Приложение 1
к приказу № 19 осн
от 21 февраля 2013 г.
1. Система океан-атмосфера.
2. Лекторы.
2.1. К.ф.м.н., старший научный сотрудник, Блохина Наталия Сергеевна, кафедра физики моря и вод суши физического факультета
МГУ, [email protected]
3. Аннотация дисциплины
Курс рассчитан на студентов бакалавров и всех студентов, желающих понять природу динамических и термических процессов, происходящих в
океане и атмосфере. Рассматриваются энергетические характеристики этих сред. Динамические процессы, наблюдаемые в океане и атмосфере.
Исследуются внешние и внутренние факторы, приводящие к термодинамическим процессам в океане и атмосфере.
Рассматриваются приближения уравнений гидродинамики, позволяющие описывать различные процессы в океане и атмосфере. Обсуждаются основные подходы при решении задач взаимодействия океана и атмосферы. Лекции снабжены большим количеством иллюстративного материала.
4. Цели освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен получить профессиональные знания о термогидродинамических процессах, происходящих в системе океан-атмосфера и механизмах взаимодействия между этими средами.
5. Задачи дисциплины.
В результате освоения дисциплины, обучающийся должен понимать все термогидродинамические процессы, происходящие в системе океанатмосфера Знать силы, приводящие к движению в океане и атмосфере. Знать нелинейные уравнения, описывающие термические и динамические
процессы в океане и атмосфере и их приближения. Знать основные течения, наблюдаемые в этих средах. Знать основные принципы построения
моделей взаимодействия океана и атмосферы.
6. Компетенции.
7.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
ПК-1
7.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
ПК-2
7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен
знать факторы, влияющие на термические и динамические процессы, происходящие в океане и атмосфере;
уметь получить приближенные уравнения (на основе нелинейной системы уравнений) для описания различных течений в атмосфере и океане;
Стр. 1 из 8
владеть математическим аппаратом для решения ряда задач на основе приближенных уравнений гидродинамики;
иметь опыт--=.
8. Содержание и структура дисциплины.
Вид работы
Общая трудоёмкость, акад. Часов
Аудиторная работа:
Лекции, акад. Часов
Семинары, акад. Часов
Лабораторные работы, акад. Часов
Самостоятельная работа, акад. Часов
Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с оценкой, экзамен)
Семестр
6
72
34
34
…
…
38
экз.
…
…
…
…
…
…
…
Всего
…
…
…
…
…
…
…
72
34
…34
…
…
38
…
N
Наименование
разраздела
дела Разделы могут объединять
несколько лекций
1
2
Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий
Распределение общей трудоёмкости по семестрам указано в рабочих планах (приложение 7)
Аудиторная работа
Самостоятельная работа
Содержание самостоятельной
Лекции
Семинары
Лабораторные работы
работы должно быть обеспечено,
например, пособиями, интернетресурсами, домашними заданиями и т.п.
Общая характеристика
1. 2 часа.
2 часа.
океана и атмосферы. Клас- Общие сведения и количественные
Работа с лекционным материасификация термодинамихарактеристики океана, атмосферы,
лом: раздел 1 лекция 1.
ческих процессов в океане суши, криосферы.
Проанализировать отношение:
и атмосфере по масштабам Классификация термодинамичеатмосфера: океан: криосфера:
и времени.
ских процессов в океане и атмосфесуша по массе, теплоемкости,
ре.
времени релаксации.
2. 2 часа
2 часа.
Изменчивость метеорологических и
Работа с лекционным материаокеанических характеристик в пролом: раздел 1 лекция 2.
странстве и времени.
Знать характерные размеры и
время жизни движений разных
масштабов в океане и атмосфере.
Тепловые процессы в
1.
2 часа.
2 часа
Форма
текущего
контроля
ДЗ,
ОП,
КР
ДЗ,
ОП
ДЗ,
Стр. 2 из 8
атмосфере.
3
Основные формы
движения в атмосфере.
Уравнение состояния атмосферы.
Давление воздуха. Адиабатические
процессы в атмосфере. Радиационные процессы в атмосфере. Солнечная энергия. Излучение земной
поверхности и атмосферы.
Испарение, конденсация и сублимация водяного пара в атмосфере.
2. 2 часа.
Энергетика общей циркуляции
атмосферы (внутренняя энергия,
потенциальная энергия, лабильная и
доступная лабильная энергия).
Генерация кинетической энергии
атмосферы. Энергетическая роль
влажного воздуха.
Строение атмосферы.
Работа с лекционным материалом: раздел 2 лекция 1.
Задача. Рассчитать плотность
сухого и влажного воздуха. Температура, давление и влажность
воздуха известны.
1.
2 часа.
Силы, действующие в атмосфере.
Общие уравнения движения атмосферы. Понятие абсолютного вихря.
2 часа
Работа с лекционным материаДЗ,
лом: раздел 3 лекция 1.
Особое внимание на вывод урав- ОП
нения Навье-Стокса.
2.
2 часа.
Понятия баратропности и бароклинности
Геострофический ветер. Термический ветер. Градиентный ветер в
циклонах и антициклонах.
3. 2 часа
Фронты в атмосфере. Струйные
течения. Циклоны и антициклоны.
Тропические циклоны. Муссоны.
Длинные волны Россби-Блиновой.
Движение воздушных масс с востока на запад. Конвекция.
2 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 3 лекция 2.
Решение зада на расчет скоростей
геострофического и термического
ветра.
2 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 3 лекция 3.
Решение задач на расчет скоростей градиентного ветра в циклонах и антициклонах.
4. 2 часа
Общая циркуляция атмосферы.
Циркуляция тропического пояса.
Пассаты. Циркуляция умеренных
широт. Западный перенос. Циркуляции Гадлея и Ферреля. Циркуляции над полярными областями.
Циркуляция верхней атмосферы.
3 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 3 лекция 4.
Подготовка рефератов с использованием интернет-ресурсов на
темы (по выбору):
1. Струйные течения.
2. Муссоны. Муссонный кли-
2 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 2 лекция 2.
Объяснить причины изменения
температуры с высотой в разных
слоях атмосферы.
КР
ДЗ,
ОП
ДЗ,
ОП,
КР
ДЗ,
ОП,
КР
ДЗ,
Р
Стр. 3 из 8
4
Общие сведения и тепловой 1.
2 часа.
режим Мирового океана.
Уравнение состояния морской воды.
Вертикальное распределение температуры и солености вод в океана.
Уплотнение вод при смешении.
Энергия, поступающая в океан.
Уравнение теплового баланса на
границе раздела океан-атмосфера.
5
Основные формы
движения в океане.
1. 2 часа
Причины возбуждения циркуляций
в океане. Силы, действующие в
океане. Уравнения термогидродинамики, описывающие движения в
океане.
2.
2 часа
Приближения уравнений гидродинамики (приближение Буссинеска,
квазистатическое приближение,
приближение гидростатики и др.)
Турбулентные течения. Напряжения
Рейнольдса.
3.
2 часа
Дрейфовые течения. Градиентные
течения. Прибрежная циркуляция
вод. Конвекция. Термохалинные
течения. Стоковые и компенсационные течения. Бароградиентные
течения. Мутьевые потоки. Апвелинг. Ветровые волны и зыбь. Каплярные волны и рябь. Внутренние
волны. Приливы. Уединенные волны.
4. 2 часа.
Классификация основных крупномасштабных течений в океане. Циркуляция поверхностных вод. Океанические фронты. Макроциркуляционные круговороты. Пассатные
течения. Течения Тихого, Атлантического и Индийского океанов.
Энергетика течений. Глубинные
циркуляции. Экваториальные глу-
мат.
3. Тропические циклоны.
2 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 4 лекция 1.
ДЗ,
Подготовка к контрольной по
теме: уравнение теплового балан- КР
са на границе раздела океан атмосфера.
2 часа
Работа с лекционным материалом:р 5 лекция 1.
Особое внимание уделить интерпретации различных членов в
уравнении гидродинамики.
3 часа
Работа с лекционным материалом: Раздел р лекция 2.
Особое внимание уделить описанию турбулентных течений и
способу замыкания уравнений
гидродинамики.
2 часа
Работа с лекционным материалом: раздел 5 лекция 3.
Знать причины возникновения
течений.
3 часа.
Работа с лекционным материалом: раздел лекция 4.
Подготовка рефератов с использованием интернет-ресурсов по
темам (на выбор):
1.Океанические фронты.
ДЗ,
ОП
ДЗ,
ОП
ДЗ,
ОП
ДЗ,
Р
2. Макроциркуляционные круговороты.
3. Пассатные течения.
Стр. 4 из 8
6
Взаимодействие в системе океанатмосфера- криосферасуша (ОАКС).
6
Основные подходы
при решении задач
взаимодействия в системе ОАКС
4. Экваториальные глубинные
противотечения
бинные противотечения. Глубинные
противотечения. Антарктические
донные воды.
5.
2 часа.
Синоптические вихри в океане.
Фронтальные вихри. Меандры и
ринги. Энергоактивные зоны мирового океана.
Роль океана в формировании термодинамических процессов в атмосфере. Роль атмосферы в формировании крупномасштабных процессов в океане.
1. 2 часа.
Внешние астрономические и геофизические факторы, влияющие на
термодинамические процессы в
системе ОАКС. Теория Меланковича.
2. 2 часа
Внутренние естественные и антропогенные факторы, влияющие на
термодинамические процессы в
системе ОАКС. Зоны интенсивного
переноса энергии в океане и атмосфере. Обратные связи в системе
океан-атмосфера.
Процессы, протекающие в криосфере и в верхнем слое суши.
1. 2 часа.
Малопараметрические и энергобалансовые модели. Радиационно
равновестные и радиационноеконвективные модели. Двух и терхмерные модели взаимодействия.
Модели палеоклимата.
3 часа. Работа с лекционным
материалом: раздел 5 лекция 5.
Подготовка рефератов с использованием интернет-ресурсов по
ДЗ,
темам на выбор:
Р
1. Синоптические вихри в океане.
2. Фронтальные вихри. Меандры
и ринги.
3. Тропические циклоны.
2 часа.
Работа с лекционным материаДЗ,
лом: раздел 6 лекция 1.
КР
Подготовка к контрольной работе
по теме: основные положения
теории Меланковича.
2 часа.
Работа с лекционным материалом: раздел 6 лекция 2.
Подготовка к контрольной по
ДЗ,
теме: внутренние естественные
КР
факторы, влияющие на процессы
взаимодействия в системе ОАКС.
2
часа.
Работа с лекционным материалом: раздел 6 лекция 1.
Знать основные принципы построения моделей взаимодействия в системе ОАКС.
ДЗ,
ОП
Семинары и лабораторные работы указываются только при их наличии в учебном плане (приложение 6). Остальные позиции заполняются в обязательном порядке.
Предусмотрены следующие формы текущего контроля успеваемости.
1. Защита лабораторной работы (ЛР);
2. Расчетно-графическое задание (РГЗ);
3. Домашнее задание (ДЗ);
4. Реферат (Р);
5. Эссе (Э);
6. Коллоквиум (К);
7. Рубежный контроль (РК);
8. Тестирование (Т);
9. Проект (П);
10. Контрольная работа (КР);
11. Деловая игра (ДИ);
12. Опрос (Оп);
15. Рейтинговая система (РС);
16. Обсуждение (Об).
Стр. 5 из 8
9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. обязательная.
2. вариативная часть, профессиональный блок, дисциплина по выбору.
3. Является основой для чтения дисциплин кафедры физики моря и вод суши. Необходимы
базовых знаний следующих курсов: общая физика (раздел механика), основы геофизики
и экологии, дифференциальные уравнения, математический анализ, теоретическая механика.
3.1. механика, математический анализ, дифференциальные уравнения, теоретическая механика,
3.2. Взаимодействие океана и атмосферы, динамика морских течений, экологические
проблемы геофизики, моделирование физических процессов в гидросфере..
10. Образовательные технологии
Указать эффективные результаты освоения дисциплины.
Примерами образовательных технологий являются:
включение студентов в проектную деятельность,
дискуссии,
применение компьютерных симуляторов,
использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса,
11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Необходимо привести образцы оценочных средств в виде:
Образцы контрольных вопросов. Какое соотношение атмосферы: океана: криосферы: суши
по массе и теплоемкости? Какое отношение доступной лабильной энергии к полной энергии в атмосфере и океане? Какие физические процессы определяет профиль температуры в
атмосфере? Какое распределение и направление ветра в верхней тропосфере и нижней стратосфере и у поверхности земли в летний и зимний сезоны? Какие внутренние естественные факторы
влияют на формирование процессов взаимодействия между океаном и атмосферой? Каков физический смысл приближений Буссинеска, гидростатического и квазистатического? В чем отличие
энергобалансовых от радиационных моделей? Что такое обратные связи в системе океан -
атмосфера-суша- криосфера?
Образцы вопросов теоретического минимума.
Уравнения Навье-Стокса.. Геострофическое, градиентное и квазистатические приближения. Приближение Буссинеска. Понятие абсолютного вихря. Уравнение Рейнольдса.
Образцы домашних заданий.
Задаются условия для нескольких задач по теме прочитанной лекции. В начале следующей
лекции проводится контрольная работа на решение задач или устный опрос. Задача 1. Заданы радиус циклон и антициклона R и градиент давления в циклоне и антициклоне dP/dR.
Рассчитать скорость градиентного ветра в циклоне Vц и антициклоне Vа. Сравнить со скоростью геострофического ветра, при условии, что он возникает в атмосфере с тем же градиентом давлени. Задача 2. Зная скорость градиентного ветра в антициклоне Va и его размер R,
рассчитать градиент давления в антициклоне; рассчитать скорость градиентного ветра в циклоне Vц размером R при градиенте давления dP/dR, рассчитанным для антициклона. Задача
3. Даны значения температурного распределения в атмосфере по высоте T(Z). Вычислить
значения термического ветра на этих высотах. Задача 4. На рисунке изображены равномерно
отстоящие изобары с градиентом давления G. Их пересекают равноотстоящие изотермы
так, что горизонтальный градиент температуры Г отклонен вправо (влево) от градиента
давления. Нарисовать направление геострофического ветра, термического ветра и определить направление разворота геострофической скорости. Задача 5. Даны значения солнечной
постоянной S и альбедо подстилающей поверхности As. Рассчитать температуру поверхности Земли по малопараметрическим моделям климата.
Стр. 6 из 8
Темы для рефератов.
1.Океанические фронты. 2. Макроциркуляционные круговороты.3. Пассатные течения.
4. Экваториальные глубинные противотечения. 5. Синоптические вихри в океане. 6. Фронтальные вихри. Меандры и ринги. 7. Тропические циклоны.
Полный перечень вопросов к экзамену.
1. Состав атмосферы и морской воды.
2. Классификация термических и динамических процессов в океане и атмосфере.
3. Уравнение состояния атмосферы.
4. Давление воздуха.
5. Адиабатические процессы в атмосфере.
6. Солнечная энергия. Радиационные процессы в атмосфере.
7. Излучение земной поверхности и атмосферы.
8. Испарение, конденсация и сублимация водяного пара в атмосфере.
9. Строение атмосферы.
10. Силы, действующие в атмосфере.
11. Уравнения движения атмосферы.
12. Понятие абсолютного вихря.
13. Геострофический ветер.
14. Термический ветер.
15. Градиентный ветер в циклонах и антициклонах.
16. Крупномасштабные процессы в атмосфере.
17. Общая циркуляция атмосферы (на разных высотах и широтах).
18. Циркуляции Гадлея и Ферреля.
19. Уравнение состояния морской воды.
20. Уравнение теплового баланса на границе раздела океан-атмосфера.
21. Уплотнение вод при смешении.
22. Силы, действующие в океане.
23. Уравнения термогидродинамики, описывающие движения в океане.
24. Приближение Буссинеска.
25. Квазистатическое приближение.
26. Гидростатическое приближение.
27. Турбулентные течения.
28. Напряжения Рейнольдса.
29. Основные крупномасштабные процессы в океане.
30. Дрейфовые течения.
31. Градиентные течения.
32. Классификация и перечисление основных крупномасштабных течений в океане.
33. Синоптические вихри в океане. Фронтальные вихри. Меандры и ринги.
34. Теория Меланковича.
35. Внутренние естественные факторы и антропогенные факторы, влияющие на термодинамические процессы в системе океан - атмосфера – криосфере – суша.
36. Основные подходы при решении задач взаимодействия в системе океан- атмосфера –
криосфере –суша.
12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Необходимо указать точные ссылки с указанием авторов, названия книги (статьи, методической разработки), места издания, издательства, года издания, названия журнала, тома, номера, страниц и т.п.
Основная литература
1. А.М. Гусев, Курс общей геофизики. Основы океанологии, М:, изд-во МГУ,1983, 248 с.
2. А. Лакомб, Физическая океанография, М:, «Мир», 1974, 496 с.
Стр. 7 из 8
4. Хргиан А.Х. Физика атмосферы, Л., Гидрометеоиздат, 1969, 647 с.
5. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа, М:, «Наука»,1973, 847 с.
Дополнительная литература
1.Общая геофизика, под ред. В.А. Магницкого, М:, изд-во МГУ, 1195, 317 с.
2. В.А. Иванов, К.В. Показеев, А.А.Шрейдер, Основы океанологии, Санк-Петербург: «Лань»,
2008, 573с.
3. Шулейкин В.В., Физика моря, М:,»Наука», 1968,1083с.
4. Океанология, Физика океана, т.1,т.2, изд-во «Наука», 1978.
Периодическая литература
1.
…
Интернет-ресурсы
1. Stewart, Introduction To Physical Oceanography 2007.pdf
2. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=41298
…
Методические указания к лабораторным занятиям
1.
…
Методические указания к практическим занятиям
1.
…
Программное обеспечение современных информационных компьютерных технологий
1.
…
13. Материально-техническое обеспечение
В соответствии с требованиями п.5.3. образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки «Физика».
Аудитория Ц-39а. Наличие проекционного оборудования; ноутбука, связанного с сетью интернет.
Стр. 8 из 8
