Předmět Dynamika atmosféry (NMET074)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu NMET074 - Dynamika atmosféry, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Získat základní znalosti o termodynamice atmosféry a z dynamické meteorologie.

Sylabus

Přednáška se skládá ze 3 větších oddílů: A) Termodynamika atmosféry1) Základní termodynamické pojmy, otevřený a uzavřený systém, izolovaný systém, vratný a nevratný děj, jednofázový a více fázový systém [1]2) Dokonalý plyn - definice (nezávislost vnitřní energie na objemu, Daltonův a Avogadrův zákon) [1], [2]3) Stavová rovnice dokonalého plynu, stavová rovnice reálného plynu (někdy nazývaná také jako charakteristická rovnice), stavová rovnice meteorologických systémů [1]4) Hlavní věty termodynamiky: Nultá věta termodynamická, první věta termodynamická, druhá věta termodynamická, termodynamické potenciály (vnitřní energie, entalpie, entropie, Helmholtzova volná energie, Gibsova volná energie) [1], [2], [3]5) Důsledky vyplývající z hlavních vět termodynamických, měrné teplo, entropie [2], výpočet lokálních časových změn teploty vzduchu [1]6) Adiabatický proces, pseudoadiabatický proces [2]7) Pojmy tepelná rovnováha, mechanická rovnováha, chemická rovnováha (afinita) [1], [3]8) Pojmy: smíšený oblak bez srážek, vodní oblak bez srážek, ledový oblak bez srážek [1]9) Stavová rovnice vlhkého vzduchu, virtuální teplota, potenciální teplota [2], [3]10) Charakteristiky vlhkosti vzduchu [2], [3]11) Rovnováha dvou fází, latentní teplo, Clausiova-Clapeyronova rovnice [3], [2] 12) Tlak nasycené vodní páry nad ledem, nad zakřiveným povrchem, nad roztoky (Raoultův zákon) [2], [3]13) Vlhké a ekvivalentní teploty - slovní vyjádření a schématický náčrt (bez odvození), odvození psychrometrické formule [1] [2] (odvození psychrometrické formule nejlépe podle [2] nebo [3])Literatura:[1] Brandejs S., Zikmunda O. (1978): Úvod do termodynamiky atmosféry, SNTL, Praha, 297 str.[2] Pechala F., Bednář J. (1991): Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 370 str.[3] Ambaum M. H. P. (2010): Thermal Physics of the Atmosphere, Wiley-Blackwell, 239 str. B) Statika atmosféry1) Gravitace a zemská tíže [1], [4]2) Atmosférický tlak, tlakový gradient, rovnice hydrostatické rovnováhy jako speciální tvar pohybových rovnic (vyplývající z měřítkové analýzy pohybových rovnic ve středních zeměpisných šířkách) [1], [2] - pohybové rovnice neuvažujte pro jednoduchost ve sférických souřadnicích), barometrická formule [1]3) Vertikální gradient teploty, suchoadiabatický a nasyceně adiabatický gradient teploty (někdy nazývaný pseudoadiabatický gradient) [1], [2]4) Statické modely atmosféry: homogenní atmosféra (její výška a vertikální teplotní gradient), izotermní atmosféra, polytropní atmosféra (stačí informativně) [1], [3], [4]5) Barotropie a baroklinika atmosféry, izobaricko-izosterické solenoidy [1], [3], [4]6) Vertikální stabilita atmosféry a konvekce (instabilní, stabilní a indiferentní zvrstvení) [1] - někdy nazývaná také statická stabilita [2]; 7) Hodnocení vertikální stability v atmosféře (odpovídá také "státnicové" otázce - vertikální rychlosti v konvektivních útvarech): metoda částice (podrobněji), metoda vrstvy, metoda vtahování (jen informativně) [1], [4], CAPE (konvektivní dostupná potenciální energie - jen informativně) [2], [3], Rayleighovo číslo - fyzikální interpretace podle [5], jeho kritická hodnotaLiteratura:[1] Pechala F., Bednář J. (1991): Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 370 str.[2] Holton J. R. (2004): An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier, 4. vyd., 535 str. [3] Martin J. E. (2006): Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course, Wiley, 324 str. [4] Haltiner G. J., Martin F. L. (1957): Dynamical and Physical Meteorology, McGraw-Hill, 470 str. [5] Cushman-Roisin B. (1994): Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall, 320 str. C) Dynamika atmosféry 1) Základní rovnice dynamiky atmosféry tak, aby tvořily uzavřený systém (pohybové rovnice, rovnice kontinuity, termodynamická rovnice (tzn. některý z vhodných tvaru 1. hlavní věty termodynamické, stavová rovnice) [5], standardní souřadnicový systém [1], b-rovinná aproximace (jako určitý způsob vyjádření změny Coriolisova parametru se zeměpisnou šířkou) [2], [3], měřítková analýza základních rovnic, zejména pohybových [1], [2]2) Základní rovnice v p-systému (zejména pohybových rovnic a rovnice kontinuity) [1], [2]3) Zjednodušené modely (typy) atmosférického proudění - geostrofické, gradientové, cyklostrofické, inerční proudění, pojem barického a antibarického proudění [1], [2], [3], Rossbyho číslo (jako míra důležitosti Coriolisovy síly) [2], [3]4) Ageostrofické složky proudění a jejich interpretace [1]5) Vertikální gradient (střih) proudění - střih geostrofického proudění, termální vítr [1], [2], [3]6) Divergence proudění, horizontální divergence geostrofického proudění, rovnice divergence [1]7) Cirkulace a vorticita, geostrofická vorticita, Bjerknesův a Kelvinův cirkulační teorém [1], [2], potenciální vorticita [1], [2], [3], Ertelova potenciální vorticita (jen informativně) [2], [3], rovnice vorticity a její barotropní přiblížení [1], [2]8) Proudová funkce a rychlostí potenciál, balanční rovnice [1], [2]9) Tlakové změny v atmosféře, rovnice tlakové tendence, rovnice tendence relativní topografie [1]10) Vertikální rychlosti velkých měřítek (v tlakových útvarech) a metody jejich výpočtu - kinematická metoda, adiabatická metoda, aplikace rovnice vorticity, w-rovnice [1] a její kvazi-geostrofické přiblížení [2], [3], Q-vektor [2], [3] (podrobné a dosti obecné odvození podle [1] jen informativně)11) Vybrané problémy: sklon tlakových útvarů mírných zeměpisných šířek [4], atmosférické fronty - kinematická a dynamická okrajová podmínka, sklon geostrofícké fronty (Margulesova formule) [4] (sken příslušné kapitoly dodám) Literatura s komentářem:[1] Pechala F., Bednář J. (1991): Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 370 str.[2] Holton J. R. (2004): An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier, 4. vyd., 535 str. nebo její 2. resp. 3 vydání[3] Martin J. E. (2006): Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course, Wiley, 324 str. [4] Haltiner G. J., Martin F. L. (1957): Dynamical and Physical Meteorology, McGraw-Hill, 470 str.[5] Brdička M., Samek L., Sopko B. (2005): Mechanika kontinua, Academia, 799 str.

Literatura

[1] Brandejs S., Zikmunda O. (1978): Úvod do termodynamiky atmosféry, SNTL, Praha, 297 str.[2] Pechala F., Bednář J. (1991): Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 370 str.[3] Ambaum M. H. P. (2010): Thermal Physics of the Atmosphere, Wiley-Blackwell, 239 str.[4] Holton J. R. (2004): An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier, 4. vyd., 535 str.[5] Martin J. E. (2006): Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course, Wiley, 324 str.[6] Haltiner G. J., Martin F. L. (1957): Dynamical and Physical Meteorology, McGraw-Hill, 470 str.[7] Cushman-Roisin B. (1994): Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall, 320 str.[8] Brdička M., Samek L., Sopko B. (2005): Mechanika kontinua, Academia, 799 str.

Požadavky

Znalosti dle sylabu předmětu.

Garant

RNDr. Aleš Raidl, Ph.D.