Рабочая программа по дисциплине "Физика и химия атмосферы" (Содержание дисциплины. Учебно-методические материалы по дисциплине)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по учебной работе

             О.И. ……

“___” _____________2007 г.

ФИЗИКА И ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ

для специальности

1-330104 – “Экологический мониторинг, менеджмент и аудит”

1-330103 – “Радиоэкология”

Факультет

кафедра

Мониторинг окружающей среды

Кафедра экологического мониторинга

курс

3

семестр(ы)

2

лекции, часов

46

лабораторные занятия, часов

практические (семинарские)

занятия, часов

14 (Радиоэкология – 18 часов)

Управляемая самостоятельная работа, часов

10 (Радиоэкология – 8 часов)

Всего часов по дисциплине

70 (Радиоэкология – 72)

экзамен

2 (ЭММА)

зачет

2 (Радиоэкология)

Согласовано

декан факультета

мониторинга окружающей среды

Н.В. Пушкарев

“___” _____________2008 г.

№ п/п

Наименование дисциплины

Раздел и тема

/в соответствии с рабочими программами дисциплин/

1.   

Метеорология и климатология

Все

2.   

Математика

Дифференциальные уравнения.

3.   

Механика

 Динамика

4.   

Молекулярная физика

Газовые законы. Термодинамика.

5.   

Электродинамика

Все

6.   

Оптика

Поглощение, излучение, рассеяние света

7.   

Химия

Кинетика неорганических газофазных реакций.

№ п/п

Наименование тем

Содержание

Объ­ем (часы)

1.   

Введение: физические процессы, определяющие строение и динамику атмосферы. Многообразие явлений в атмосфере

Строение атмосферы. Разделение атмосферы на отдельные области и их характеристика. Состав атмосферного воздуха. Изменение состава с высотой.

Особенности взаимодействия солнечного излучения с атмосферой и поверхностью Земли. Смена сезонов и дня и ночи как результат движения Земли.

Температурный режим атмосферы на различных высотах. Ветровой режим атмосферы на различных высотах.

Вода в атмосфере. Относительная влажность, насыщение, конденсация, облака, осадки.

Локальные ветры. Понятие о силе Кориолиса. Модели общей циркуляции атмосферы.

Циклоны и антициклоны. Понятие о воздушных массах. Типы воздушных масс. Стабильность воздушных масс. Атмосферные фронты.

Понятие климата. Факторы, влияющие на климат.

7+1^*

2.   

Солнце. Распространение излучения в атмосфере

Солнце. Солнечная атмосфера и солнечные излучения. Вариации солнечного излучения в различных областях спектра.

Взаимодействие солнечного излучения с атмосферой. Образование слоев в атмосфере. Приборы для измерения солнечной радиации. Метод Лэнгли. Электронно-колебательно-вращательная структура оптических спектров молекул. Особенности поглощения солнечного излучения атмосферными составляющими и превращения последних под действием солнечного излучения. Метод дифференциального поглощения определения содержания газа в атмосфере.

Теория переноса излучения в атмосфере. Поглощение, рассеяние и испускание излучения. Метеорологическая дальность видимости.

Люминесценция и хемилюминесценция. Атмосферные эмиссии. Дневное, сумеречное и ночное свечения неба. Механизмы возбуждения атмосферных эмиссий.

Спутниковые методы мониторинга озоносферы, основанные на регистрации солнечного излучения обратно рассеянного атмосферой. Методика определения вертикального распределения озона по данным спутниковых наблюдений.

8

3.   

Атмосферное электричество, электрические поля в атмосфере, ионосфера

Атмосферное электричество. Типы ионов в атмосфере. Подвижность ионов.

Химия заряженных частиц. Потери ионов в результате рекомбинации.

Проводимость атмосферы. Разрядка заряженных проводников. Принципы исследования ионизационного состояния атмосферы.

Источники ионизации атмосферы. Строение ионосферы. Изменение ионного состава с высотой. Дневная и ночная ионосферы. Отражение радиоволн от ионосферы. Радиозондирование ионосферы.  Измерения состава верхней атмосферы с использованием ракет и спутников. Принципы работы масс-спектрометров и ионных ловушек. 

Электрическое поле в атмосфере. Приборы для измерения электрических полей в атмосфере. Изменчивость электрического поля в атмосфере.

Объемные заряды и токи в атмосфере. Заряды осадков. Распределение зарядов в грозовом облаке. Молнии. Разделение зарядов между атмосферой и землей.

7

4.   

Кинетика химических реакций

Термодинамический и кинетический подходы к анализу химических реакций. Уравнения химической кинетики. Мономолекулярные, бимолекулярные и термолекулярные реакции. Влияние динамики молекул на протекание химических реакций. Роль химических реакций с участием возбужденных частиц.

1+2^*

5.   

Атмосферный озон

Озон. Защитная функция озона. Особенности фотолиза озона солнечным излучением.

Химия стратосферного озона. Цикл Чепмена. Роль окислов азота и хлора.

Стратосферный озон и особенности его распределения. Сезонный ход общего содержания озона. Широтное распределение общего содержания озона. Измерение общего содержания озона в атмосфере солнечными УФ спектрофотометрами.

Изменчивость озона. Антарктическая озонная дыра и причины образования. Озонные мини-дыры над Европейским континентом. Стратосферный озон и климат.

Международные соглашения по охране озонового слоя.

Озон в тропосфере и приземный озон.

4+4^*

6.   

Загрязнение атмосферы

Естественное и антропогенное загрязнение атмосферы. Источники и состав выбросов в атмосферу.

Особенности распространения локальных выбросов. Проблемы глобального загрязнения атмосферы.

3^*

7.   

Термодинамика атмосферы

Уравнения состояния газов атмосферы. Барометрическая формула.

Первое начало термодинамики для атмосферного воздуха. Уравнения адиабаты и политропы. Сухоадиабатический градиент. Потенциальная температура.

Влажноадиабатический и псевдоадиабатический процессы. Роль конденсации в атмосферных процессах.

Условия вертикальной устойчивости воздуха

3

   8.

Уравнения погоды. Турбулентность.

Метод Эйлера и метод Лагранжа изучения движения воздуха. Индивидуальная и локальная производные. Силы, действующие в атмосфере. Уравнения погоды. Особенности процедуры осреднения  характеристик движения, увеличение числа неизвестных параметров.

Конвективный, адвективный и турбулентный потоки тепла. Равновесный градиент температуры. Различия между вертикальным и горизонтальным турбулентными потоками тепла.

6

  9.

Простейшие решения уравнений динамики атмосферы

Геострофический ветер.

Градиентный ветер при круговых изобарах. Градиентный ветер в циклонах и антициклонах.

Термический ветер.

2

  10.

Энергия атмосферных движений и волновые процессы в атмосфере

Энергия атмосферных движений. Диссипация энергии движения воздушных масс.

Гравитационные волны. Длинные волны.

2

  11.

Поверхность раздела воздушных масс

Граница раздела воздушных масс и волновые движения на границе.

2

  12.

Физика зональной циркуляции атмосферы. Законы сохранения.

Перенос момента импульса как причина зональной циркуляции. Законы сохранения.

4

Всего:

46+10^*

№ п/п

Наименование тем

Содержание

Объ­ем (часы)

1.   

История метеорологии

Становление метеорологии как науки. Современное состояние метеорологии. Сеть метеорологических наблюдений

2^*

2.   

Природа радуги и другие световые эффекты в атмосфере

Радуга, миражи, гало и др. эффекты

2^*

3.   

Климат как проблема физики

Современные представления о климате, факторы влияющие на климат.

1

4.   

Человеческая деятельность и климат

Возможные последствия человеческой деятельности на изменение климата

1

5.   

Гипотезы о влиянии слабых измененеий на Солнце на климат Земли

Анализ различных схем влияния энергетически незначительных флуктуаций солнечных характеристик на изменение динамики крупномасштабных процессов в земной атмосфере.

1

6.   

Звук в атмосфере

Особенности распространения звуковых волн в атмосфере

1

7.   

Атмосферный озон

Глобальное распределение озона, угроза разрушения озонового слоя, антарктическая озонная дыра, влияние ультрафиолетового излучения на живые организмы

3

8.   

Мониторинг атмосферы с искусственных спутников Земли

Приборы и методы мониторинга параметров атмосферы со спутников

1

9.   

Магнитосфера

Механизмы и эффекты взаимодействия магнитного поля Земли с заряженными частицами.

1

10. 

Явление Эль-Ниньо

Явление Эль-Ниньо, возможные причины и влияние на циркуляцию атмосферы

1

11. 

Контрольные работы

4

­­№ п.п.

Тема

Содержание

Объ­ем (часы)

Форма отчетн.

1.   

­­№ п.п.

Наименование или назначение

Вид

1.   

Демонстрация многолетней динамики озоносферы

Компьютерная анимация

№

№

темы

№ лаб.

занятия

№ практ.

занятия

№ метод.

Управляемая самостоятельная

работа студента

Формы

контроля

неде­ли

(лекц. часы)

(часы)

(часы)

средств

№

 аудиторныечасы

Знаний

1.   

1(4)

1(1)

К.р.

2.   

1,2(4)

3.   

2(4)

4.   

2,3(4)

5.   

3(4)

(2)

6.   

3,4,5(4)

4(2)

К.р.

7.   

5(2)

(2)

5(4)

К.р.

8.   

5,7(4)

6(3)

К.р.

9.   

8(2)

(2)

10. 

8(2)

11. 

8(2)

(2)

12. 

9(2)

(2)

13. 

10(2)

(2)

14. 

11(2)

15. 

12(2)

(2)

16. 

12(2)

(2)

Рабочую программу составили:

доцент

А.М. Людчик