Моделирование метеорологических процессов - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
«Экономико-географическое моделирование». Моделирование 1 83.49kb.
В работе представлено моделирование гидродинамических процессов влияющие... 1 70.74kb.
Коллоквиум 3 «Направление моделирования» Моделирование систем 1 26.83kb.
Программа дисциплины «Компьютерное моделирование процессов нанотехнологии»... 1 79.75kb.
Лабораторная работа №3 Моделирование длинной линии однородной цепной... 1 163.23kb.
Моделирование процессов и систем обработки информации: курс лекций... 3 699.84kb.
Эволюционное моделирование 1 100.59kb.
Официальные оппоненты: член-корр 2 465.85kb.
Технологии итц «сканэкс» по приему и обработке информации с метеорологических... 1 18.71kb.
Численное моделирование процессов с учетом гидродинамики, теплообмена... 1 212.08kb.
Лабораторная работа №1 по дисциплине «Имитационное моделирование... 1 352.29kb.
Атмосферные катастрофы причины 1 154.17kb.
1. На доске выписаны n последовательных натуральных чисел 1 46.11kb.

Моделирование метеорологических процессов - страница №1/1



БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ

Декан географического факультета

____________________И.И.Пирожник

____________________

Регистрационный № УД-______/р.


МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Учебная программа для специальности

1-31 02 01 География

направление 1-31 02 01-01 Гидрометеорология


Факультет _________Географический_________________________

Кафедра общего землеведения и гидрометеорологии_____________

Курс (курсы) __V__




Семестр (семестры) __IX__




Лекции ___32_____

(количество часов)



Экзамен __________

(семестр)



Практические (семинарские)

занятия ___6_______

(количество часов)


Зачет _______ IX _________

(семестр)



Лабораторные

занятия ____________

(количество часов)


Курсовой проект (работа) ________

(семестр)



КСР ____4_____

(количество часов)






Всего аудиторных часов по дисциплине _____42______

(количество часов)






Всего часов

по дисциплине ____80_____

(количество часов)


Форма получения высшего

образования _стационар____



Составил _А.Г. Светашев, канд. ф.-м. наук_______________________

(И.О.Фамилия, степень, звание)



2012 г.
Учебная программа составлена на основе ______Типового учебного плана,__________

(название типовой учебной

_утвержденного ректором БГУ 05.02.2009 г._____________________________________

программы (учебной программы (см. разделы 5-7 Порядка)), дата утверждения, регистрационный номер)

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры

общего землеведения и гидрометеорологии____________________________

(название кафедры)


________________________

(дата, номер протокола)


Заведующий кафедрой
________________ П.С. Лопух

(подпись) (И.О. Фамилия)

Одобрена и рекомендована к утверждению Учебно-методической

комиссией географического факультета

_______________________________

(дата, номер протокола)


Председатель

________________ М.Н. Брилевский



(подпись) (И.О. Фамилия)

I. Пояснительная записка
Современная метеорология в значительной степени перешла к масштабному экспериментальному и теорети­ческому изучению количественных характеристик атмосферных про­цессов, в том числе и методами математического численного моделирования, что позволяет глубже понять их природу и прикладные аспек­ты.

Цель курса «Моделирование метеорологических процессов» – знакомство с основными математическими и физическими моделями атмосферных процессов, а также методами численного анализа и прогноза погодных явлений на примере программной системы The Weather Research and Forecast (WRF) с целью ее дальнейшего практического применения.

Курс «Моделирование метеорологических процессов» предусматривает формирование фундаментальных знаний о составе (структуре) и общих свойствах атмосферы Земли, об основных физических процессах, протекающих в ней, а также приобретение инженерных и исследовательских навыков в области моделирования (физического, математического) атмосферных процессов, получения (выбора), анализа и реализации метеорологи­ческой информации.

Общая задача курса – дать студентам знания в области физических свойств воздуха, как сплошной сжимаемой среды, дать основные сведения о метеорологических явлениях, на конкретных примерах научить слушателей применять полученные знания к физическому и математическому моделированию атмосферных процессов. Показать взаимосвязь физических процессов различного пространственного и временного масштаба, в частности, роль микрофизических процессов в глобальной циркуляции атмосферы.


Конкретно в задачи курса входят:

- формирование у студентов общей картины системы численного моделирования основных физических и фотохимических процессов, протекающих в земной атмосфере

- приобретение необходимых сведений о современных методах исследования атмосферы (ее состава, профилей распределения концентраций компонентов и т.п.);

- знакомство на практике с методами «усвоения» - проверки, анализа и предварительной обработки метеоинформации, получение сведений об источниках ее хранения и средствах доступа;

- знакомство с моделями и алгоритмами параметризации микрофизических и радиационных процессов в численных моделях атмосферы;

- практическое освоение пакета программ системы WRF, предназначенных для проведения расчетов и последующей пост-программной обработки полученных данных, знакомство с системами визуализации и представления результатов расчета;

- проведение реальных расчетов погодных условий в различных регионах на территории Республики.
Современный специалист-гидрометеоролог должен:

- понимать физическую природу метеорологических явлений и процессов, уметь определять ключевые физические факторы, влияющие на состояние объектов атмосферы при их взаимодействии с гидросферой и литосферой, с одной стороны, и космическими факторами, с другой;

-понимать особенности численного моделирования атмосферных процессов;

-уметь пользоваться базами и источниками данных реанализа;

-уметь проводить численные модельные расчеты атмосферных процессов;

-уметь оценить качество проведенных расчетов и провести их пост-процессную обработку (статистический анализ, визуализация и т.п.).


Программа согласована с другими дисциплинами специализации, курс лекций является неотъемлемой частью общего плана специальности «Гидрометеорология». Курс лекций предполагает знание студентами физики и математики и тесно связан, с одной стороны, с курсами «Физика с основами гидрофизики», «Динамическая метеорология», «Теория глобальной циркуляции», с другой стороны с курсами «Аэрология», «Гидрология».
На изучение дисциплины отводится всего 80 часов, из них 42 аудиторных, в том числе 32 – лекционных, 6 – практических занятий и 4 – контролируемая самостоятельная работа (КСР). Итоговый контроль знаний осуществляется в форме зачета.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА


п/п

Наименование разделов, тем

Количество часов

Аудиторные

Самост.

работа


Лекции

Практич., семинар.

Лаб. занят.

КСР

1

1. Введение. Предмет и задачи курса.

1.1. Цель и задачи курса, связь с другими науками естественного цикла.

Исторический обзор и классификация методов прогноза погоды. Основные этапы становления и развития метеорологии. Структура и направления современной метеорологии и их практические приложения. Особенности атмосферных процессов как объекта математического моделирования.

1.2. Метеорологические величины и атмосферные явления.

Давление, температура, влажность. Поля метеорологических величин и их характеристики. Понятия градиента, дивергенции, ротора

Барические образования (циклоны, антициклоны, смерчи, вихри, фронты), облака, осадки.

Временные и пространственные масштабы метеорологических процессов. Синоптический, мезо- и микромасштабы.


2


-


-


-


-

2

2. Современное состояние теории и практики численных методов прогноза погоды

2.1. Математическое описание атмосферы как сплошной среды.

Понятие о сплошной среде. Координатные системы в математических моделях сплошной среды. Описание динамических процессов. Метод Эйлера и метод Лагранжа.

2.2. Основные достижения и недостатки современных численных моделей атмосферы

Современные подходы к численному моделированию процессов глобальной циркуляции. Общее представление о математическом моделировании мезомасштабных процессов в атмосфере. Основные методы моделирования микрофизических и радиационных процессов. Особенности и ограничения математических моделей различных метеорологических масштабов.

Оценки качества численных прогнозов погоды.



2


-

-

-

-

3

3. Методы моделирования глобальных атмосферных процессов

3.1. Модели глобальной циркуляции атмосферы

Основные типы и примеры существующих глобальных моделей атмосферы. Задачи и особенности моделей глобальной циркуляции. Понятие об ансамблевых моделях.

3.2. Современные глобальные модели среднесрочного прогноза погоды и пути их дальнейшего развития

3.3. Глобальная оперативная спектральная модель Гидрометцентра России: основные характеристики и особенности использования в технологиях кратко- и среднесрочного прогноза

3.4. Устойчивость и предсказуемость крупномасштабных атмосферных процессов



4

2


2

-

-


-

-

-


-

-

-


-

-

-


-

4

4. Мезомасштабные методы анализа и прогноза погоды.

4.1. Европейские прогностические сообщества (Aladin, COSMO, HIRLAM, Met Office UK) и их системы мезомасштабного прогноза

4.2. Негидростатические модели прогноза погоды США, Канады, Японии

4.3. Негидростатическая модель прогноза погоды Гидрометцентра России

4.4. Региональная гидродинамическая модель прогноза Гидрометцентра России

4.5. Система мезомасштабного прогноза WRF




2


-

-

-

-



5

5. Математическая модель атмосферы и подстилающей поверхности в системе WRF

5.1. Координатная система модели WRF. Понятие расчетного домена. Типы применяемых вертикальных координатных систем. Вертикальная координата, следующая за рельефом поверхности. Гидростатическое давление сухой атмосферы – как вертикальная координата. Сравнение с высотной координатой. Поверхность постоянного давления – как «вершина» модели.

5.2.Типы используемых картографических проекций.

5.3. Задание параметров подстилающей поверхности. Описание файла базы данных «geog». Работа программы geogrid.exe пакета WRF.

5.4. Система уравнений модели WRF.

Общее описание системы уравнений динамики атмосферы, используемых модулем ARW, и методов их решения. Особенности дискретизации. Возможности распараллеливания алгоритма решения (в самом общем виде).




4

2

2



-

-

-



-

-

-




-

-

-



-

-

-




6

6. Моделирование динамических процессов в атмосфере.

6.1. Уравнения движения атмосферы.

Силы, действующие в атмосфере. Сила тяжести, сила Кориолиса, сила барического градиента, вязкие силы, центробежная сила. Геострофический и градиентный ветер. Уравнения движения турбулентной атмосферы. Система основных уравнений метеорологии. Траектории и линии тока. Вертикальные движения.

6.2. Движение свободной атмосферы.

Движение свободной атмосферы. Геострофический ветер. Градиентный ветер. Трансформация воздушных масс. Возникновение фронтов. Теплый фронт. Холодный фронт. Фронт окклюзии. Возникновение циклонов и антициклонов. Строение и эволюция циклонов. Особенности мезомасштабной циркуляции атмосферы: бризы, склоновые и стоковые ветры, фены.

6.3. Метод численного решения системы уравнений динамики атмосферы в модели WRF. Корректный выбор параметров расчета.

6.4. Горизонтальная сетка Аракавы (Aracawa C-grid staggering), используемая при решении уравнений динамики.


2

-

-

-

-

7

7. Роль воды в атмосфере. Методы моделирования микрофизических процессов с ее участием.

7.1.Свойства воды. Роль фазовых переходов в энергетическом балансе атмосферы. Влажноадиабатические процессы. Туманы - процессы возникновения и классификация. Закономерности распределения туманов во времени и пространстве.

7.2. Включение переноса влажности в систему уравнений модели WRF

7.2. Микрофизические модели фазовых переходов.



2



-



-



-



-



8

8. Моделирование облачности.

8.1. Формирование облаков.

Классификация облаков. Процессы возникновения облаков. Главные закономерности простран­ственно-временного распределения облаков. Системы облаков. Глобальное поле облач­ности.

8.2. Параметризации облачности, применяемые в WRF.

8.3. Моделирование процессов в облаках на микрофизическом уровне.

8.9. Корректный расчет облачности в системе WRF при различных динамических условиях.

8.10. Переменные в выходном файле WRF, описывающие распределение облачности.


2

2

-

-

-

9

9. Механизм формирования осадков.

9.1. Физика осадков.

Термодинамика осадков. Условия возникновения фазовых переходов воды в атмосфере. Парциальное дав­ление насыщения. Эквивалентная температура. Зависимость давления насыщения от фазового состояния испаряющей поверхности. Процесс возникновения зародышевых капель в атмосфере. Ядра конденсации в атмосфере. Конденсационный рост капель. Коагуляционный рост капель.

9.2. Микрофизические модели WRF, описывающие возникновение и выпадение осадков в жидкой и твердой фазе.

9.3. Переменные в выходном файле WRF, описывающие выпадение осадков.


2

-

-

-

-

10

10. Радиационные процессы в атмосфере.

10.1. Солнце как источник энергии на Земле. Шкала электромагнитных волн. Спектр излучения Солнца. Сол­нечная постоянная и ее вариации. Радиационные потоки в атмо­сфере.

10.2. Ослабление солнечной радиации в атмосфере

Коротковолновая радиация. Прямая солнечная радиация, ее спек­тральный состав, интегральная энергетическая освещенность; ослаб­ление облаками. Рассеянная радиация; зависимость потока радиации от свойств атмосферы и от облачности. Суммарная радиация.

10.3. Отраженная радиация. Альбедо естественных подстилающих по­верхностей. Эффективное альбедо. Альбедо облаков. Альбедо Земли как планеты.

10.4. Длинноволновое излучение. Излучение земной поверхности. Парниковый эффект. Радиационный баланс земной поверхности, атмосферы и системы "земная поверхность - атмосфера".

10.5. Системы параметризации радиационных процессов в модели WRF и методы их применения при проведении расчетов.


2

-

-

-

-

11

11. Волновые движения в атмосфере.

11.1. Понятие о колебательных процессах и волнах. Свободные и вынужденные колебания. Периодические сигналы и их спектры.

11.2. Причины возникновения волн в атмосфере. Роль волновых процессов в облакообразовании. Волны Россби. Гравитационные колебания и волны.

11.3. Расчет волновых процессов в атмосфере с помощью программы мезомасштабного моделирования WRF.

11.4.«Паразитные» колебания, возникающие при численном решении системы уравнений динамики атмосферы. Применение частотных фильтров.


2

2

-

-

-

12

12. Особенности моделирования барических систем.

12.1. Структура общей циркуляции атмосферы.

Определение и простейшие схемы общей циркуляции атмосферы. Масштабы метеорологических явлений. Среднее распределение температуры и ветра в атмосфере, определяющее общую циркуляцию. Ячейки циркуляции.

12.2. Воздушные массы. Фронты и циклоны.

Свойства и классификация воздушных масс. Стационарные фронты. Волновой циклон. Циркуляция стратосферы. Струйные течения. Полярный вихрь.

12.3. Расчет барических систем в WRF. Выбор масштабов расчета. Параметризация облачности. Возможности использования «следящего домена» для расчета динамики развития ураганов и вихрей.



2

-

-

-

-

13

13. Система усвоения данных. Реанализ.

13.1. Современные методы усвоения данных метеорологических наблюдений

13.2. Спутниковые наблюдения Земли и дистанционные измерения, усваиваемые в моделях прогноза погоды

13.2. Понятие о системе реанализа. Используемые типы файлов. Международные источники и базы данных.

13.3. Практика использования данных реанализа при модельных расчетах в системе WRF.

13.4. Блок усвоения данных в системе WRF. Типы данных, их валидизация и обработка.



2

-

-

2

-

14

14. Системы пост-процессной обработки и визуализации данных расчета.

14.1. Общая характеристика и принципы построения универсального языка для представления научных данных netCDF. Обзор правил функционирования языка. Необходимая литература. Примеры использования – результирующие файлы расчета системы WRF.

14.2. Система визуализации данных ncl

Командный язык NCAR – NCL. Основные библиотеки и объекты языка NCL. Принципы визуализации файлов в стандарте netCDF с помощью командных сценариев NCL. Знакомство с возможностями и наборами стандартных сценариев.

14.3 Практическое знакомство с пакетом трехмерной визуализации VAPOR. Система 3-d визуализации VAPOR версии 5. Возможности и примеры использования.


2

2

-

2

-

Учебно-методическая карта

Номер раздела, темы, занятия

Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов



Количество аудиторных часов

Материальное обеспечение занятия (наглядные, методические пособия и др.)

Литература


Формы контроля

Знаний


Лекции

практические

(семинарские)

Занятия


лабораторные

занятия


контролируемая

самостоятельная работа студента



1

2

3

4

5

6

7

8

9




МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (80 Ч.)

32

6

-

4










1

Предмет и задачи курса. Исторический обзор и классификация методов прогноза погоды.

2

-

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




1.1

Цель и задачи курса, связь с другими науками естественного цикла.

-

-

-

-










1.1.1

Исторический обзор и классификация методов прогноза погоды. Основные этапы становления и развития метеорологии. Структура и направления современной метеорологии и их практические приложения. Особенности атмосферных процессов как объекта математического моделирования.

-

-

-

-










1.2

1.2. Метеорологические величины и атмосферные явления.

-

-

-

-










1.2.1

Давление, температура, влажность. Поля метеорологических величин и их характеристики. Понятия градиента, дивергенции, ротора

Барические образования (циклоны, антициклоны, смерчи, вихри, фронты), облака, осадки.

Временные и пространственные масштабы метеорологических процессов. Синоптический, мезо- и микромасштабы.


-

-

-

-







Фронтальный опрос

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2

Современное состояние теории и практики численных методов прогноза погоды

2

-

-

-




[7], [8], [9], [10]




2.1

Математическое описание атмосферы как сплошной среды.

-

-

-

-










2.1.1

Понятие о сплошной среде. Координатные системы в математических моделях сплошной среды. Описание динамических процессов. Метод Эйлера и метод Лагранжа.






















2.2

Основные достижения и недостатки современных численных моделей атмосферы






















2.2.1

Современные подходы к численному моделированию процессов глобальной циркуляции. Общее представление о математическом моделировании мезомасштабных процессов в атмосфере. Основные методы моделирования микрофизических и радиационных процессов. Особенности и ограничения математических моделей различных метеорологических масштабов.

Оценки качества численных прогнозов погоды.
























3

Методы моделирования глобальных атмосферных процессов

4

-

-

-




[7], [8], [9], [10]




3.1

Модели глобальной циркуляции атмосферы

Основные типы и примеры существующих глобальных моделей атмосферы. Задачи и особенности моделей глобальной циркуляции. Понятие об ансамблевых моделях.



2

-

-

-

Справочные материалы




-

3.2

Современные глобальные модели среднесрочного прогноза погоды и пути их дальнейшего развития













Справочные материалы







3.3

Глобальная оперативная спектральная модель Гидрометцентра России: основные характеристики и особенности использования в технологиях кратко- и среднесрочного прогноза

2

-

-

-

Справочные материалы







3.4

Устойчивость и предсказуемость крупномасштабных атмосферных процессов






















4

Мезомасштабные методы анализа и прогноза погоды

2

-

-

-




[7], [8], [9], [10]




4.1

Европейские прогностические сообщества (Aladin, COSMO, HIRLAM, Met Office UK) и их системы мезомасштабного прогноза

-

-

-

-

Справочные материалы






4.2

Негидростатические модели прогноза погоды США, Канады, Японии

-

-

-

-

Справочные материалы







4.3

Негидростатическая модель прогноза погоды Гидрометцентра России

-

-

-

-

Справочные материалы







4.4

Региональная гидродинамическая модель прогноза Гидрометцентра России














Справочные материалы






4.5

Система мезомасштабного прогноза WRF

-

-

-

-










5

Математическая модель атмосферы и подстилающей поверхности в системе WRF

4

-

-

-




[9], [10]




5.1

Координатная система модели WRF.

Понятие расчетного домена. Типы применяемых вертикальных координатных систем. Вертикальная координата, следующая за рельефом поверхности. Гидростатическое давление сухой атмосферы – как вертикальная координата. Сравнение с высотной координатой. Поверхность постоянного давления – как «вершина» модели.



2

-

-

-







Фронтальный опрос



5.2

Типы используемых картографических проекций.






















5.3

Задание параметров подстилающей поверхности. Описание файла базы данных «geog». Работа программы geogrid.exe пакета WRF.



















Работа на компьютере

5.4

Система уравнений модели WRF.

Общее описание системы уравнений динамики атмосферы, используемых модулем ARW, и методов их решения.



2

-

-

-










5.4.1

Особенности дискретизации. Возможности распараллеливания алгоритма решения (в самом общем виде).






















6

Моделирование динамических процессов в атмосфере.

2

-

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]

Контрольная работа

6.1

Уравнения движения атмосферы.

Силы, действующие в атмосфере. Сила тяжести, сила Кориолиса, сила барического градиента, вязкие силы, центробежная сила. Геострофический и градиентный ветер. Уравнения движения турбулентной атмосферы. Система основных уравнений метеорологии. Траектории и линии тока. Вертикальные движения.
























6.2

Движение свободной атмосферы.

Движение свободной атмосферы. Геострофический ветер. Градиентный ветер. Трансформация воздушных масс. Возникновение фронтов. Теплый фронт. Холодный фронт. Фронт окклюзии. Возникновение циклонов и антициклонов. Строение и эволюция циклонов. Особенности мезомасштабной циркуляции атмосферы: бризы, склоновые и стоковые ветры, фены.
























6.3

Метод численного решения системы уравнений динамики атмосферы в модели WRF. Корректный выбор параметров расчета.
















[9], [10]

Работа на компьютере

6.4

Горизонтальная сетка Аракавы (Aracawa C-grid staggering), используемая при решении уравнений динамики.
















[9], [10]




7

Роль воды в атмосфере. Методы моделирования микрофизических процессов с ее участием.

2

-

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




7.1

Свойства воды. Роль фазовых переходов в энергетическом балансе атмосферы..

-

-

-

-










7.1.1

Влажноадиабатические процессы. Туманы - процессы возникновения и классификация. Закономерности распределения туманов во времени и пространстве.






















7.2

Включение переноса влажности в систему уравнений модели WRF


-

-

-

-




[9], [10]




7.3

Микрофизические модели фазовых переходов

-

-

-

-




[9], [10]




8

Моделирование облачности

2

2

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




8.1

Формирование облаков.

-

-

-

-










8.1.1

Классификация облаков. Процессы возникновения облаков. Главные закономерности простран­ственно-временного распределения облаков. Системы облаков. Глобальное поле облач­ности.

-

-

-

-









8.2

Параметризации облачности, применяемые в WRF.

-

-

-

-




[9], [10]




8.3

Моделирование процессов в облаках на микрофизическом уровне.

-

-

-

-










8.4

Корректный расчет облачности в системе WRF при различных динамических условиях.



















Работа на компьютере

8.5

Переменные в выходном файле WRF, описывающие распределение облачности.
















[9], [10]




9

Механизм формирования осадков

2

-

-

-










9.1

Физика осадков.

-

-

-

-









9.1.1

Термодинамика осадков. Условия возникновения фазовых переходов воды в атмосфере. Парциальное дав­ление насыщения. Эквивалентная температура. Зависимость давления насыщения от фазового состояния испаряющей поверхности. Процесс возникновения зародышевых капель в атмосфере. Ядра конденсации в атмосфере. Конденсационный рост капель. Коагуляционный рост капель.
















[1], [2], [3], [4], [5], [6]




9.2

Микрофизические модели WRF, описывающие возникновение и выпадение осадков в жидкой и твердой фазе.
















[9], [10]




9.3

Переменные в выходном файле WRF, описывающие выпадение осадков.
















[9], [10]

Работа на компьютере

10

Радиационные процессы в атмосфере.

2

-

-

-










10.1

Солнце как источник энергии на Земле. Шкала электромагнитных волн. Спектр излучения Солнца. Солнечная постоянная и ее вариации. Радиационные потоки в атмосфере.

-

-

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




10.2

Ослабление солнечной радиации в атмосфере

Коротковолновая радиация. Прямая солнечная радиация, ее спек­тральный состав, интегральная энергетическая освещенность; ослаб­ление облаками. Рассеянная радиация; зависимость потока радиации от свойств атмосферы и от облачности. Суммарная радиация.
























10.3

Отраженная радиация. Альбедо естественных подстилающих по­верхностей. Эффективное альбедо. Альбедо облаков. Альбедо Земли как планеты.






















10.4

Длинноволновое излучение. Излучение земной поверхности. Парниковый эффект. Радиационный баланс земной поверхности, атмосферы и системы "земная поверхность - атмосфера".






















10.5

Системы параметризации радиационных процессов в модели WRF и методы их применения при проведении расчетов.
















[9], [10]

Работа на компьютере

11

Волновые движения в атмосфере

2

2

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




11.1

Понятие о колебательных процессах и волнах. Свободные и вынужденные колебания. Периодические сигналы и их спектры.

-

-

-

-










11.2

Причины возникновения волн в атмосфере. Роль волновых процессов в облакообразовании. Волны Россби. Гравитационные колебания и волны.


-

-

-

-









11.3

Расчет волновых процессов в атмосфере с помощью программы мезомасштабного моделирования WRF.


-

-

-

-




[9], [10

Работа на компьютере

11.4

«Паразитные» колебания, возникающие при численном решении системы уравнений динамики атмосферы. Применение частотных фильтров.

-

-

-

-




[9], [10




12

Особенности моделирования барических образований в атмосфере

2

-

-

-










12.1

Структура общей циркуляции атмосферы.

Определение и простейшие схемы общей циркуляции атмосферы. Масштабы метеорологических явлений. Среднее распределение температуры и ветра в атмосфере, определяющее общую циркуляцию. Ячейки циркуляции.



-

-

-

-




[1], [2], [3], [4], [5], [6]




12.2

12.2. Воздушные массы. Фронты и циклоны.

Свойства и классификация воздушных масс. Стационарные фронты. Волновой циклон. Циркуляция стратосферы. Струйные течения. Полярный вихрь.
























12.3

12.3. Расчет барических систем в WRF. Выбор масштабов расчета. Параметризация облачности. Возможности использования «следящего домена» для расчета динамики развития ураганов и вихрей.
















[9], [10]

Работа на компьютере

13

Система усвоения данных. Реанализ.

2

-

-

2




[7], [8], [9], [10]

Проверка практической работы

13.1

Современные методы усвоения данных метеорологических наблюдений

-

-

-

-










13.2

Спутниковые наблюдения Земли и дистанционные измерения, усваиваемые в моделях прогноза погоды

-

-

-

-










13.3

Понятие о системе реанализа. Используемые типы файлов. Международные источники и базы данных.






















13.4

Практика использования данных реанализа при модельных расчетах в системе WRF.






















13.5

Блок усвоения данных в системе WRF. Типы данных, их валидизация и обработка.






















14

Системы пост-процессной обработки и визуализации данных расчета.

2

2

-

2




[11], [12]




14.1

Общая характеристика и принципы построения универсального языка для представления научных данных netCDF. Обзор правил функционирования языка. Необходимая литература. Примеры использования – результирующие файлы расчета системы WRF.

-

-

-

-










14.2

Система визуализации данных ncl

Командный язык NCAR – NCL. Основные библиотеки и объекты языка NCL. Принципы визуализации файлов в стандарте netCDF с помощью командных сценариев NCL. Знакомство с возможностями и наборами стандартных сценариев.





















Работа на компьютере

14.3

Практическое знакомство с пакетом трехмерной визуализации VAPOR. Система 3-d визуализации VAPOR версии 5. Возможности и примеры использования.



















Работа на компьютере


ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

Литература

Основная

1.

Хргиан А.Х. Физика атмосферы, 2 изд. перераб. и доп. Т 1,2. Л: Гидрометеоиздат, 1978, 558 с.

2.

Семенченко Б.А. Физическая метеорология, изд. «Аспект Пресс», М., 2002, 415 с.

3.

Польмен Э., Ньютон И. Циркуляционные системы атмосферы, Изд. «Мир», Л., 1973.

4.

Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы, Изд. Гидромет., Л., 1986, 752 с.

5.

Тверской П.Н. Курс метеорологии (физика атмосферы). Л.: Гидрометео­издат, 1962. 700 с.

6

Хромов С.П. Петросянц М.А. Метеорология и климатология, Изд.-во Московского ун.-та, 1994.

7

  1. Kalnay, E. Atmospheric Modeling, Data Assimilation and Predictability E. Kalnay. - Cambridge: Cambridge University Press, 2003.

8

Jacobson, M.Z. Fundamentals of Atmospheric Modeling / M.Z. Jacobson. – New York: Cambridge University Press, 2005.

9

A Description of the Advanced Research WRF Version 3 [Electronic resource] / W.C. Skamarock, J.B. Klemp, J. Dudhia, D.O. Gill, D.M. Barker, M.G. Duda, X. Huang, W. Wang, J.G. Powers // NCAR Technical Note. – 2008. – NCAR/TN–475+STR. – Mode of access: http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/arw_v3.pdf.

10

ARW Version 3 Modeling System User’s Guide [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_v3/. – Date of access: 18.03.2009.

11

NCAR Command Language (NCL) Libraries [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.ncl.ucar.edu/ – Date of access: 30.11.2009.

12

NCAR VAPOR project Web-site [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.vapor.ucar.edu/ – Date of access: 30.11.2009.




Дополнительная


13.

Аверкиев М.С. Метеорология, изд. МГУ, М. 1951. 384 с.

14.

Гилл А. Динамика атмосферы и океана: В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ.:

- М.: Мир, 1986. 396 с.



15.

Гилл А. Динамика атмосферы и океана: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ.:

- М.: Мир, 1986. 415 с.



16.

Шакина Н.П., Динамика атмосферных фронтов и циклонов, Гидрометиздат, 1985, 264 с.

17.

Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 350 с.

18.

Герман Дж. Р., Голдберг Р.А. Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометео­издат, 1981. 315 с.

19.

Кондратьев К.Я. Актинометрия. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 690 с.

20.

Хромов СП., Мамонтова Л.И. Метеорологический словарь. 3 изд., пере­раб. и доп. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 568 с.

21

Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л: Гидрометеоиздат, 1979. 270 с.

22

Логинов В.Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия. Минск, «ТетраСистемс», 2008 г., 496 с.

23

Ван-Мигем Ж, Энергетика атмосферы, Гидрометиздат, 1977.

24

Гутман Л.Н. Введение в нелинейную теорию метеопроцессов, Л., 1969.

25

Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. М. Наука, 1970г. 492с.


Приложения
Тематика практических занятий


  1. Расчет облачности и осадков. Использование «следящего домена».

  2. Уравнения движения турбулентной атмосферы. Волны в атмосфере и их расчет в WRF

3. Визуализация изобарических поверхностей и вертикальных разрезов атмосферы. Программа VAPOR-5.
Тематика УСР
1. Статика атмосферы. Физический смысл понятия виртуальная температура. Физический смысл понятия потенциальная температура.

3. Солнечная и земная радиация. Равновесное и неравновесное излучение Солнца. Какие процессы ослабляют излучение в атмосфере? Парниковый эффект. Альбедо поверхности. Радиационная модель WRF.

4. Формирование осадков. Законы испарения. Уравнение диффузии водяного пара. Уровень конденсации. Микроструктура, водность облаков и туманов. Классификация осадков. Микрофизики WRF и их использование.

5. Динамика атмосферы. Силы, действующие в атмосфере. Траектории и линии тока. Геострофическое движение. Градиентный ветер. Термический ветер. Струйные тече­ния. Местные ветры и явления: фен, бора, бризы, горно-долинные ветры, смерчи. Особенности расчета и моделирования этих явлений в системах мезомасштабного прогноза.

6. Волновые движения в атмосфере. Свободные и вынужденные колебания. Периодические сигналы и их спектры. Причины возникновения волн в атмосфере. Роль волновых процессов в облакообразовании. Волны Россби. Гравитационные колебания и волны. Расчет волновых процессов в атмосфере.

7. Глобальная циркуляция. Общая циркуляция атмосферы. Определяющие принципы. Фронты и внетропические циклоны. Тропические циклоны. Муссоны.


ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ


Название дисциплины, с которой требуется согласование

Название

кафедры


Предложения об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине

Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола)

Физика с основами гидрофизики

Общего землеведения и гидрометеорологии







Динамическая

метеорология



Общего землеведения и гидрометеорологии







Теория глобаль-

ной циркуляции



Общего землеведения и гидрометеорологии







Метеорология и климатология

Общего землеведения и гидрометеорологии







Аэрология

Общего землеведения и гидрометеорологии







Гидрология

Общего землеведения и гидрометеорологии








ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ

ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

на _____/_____ учебный год


пп


Дополнения и изменения

Основание








Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

общего землеведения и гидрометеорологии

(протокол № ____ от __________ 201 г.)

Заведующий кафедрой

д.г.н., профессор _______________ _П.С.Лопух______

(степень, звание) (подпись) (И.О.Фамилия)

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета



д.г.н., профессор_ ________________ И.И.Пирожник___

(степень, звание) (подпись) (И.О.Фамилия)







izumzum.ru