ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. »

Физический факультет

Кафедра общей и молекулярной физики

Физика и химия атмосферы

Программа специальной дисциплины

(Стандарт ПД. СД/ДС)

Екатеринбург

2006

Утверждаю

Декан физического факультета

______________

«____»_______2006 года

Программа дисциплины «Физика и химия атмосферы» составлена в соответствии с требованиями федерального компонента к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки:

специалиста, по направлению 010400 «Физика», и магистра, по направлению

по циклу СД/ДС дисциплин государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Семестр 9

Общая трудоемкость дисциплины 72 часа, в том числе:

Лекций 36

Самостоятельная работа 36

Отчетность: зачет - 9 семестр

Автор (составитель, разработчик)

, к. ф.-м. н., доцент, кафедра общей и молекулярной физики, УрГУ

(ФИО, ученая степень, ученое звание, кафедра, вуз)

Рекомендовано к печати протоколом заседания

кафедры общей и молекулярной физики

от _______ № ______.

(дата)

(С) Уральский государственный университет

(С) , 2006

I. Введение

1. Цель дисциплины - сформировать у студентов современные представления об основных физических и химических процессах, протекающих в различных слоях атмосферы и их взаимосвязи с процессами, происходящими в других геологических резервуарах Земли; сформировать научные представления о причинах и следствиях глобальных и региональных климатических изменений, происходящих в настоящее время. Курс «Физика и химия атмосферы» следует рассматривать как обобщенное систематизированное введение в междисциплинарный комплекс наук, изучающих строение, состав, различные физические и химические свойства земной атмосферы.

2. Задача дисциплины – усвоение основных понятий и терминологии, изучение основных методов и результатов исследования свойств атмосферы Земли, ознакомление с основными физико-математическими моделями, используемыми в физике и химии атмосферы, понимание роли газовых составляющих и аэрозолей в атмосферных явлениях, знакомство с историей развития данной междисциплинарной науки.

3. Место дисциплины в системе высшего профессионального образования. Дисциплина является одной из завершающих подготовку по специализации «Теплофизика и молекулярная физика». При этом используются знания и навыки, полученные студентами при изучении разделов общей и физической химии, механики, термодинамики и статистической физики, гидрогазодинамики, оптики, электродинамики, теплофизики и кинетической теории газов.

4. Требования к уровню освоения содержания курса (приобретаемые компетенции, знания, умения, навыки). Научить студентов применять фундаментальные теоретические знания из разных областей физики и химии для постановки, решения и анализа базовых задач физики атмосферы. Познакомить с основами современных экспериментальных и теоретических методов, используемых в физике атмосферы. Способствовать закреплению и усвоению взаимосвязей фундаментальных физических, химических и математических знаний, полученных студентами ранее. Курс предполагается базовым введением при изучении других специальных курсов, индивидуально предлагаемых магистрам и аспирантам кафедры, специализирующимся в области физики атмосферы.

5. Методическая новизна курса. При изучении курса студентам предоставляются электронные варианты лекций на компакт-диске и их мультимедийные презентации. Вся основная и рекомендуемая (дополнительная) литература, включая англоязычную, также доступна в pdf-формате на компакт-диске. Студенты имеют возможность представить научные доклады по избранным темам и направлениям физики и химии атмосферы, основанные на современных публикациях и обзорах в российских и зарубежных журналах.

II. Содержание курса

Разделы курса, темы, их краткое содержание

Тема 1. Происхождение и эволюция Земли и ее атмосферы. Концепция Большого Взрыва. Космологические тесты. Образование солнечной системы. Стадии образования и эволюция Земли и ее атмосферы. Геологические резервуары: литосфера, гидросфера и атмосфера.

Тема 2. Атмосфера Земли и ее компоненты. Строение земной атмосферы, различные классифицирующие признаки. Современный химический состав атмосферы Земли. Газовые составляющие атмосферы (основные компоненты и примеси, постоянные и переменные компоненты), атмосферный аэрозоль. Происхождение и эволюция химического состава атмосферы Земли в различные геологические эпохи.

Тема 3. Радиация в атмосфере. Основные законы излучения (закон Кирхгофа, Планка, Стефана-Больцмана, Вина). Спектральный состав солнечной радиации. Тепловой баланс системы Земля – атмосфера. Тепловое и радиационное равновесие Земли. Солнечная постоянная. Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере. Тепловое излучение земной поверхности.

Тема 4. Атмосферная циркуляция. Масштабы атмосферных движений. Силы, действующие на атмосферные массы. Типы движений атмосферы. Термическая конвекция, механизм возникновения конвективных ячеек. Местные ветры: горно-долинные ветры, бризы, фен (чинук). Муссоны. Циркуляция Хэдли. Циркуляция Феррела как пример вынужденной конвекции. Макровихри. Потеря устойчивости потока в ламинарном сдвиговом течении. Циклоническая деятельность. Циклоны средних и высоких широт. Тропические циклоны. Волновые движения атмосферы. Волны от локальных источников. Планетарные волны. Свободные колебания. Квазидвухлетние осцилляции. Особенности циркуляции в стратосфере и мезосфере.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Тема 5. Атмосфера Земли и глобальные климатические изменения. Наблюдаемые глобальные и региональные климатические изменения – основные факты и проявления. Климатические изменения в различные исторические эпохи. Естественные причины климатических изменений. Антропогенное влияние на состав атмосферы. Увеличение углекислого газа и других радиационно-активных газов в атмосфере и тренды средней температуры земной поверхности. Природа парникового эффекта. Радиационное возмущающее воздействие как способ контроля над климатическими изменениями. Озоновая проблема. Роль атмосферного аэрозоля в климатических изменениях. Международная контролирующая и регулирующая деятельность.

Зачет проводится по стандартной форме, образцы зачетных билетов с вопросами из разделов курса приведены ниже:

Зачетный билет №1 по дисциплине «Физика и химия атмосферы»

1. Стадии образования и эволюция Земли и ее атмосферы.

2. Физическая природа парникового эффекта.

Зачетный билет №2 по дисциплине «Физика и химия атмосферы»

1. Происхождение и эволюция химического состава атмосферы Земли в различные геологические эпохи.

2. Оценки радиационного возмущающего воздействия как способ контроля глобальных климатических изменений.

Зачетный билет №3 по дисциплине «Физика и химия атмосферы»

1. Газовые составляющие атмосферы (основные компоненты и примеси, постоянные и переменные компоненты).

2. Спектральный состав солнечной радиации.

III. Распределение часов курса по темам и видам работ

№

п/п

Наименование

разделов и тем

ВСЕГО

(часов)

Аудиторные занятия

(час)

Самостоятельная работа

в том числе

Лекции

Практические занятия

1

Происхождение и эволюция Земли и ее атмосферы. Концепция Большого Взрыва. Космологические тесты. Образование солнечной системы. Стадии образования и эволюции Земли и ее атмосферы. Геологические резервуары: литосфера, гидросфера и атмосфера

2

0

2

2

Атмосфера Земли и ее компоненты. Строение земной атмосферы, различные классифицирующие признаки. Современный химический состав атмосферы Земли. Газовые составляющие атмосферы (основные компоненты и примеси, постоянные и переменные компоненты), атмосферный аэрозоль. Происхождение и эволюция химического состава атмосферы Земли в различные геологические эпохи.

2

0

2

3

Радиация в атмосфере. Основные законы излучения (закон Кирхгофа, Планка, Стефана-Больцмана, Вина). Спектральный состав солнечной радиации. Тепловой баланс системы Земля – атмосфера. Тепловое и радиационное равновесие Земли. Солнечная постоянная. Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере. Тепловое излучение земной поверхности.

4

0

4

4

Атмосферная циркуляция. Масштабы атмосферных движений. Силы, действующие на атмосферные массы. Типы движений атмосферы. Термическая конвекция, механизм возникновения конвективных ячеек. Местные ветры: горно-долинные ветры, бризы, фен (чинук). Муссоны. Циркуляция Хэдли. Циркуляция Феррела как пример вынужденной конвекции. Макровихри. Потеря устойчивости потока в ламинарном сдвиговом течении. Циклоническая деятельность. Циклоны средних и высоких широт. Тропические циклоны. Волновые движения атмосферы. Волны от локальных источников. Планетарные волны. Свободные колебания. Квазидвухлетние осцилляции. Особенности циркуляции в стратосфере и мезосфере.

4

0

4

5

Атмосфера Земли и глобальные климатические изменения. Наблюдаемые глобальные и региональные климатические изменения – основные факты и проявления. Климатические изменения в различные исторические эпохи. Естественные причины климатических изменений. Антропогенное влияние на состав атмосферы. Увеличение углекислого газа и других радиационно-активных газов в атмосфере и тренды средней температуры земной поверхности. Природа парникового эффекта. Радиационное возмущающее воздействие как способ контроля над климатическими изменениями. Озоновая проблема. Роль атмосферного аэрозоля в климатических изменениях. Международная контролирующая и регулирующая деятельность.

4

0

4

ИТОГО:

72

36

0

36

IV. Форма итогового контроля

Зачет (магистры и специалисты).

V. Учебно-методическое обеспечение курса

Рекомендуемая литература (основная)

, , Общая и экологическая геофизика. М.: Физматлит, 20с.

, , Основы экологической геофизики. 2-е изд. СПб.: Изд-во «Лань», 2004.

, , Основы химии атмосферы. Казань: Изд-во ДАС, 2001.

, Метеорология и климатология. 5-е изд. М.: Изд-во МГУ, 20с.

Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. 2-е изд.

Л.: Гидрометеоиздат, 19с.

Рекомендуемая литература (дополнительная)

Андруз Дж., Введение в химию окружающей среды.

М.: Мир, 1999.

Современная космология в популярном изложении. М.: УРСС, 2002.

Рождение Земли. М.: Мир, 1990.

Семенченко метеорология. М.: Аспект Пресс, 20с.