факторами, влияющими на формирование климата.

1.1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП

Теоретической основой дисциплины «Учение об атмосфере» являются знания, полученные в рамках курсов физики, географии, геологии.

Основные понятия и навыки, полученные при освоении данной дисциплины, являются базовыми для изучения экологии, дисциплин «Учение о гидросфере», «Экологический мониторинг», «Геоэкология», «Основы природопользования», «Экологическое проектирование и экспертиза», «Оценка воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду». Данный курс изучается одновременно с «Физическим практикумом в экологии и природопользовании».

1.1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.

В результате освоения дисциплины студент должен:

- знать строение атмосферы, основные закономерности радиационного и теплового режима атмосферы Земли, факторы фоpмиpования климата;

- знать процессы формирования климата, классификацию климатов, тенденции изменения климата в глобальном и региональном аспектах, причины изменений климата;

- иметь представление об антропогенном воздействии и проблемах охраны атмосферного воздуха;

- уметь проводить измерения температуры воздуха и почвы, влажности, давления, направления и скорости ветра, облачности;

- уметь проводить статистическую обработку метеорологических данных, составлять отчет о выполненной работе.

Данная дисциплина способствует формированию следующих профессиональных компетенций, предусмотренных ООП ВПО по направлению подготовки 022000. 62-Экология и природопользование (ПК-5): знать основы учения об атмосфере, о гидросфере, о биосфере и ландшафтоведении.

1.2. Структура и содержание учебной дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы,

общий объем часов 108, в том числе:

- лекции 18;

- лабораторные работы 18;

- практики 18

- самостоятельная работа студента 54

Форма контроля – экзамен.

Семестр – второй (2).

Содержание дисциплины:

Раздел 1.

1.1.Метеорология как основа дисциплины Учение об атмосфере. Метеорология и климатология. Атмосфера, погода, климат. Положение метеорологии и климатологии в системе наук, в том числе наук о Земле. Наблюдение и эксперимент, статистический анализ, физико-математическое моделирование. Всемирная метеорологическая организация. Всемирная служба погоды: наземная и космическая системы наблюдений. Всемирная климатическая программа. Значение метеорологии и климатологии в экономике страны. Основные этапы развития метеорологии и климатологии.

1.2.Воздух и атмосфера. Атмосферное давление, единицы его измерения. Температура воздуха, температурные шкалы.

Состав сухого воздуха. Водяной пар и его характеристики: парциальное давление, абсолютная и относительная влажность, точка росы. Методы определения содержания водяного пара в воздухе. Изменение состава воздуха с высотой. Газовые и аэрозольные примеси, озон.

Плотность сухого и влажного воздуха. Уравнение состояния.

Основное уравнение статики атмосферы. Барометрические формулы. приведение давления к уровню моря.

Адиабатические процессы в атмосфере. Сухо- и влажноадиабатический градиент. Типы вертикального распределения температуры.

Ветер. Атмосферная турбулентность. Турбулентный обмен. Приземный и планетарный пограничный слой. Атмосферная диффузия и распространение примесей в атмосфере.

Строение атмосферы: основные слои и их особенности. Гомосфера и гетеросфера. Тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Раздел 2. Радиация в атмосфере.

Коротковолновая (солнечная) и длинноволновая (земная и атмосферная) радиация. Тепловое и лучистое равновесие земли.

Солнечная постоянная. Спектральный состав солнечной радиации. Ослабление солнечной радиации в атмосфере: поглощение и рассеяние. Прямая и рассеянная солнечная радиация. Характеристики прозрачности атмосферы. Суммарная радиация. Альбедо. Поглощенная радиация.

Излучение земной поверхности. Встречное излучение атмосферы. Эффективное излучение. Парниковый эффект. Планетарное альбедо.

Географическое распределение суммарной солнечной радиации, радиационного баланса.

Раздел 3 Тепловой режим атмосферы.

3.1. Причины изменения температуры воздуха. Различия в тепловом режиме почв и водоёмов. Закономерности распределения тепла в деятельном слое суши и водоёма.

3.2. Тепловой баланс деятельного слоя, земной поверхности. Механизмы теплообмена.

Суточный и годовой ход температуры воздуха, изменение температуры с высотой. Междусуточная изменчивость температуры воздуха. Заморозки.

3.3. Годовая амплитуда температуры воздуха и континентальность климата. Географическое распределение температуры, влияние суши и моря, орографии и морских течений.

3.4. Среднее распределение температуры воздуха с высотой. Стратификация воздушных масс, стратификация атмосферы, её роль в развитии вертикальных движений. Конвекция. Инверсии температуры и их типы.

З.5. Тепловой баланс системы Земля-атмосфера. Структура теплового баланса.

Раздел 4. Вода в атмосфере

4.1. Испарение и испаряемость, их географическое распределение.

Конденсация и сублимация в атмосфере. Ядра конденсации и замерзания. городские ядра конденсации. Облака, их микроструктура и водность. Международная классификация облаков. Типы облаков.

Механизмы образования осадков. Типы осадков. Географическое распределение облаков и осадков.

4.2. Характеристики увлажнения. Засухи. Водный баланс на земном шаре.

Снежный покров, его измерение и климатическое значение.

Раздел 5. Барическое поле и ветер.

Барическое поле, изобарические поверхности, изобары. Изменения давления во времени. Горизонтальный барический градиент. Линии тока, сходимость и расходимость, вертикальные движения.

Силы, действующие в атмосфере: сила тяжести, градиент давления, отклоняющая сила вращения Земли. Геострофический и градиентный ветер. Влияние трения на ветер. Уровень трения. Барический закон ветра. Изменение ветра с высотой. Суточных ход ветра.

Раздел 6. Атмосферная циркуляция.

6.1. Масштабы атмосферных движений. Общая циркуляция атмосферы (ОЦА). Зональность общей циркуляции в связи с зональным распределением давления. Квазигеострофичность течений ОЦА. Западный перенос умеренных широт и особенности циркуляции в тропиках. Меридиональные составляющие общей циркуляции и междуширотный обмен воздуха. Центры действия атмосферы и главные атмосферные фронты.

6.2. Циркуляция внетропических широт. Воздушные массы и их движение. Трансформация ВМ. Возникновение фронтов. Типы фронтов.

6.3. Циклоны и антициклоны, их возникновение, эволюция, перемещение. Эволюция полей облачности. Погодные условия.

6.4. Циркуляция в тропиках. Пассаты. Внутритропическая зона конвергенции. Тропические муссоны. Экваториальная зона западных ветров. Тропические циклоны.

Местные циркуляции: бризы, горно-долинные ветры, ледниковые и стоковые ветры, фен, бора, шквалы, смерчи.

Раздел 7. Климатообразование.

7.1. Климатическая система, глобальный и локальный климат. Географические факторы формирования локального климата. Влияние географической широты, высотная зональность, распределение суши и воды. Континентальность, индексы континентальности. Аридность климата, индексы увлажнения. Влияние орографии. Влияние океанических течений на климат. Влияние растительного и снежного покрова на климат.

7.2. Климаты Земли. Принципы классификации климатов. Классификация В. Кеппена, Л.С. Берга, Б.П.Алисова. Крупномасштабные изменения климата.

1.3. Рабочая учебная программа

1.3.1. Разделы дисциплины, виды учебной работы, объем занятий и формы контроля

Таблица 1 - Разделы дисциплины, виды, объем занятий и формы контроля

Номер раздела, темы	Наименование разделов, тем дисциплины	Семестр	Объём в часах по видам учебной работы	Формы контроля
Всего	Л	ПЗ	ЛР	СРС
1.   1.1	Метеорология, как основа изучения дисциплины «Учение об атмосфере». Введение. Метеонаблюдения. ВМО и основные институты.					-		Презентации студентов по теме «Значение атмосферы»
1.2.	Воздух и атмосфера. Атмосферное давление. Барометрические формулы. Барические системы. Адиабатические процессы в атмосфере.							Контрольная работа
2.	Радиация в атмосфере Процессы ослабления радиации в атмосфере. Рассеянная радиация.			-		-		Мини-доклады на занятии
2.2.	Суммарная радиация. Альбедо. Собственное излучение Земли, встречное излучение атмосферы. Радиационный баланс земной поверхности.					-		Контрольная работа
3.   3.1   3.2. 3.3. 3.4.     3.5.	Тепловой режим атмосферы. Причины изменения температуры воздуха Тепловой баланс деятельного слоя земной поверхности Годовая амплитуда температуры и континентальность климата. Распределение температуры воздуха с высотой и по широтам. земному шару. Тепловой баланс Земля – Атмосфера. Структура теплового баланса.							Сообщения на занятии. Работа с понятийным словарем.
4.   4.1   4.2.	Вода в атмосфере.   Испарение и испаряемость.   Характеристики увлажнения. Облака и осадки. Географическое распределение осадков.							Составление конспекта по типам облаков.
	Барическое поле и ветер. .							Контрольное тестирование темам
6.1 6.2.   6.3. 6.4.	Атмосферная циркуляция. Масштабы атмосферных движений. Циркуляция внетропических широт. Циклоны и антициклоны. Циркуляция в тропиках.							Сообщения на занятии.
7. 7.1. 7.2.	Климатообразование. Климатическая система. Климаты Земли.							Работа по индивидуаль-ным вариантам.
Итого

1.3.2. Лекции

Таблица 2 - Темы лекций, их содержание, трудоемкость

Номер раздела, темы	Тема лекции	Содержание	Кол-во часов
1.Метеорология как основа изучения дисциплины «Учение об атмосфере».	1.1. Введение в предмет. Основные понятия метеорологии.	Метеорология и климатология. Атмосфера, погода, климат Метеонаблюдения. ВМО и основные институты. Строение и состав атмосферы. Озон. Аэрозоли.
	1.2.Атмосферное давление. Барические системы	Атмосферное давление. Барические системы. Адиабатические процессы в атмосфере.
2. Радиация в атмосфере	Преобразование солнечной радиации в атмосфере	Солнечная радиация. Процессы ослабления радиации в атмосфере. Закон Бугера, коэфф. прозрачности. Сезонный и годовой ход прямой с.р. Рассеянная радиация.
	2.1. Радиационный баланс земной поверхности	Суммарная радиация. Альбедо. Собственное излучение Земли, встречное излучение атмосферы. Радиационный баланс земной поверхности.
	Тепловой баланс земной поверхности	Тепловой режим почв и водоемов. Механизмы переноса тепла в приземном слое атмосферы. Тепловой баланс деятельного слоя и земной поверхности. Распределение температуры по земному шару и по вертикали. Годовая амплитуда.
	Силы, действующие в атмосфере	Барическое поле и ветер. Барический градиент. Сила Кориолиса. Сила трения. Воздушные массы, атмосферные фронты
	Элементы общей циркуляции атмосферы	Атмосферные фронты. Внетропические циклоны и антициклоны. Масштабы атмосферных циркуляций. Характеристики ОЦА. Центры действия атмосферы.
	Водный режим атмосферы	Водный режим атмосферы. Облака и осадки. Географическое распределение осадков
	Климатообразование	Климатическая система, глобальный и локальный климат. Географические факторы формирования локального климата. Климаты Земли. Принципы классификации климатов. Крупномасштабные изменения климата.
	Итого

1.3.3. Практические занятия /Семинары/

Таблица 3 — Состав и объем практического занятия /семинара/.

Номер ПЗ/семинара	Номер раздела или темы	Наименование и краткое содержание занятия	Цель и характер занятия	Коли-чество часов	Литература и/или электронный источник
		Адиабатические процессы.	Решение задач.		2,4,13
		Контрольная работа №1	Закрепление пройденного материала по темам 1-2
		Закон Бугера, характеристики прозрачности.	Решение задач		2,3,4
		Законы излучения. Излучение земной поверхности. Радиационный баланс.	Решение задач		,2,3
		Контрольная работа № 2	Закрепление пройденного материала по темам 3-4
		Коллоквиум на тему «Тропические и внетропические циркуляции. Местные ветры»	Коллоквиум		1,2,12,13.
		Географическое распределение атмосферного давления. Анализ карт.	Анализ карт.		2,4,8,9

1.3.4. Лабораторные работы

Таблица 4 — Состав и объем лабораторного практикума

Номер лаб. работы	Номер раздела или темы	Наименование и краткое содержание лабораторной работы	Цель и характер лабораторной работы	Коли-чество часов	Литература и/или электронный источник
		Уравнение состояния атмосферного воздуха, влажность воздуха.	Решение задач. Работа с метеоприборами.		2,4,6.
		Атмосферное давление. Барометрические формулы.	Решение задач. Работа с метеоприборами.		2,3,4,5
3-4		Тепловой баланс деятельного слоя океана и суши. Годовой ход компонентов теплового баланса	Расчеты и составление отчета с помощью ПК		1,2,3,5
		Географическое распределение температуры воздуха. Анализ карт.	Работа с климатическими картами		2,4,5,7
		Определение годового хода, среднегодовой температуры, годовой амплитуды температуры. Индексы континентальности.	Расчеты и составление отчета с помощью ПК		2,3,4,7
		Анализ ветрового режима территории. Роза ветров, характеристики скорости ветра.	Расчеты и составление отчета с помощью ПК		2,7,8
		Облака и осадки. Генезис осадков	Составление таблицы		2,4,5,7
		Климаты Земли. Климаты Северных и Южных материков.	Работа с климатограммами		2,4,5,7
		Итого

1.3.5. Самостоятельная работа студентов

Таблица 5 — Тема, объем и литература для СРС

Номер раздела или темы	Тема СРС	Коли- чест-во часов	Литература и/или электронный источник	Формы контроля успеваемости
1-2	Положение метеорологии и климатологии в системе наук, в том числе наук о Земле. Основные этапы развития метеорологии и климатологии. Атмосферное давление. Состав атмосферного воздуха. Адиабатические процессы в атмосфере. Строение атмосферы.		2,9,10,11,12	Презентации студентов по теме «Значение атмосферы».
3-5	Солнечная радиация. Земное и атмосферное излучение. Радиационный баланс. Тепловой режим почв и водоёмов. Механизмы теплообмена в системе Земля-атмосфера		2,9,10,11,12	Мини-доклады на занятии.Работа с понятийным словарем.
6-7	Силы, действующие в атмосфере. Закономерности общей циркуляции атмосферы. Циркуляции тропические и умеренных широт. Местные ветры.		2,9,10,11,12	Сообщения. Контрольное тестирование по темам на занятии.
8-9	Климатообразующие процессы и географические факторы климата.		2,3,5,9,10,11,12	Самостоятельная работа по типам климата Земли.
	Итого

Дата добавления: 2015-06-30