Dynamika atmosféry - NMET074
Anglický název: Atmospheric Dynamics
Zajišťuje: Katedra fyziky atmosféry (32-KFA)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2020
Semestr: zimní
E-Kredity: 6
Rozsah, examinace: zimní s.:3/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština, angličtina
Způsob výuky: prezenční
Poznámka: povolen pro zápis po webu
Garant: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc.
RNDr. Aleš Raidl, Ph.D.
Mgr. Peter Huszár, Ph.D.
Neslučitelnost : NMET023
Záměnnost : NMET023
Výsledky anket   Termíny zkoušek   Rozvrh   Nástěnka   
Anotace -
Poslední úprava: Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (13.02.2019)
Základy termodynamiky a dynamiky atmosféry. Výhodou pro absolvování předmětu jsou znalosti v rozsahu přednášky Hydrodynamika (NMET034).
Cíl předmětu -
Poslední úprava: Mgr. Jiří Mikšovský, Ph.D. (13.02.2019)

Cílem předmětu je seznámit studenty s teoretickými základy termodynamiky atmosféry a atmosférické dynamiky. Absolvováním předmětu si student prohloubí fyzikální znalosti v aplikaci na problematiku atmosféry, zvláště pak termodynamiky, statiky a dynamiky atmosféry. Cvičením pak získá student praktické znalosti aplikace teoretických závěrů na jednoduchých nebo idealizovaných případech, které jsou ale často velmi názornou aproximací reálných situací v atmosféře.

Podmínky zakončení předmětu
Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc. (20.05.2020)

Učivo v rozsahu přednášené látky plus eventuálních stanovených částí doporučené literatury, ústní formou. Zápočet student získá za aktivní účast na přednáškách a aktivní práci na cvičeních s vypracováním zadaných problémů či příkladů v rámci domácí přípravy.

Literatura -
Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc. (20.05.2020)

Brandejs S., Zikmunda O. (1978): Úvod do termodynamiky atmosféry, SNTL, Praha, 297 str.

Pechala F., Bednář J. (1991): Příručka dynamické meteorologie, Academia, Praha, 370 str.

Holton J. R. (2004): An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier, 4. vyd., 535 str.

Martin J. E. (2006): Mid-Latitude Atmospheric Dynamics - A First Course, Wiley, 324 str.

Haltiner G. J., Martin F. L. (1957): Dynamical and Physical Meteorology, McGraw-Hill, 470 str.

Cushman-Roisin B. (1994): Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall, 320 str.

Ambaum M. H. P. (2010): Thermal Physics of the Atmosphere, Wiley-Blackwell, 239 str.

Curry, Webster: Thermodynamics of Atmospheres & Oceans (Academic Press, London, 1999)

Brdička M., Samek L., Sopko B. (2005): Mechanika kontinua, Academia, 799 str.

Bluestein, H.: Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes, I. a II., , Oxford University Press (1992)

Metody výuky -
Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc. (20.05.2020)

Přednášky a cvičení, prezenčně

Požadavky ke zkoušce -
Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc. (20.05.2020)

Zkouška: znalosti podle sylabu předmětu.

Forma zkoušky: ústní.

Podmínky udělení zápočtu: aktivní účast studenta na přednáškách a aktivní práce na cvičeních.

Zápočet lze opakovat.

Sylabus -
Poslední úprava: doc. RNDr. Tomáš Halenka, CSc. (20.05.2020)

1. Termodynamický systém v atmosféře a oceánu: složení a struktura atmosféry a oceánu, suchý a vlhký vzduch; stavová rovnice a stavové veličiny, ideální plyn, kinetická teorie ideálního plynu; stavová rovnice pro atmosféru, plynová konstanta, virtuální teplota; stavová rovnice pro oceán; vertikální struktura atmosféry a oceánu, vertikální gradienty stavových veličin

2. Hlavní věty termodynamiky: 0., I. a II. věta termodynamiky, aplikace v atmosféře; rovnovážný stav v termodynamice; suchoadiabatické procesy v atmosféře; další důsledky a aplikace v atmosférických procesech

3. Termodynamika vlhkého vzduchu a oblačné systémy: charakteristiky vlhkosti vzduchu; stav nasycení, fázové přechody; Clausius-Clapeyronova rovnice; pseudoadiabatický děj; tlak nasycené vodní páry nad ledem, nad zakřiveným povrchem, nad roztoky (Raoultův zákon); další důsledky a aplikace v atmosférických procesech (vodní a ledový oblak, …)

4. Hydrostatická rovnováha, aproximace zemské atmosféry: gravitace, tíže a geopotenciál; síla tlakového gradientu, rovnice hydrostatické rovnováhy, p-systém; integrace rovnice hydrostatické rovnováhy, barometrická formule, hypsometrická formule; aproximace zemské atmosféry, standardní atmosféra

5. Statická stabilita atmosféry a oceánu: potenciální teplota, vertikální gradient teploty a potenciální teploty; zvrstvení a vertikální stabilita atmosféry, metoda částice, „gravitační“ (buoyancy) vlny v atmosféře, Brunt-Vaisala frekvence; konvekce, dostupná konvektivní potenciální energie (CAPE); termodynamické diagramy; výška konvektivních oblaků, metoda vrstvy, metoda vtahování; zvrstvení a vertikální stabilita oceánu

6. Popis pohybu atmosféry na rotující Zemi: souřadné systémy (pravoúhlé a křivočaré souřadnice, absolutní a relativní souřadný systém, přirozené souřadnice, vertikální souřadnice); síla horizontálního tlakového gradientu, Coriolisova síla; divergence, vorticita, rovnice kontinuity; proudnice, trajektorie, Blatonova rovnice; Helmholtzův teorém, proudová funkce, rychlostní potenciál

7. Základní pohybové rovnice atmosféry: v kartézských souřadnicích; v geografických souřadnicích; v přirozených souřadnicích; měřítková analýza jednotlivých členů; obecná vertikální souřadnice, p-systém,sigma-systém, theta-systém; pohybové rovnice, rovnice kontinuity a hydrostatické rovnováhy v jednotlivých systémech vertikální souřadnice

8. Typy proudění: základní formy (cyklonální vs. anticyklonální, barické vs. antibarické, Rossbyho číslo); geostrofické; gradientové; cyklostrofické; inerční; eulerovské; ageostrofické složky větru; Lamb-Gromekův tvar pohybových rovnic, pseudo-geostrofický vítr

9. Vertikální struktura pohybového a termobarického pole: proudění v mezní vrstvě; střih větru, termální vítr; tlakové útvary mírných šířek, hřeben, brázda, výše, níže; sklon tlakových útvarů, sklon izotermických a izobarických ploch; barotropní, baroklinní instabilita; cyklogeneze, anticyklogeneze; rovnice tlakové tendence; rovnice tendence relativní topografie

10. Atmosférické fronty: pojem a charakteristiky atmosférické fronty; frontální vektor, kinematická a dynamická podmínka frontálního rozhraní; frontogeneze, frontolýza; tlakové, teplotní pole a pole proudění v blízkosti frontálního rozhraní; vybrané typy rozhraní, Margulesova formule pro sklon frontálního rozhraní

11. Divergence, vorticita a cirkulace: integrální vyjádření divergence; nedivergentní proudění, divergence vybraných typu proudění; integrální vyjádření vorticity, absolutní a relativní vorticita; vorticita vybraných typu proudění; cirkulace vektoru rychlosti proudění; cirkulační teorémy absolutní a relativní cirkulace; potenciální vorticita

12. Časové změny v atmosféře: časové tendence meteorologických parametrů; rovnice vorticity a její aproximace; řešení rovnice vorticity, Rossbyho vlny; rovnice divergence

13. Proudění a termobarické pole synoptického měřítka v atmosféře: balanční rovnice; kvazi-geostrofický koncept, popis proudění v beta-rovině; vertikální rychlosti v atmosféře, (kinematická, adiabatická metoda, Richardsonova rovnice); omega-rovnice; Q-vektor

14. Kompletní popis atmosférické dynamiky a termodynamiky: uzavřený systém rovnic popisu atmosféry; využití v předpovědi počasí a modelování klimatu; důsledky pro všeobecnou cirkulaci atmosféry; tropická cirkulace, mezo-synoptická cirkulace, tropická cyklóna; cirkulace ve stratosféře

Vstupní požadavky - angličtina
Poslední úprava: T_KMOP (25.04.2008)

Course of the Hydrodynamics is recommended.