Океанология

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Учебная дисциплина «Океанология» призвана дать студентам полное представление о Мировом океане как сложной системе взаимосвязанных элементов и процессов, его роли в географической оболочке, современных научных воззрениях на него. В процессе обучения студенты знакомятся с основными гипотезами образования океана, рассматривают строение Мирового океана, химический состав и физические свойства морской воды, динамику океанической толщи, взаимодействие океана с атмосферой, ресурсные и экологические аспекты его современного состояния. При этом акцент делается на изучении вклада Мирового океана в формирование общей циркуляции атмосферы и его положении и роли в планетарной климатической системе. Знания, которые студент получит по завершении изучения данного учебного курса, незаменимы для формирования целостного и завершенного представления и погодообразующих и климатообразующих процессах, протекающих в географической оболочке.

Дисциплина “Океанология” читается для специальности "Гидрометеорология" и относится к циклу специальных дисциплин (компонент УВО).

Изложение дисциплины предполагает знание таких предметов, как «Геофизика», «Гидрология», «Метеорология и климатология», «Синоптическая метеорология».

Цель изучения учебной дисциплины: подготовка специалистов, владеющих основами теоретических знаний в области океанологии и практическими навыками привлечения океанологической информации для познания гидрометеорологических явлений и процессов.

Задачи дисциплины: дать студентам знания о физических и динамических процессах в Мировом океане, с учетом его тесного взаимодействия с атмосферой, и их роли в формировании погоды и климата в различных регионах Земного шара.

Студент должен:

знать:

-        морфометрические и морфологические особенности океанов;

-        химический состав и физические свойства морской воды;

-        динамику водных масс;

- процессы взаимодействия океана и атмосферы;

- вклад Мирового океана в формирование общей циркуляции атмосферы и климатической системы Земли;

- природно-ресурсный потенциал и экологические особенности Мирового океана;

уметь:

-        характеризовать природные условия океанов;

-        объяснять роль океана в погодообразующих и климатообразующих процессах;

- привлекать океанологическую информацию для целей анализа и прогноза гидрометеорологических условий, в том числе в Республике Беларусь.

В результате изучения дисциплины студент должен сформировать компетенции ОПК-1 – Готовностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности; ОПК-6 – Умением использовать основные законы и закономерности наук о Земле в профессиональной деятельности; ПК-1 – Определять проблемы в области наук о Земле и осуществлять постановку научных задач, представляющих как теоретический интерес, так и практическую значимость в области глобального и регионального природопользования; ПК-2 – Разрабатывать методические подходы, выбирать приборы и оборудование, картографические и справочные материалы и проводить научно-исследовательские работы в области наук о Земле; ПК-3 – Проводить анализ результатов полевых  и экспериментальных исследований и измерений, оценивать их достоверность и осуществлять математическую обработку; ПК-4 – Формулировать из полученных полевых и экспериментальных результатов корректные выводы и давать рекомендации по их практическому применению; ПК-5 – Составлять аналитические обзоры литературы по теме исследований, анализировать информационные и картографические данные по изучаемой проблеме, обосновывать целесообразность проведения научных исследований; ПК-6 – Составлять отчеты по научно-исследовательским работам, готовить научные доклады и статьи, сообщения, рефераты; ПК-7 – Выполнять полевые и лабораторные исследования состояния отдельных природных компонентов, природных, природно-антропогенных и социально-экономических комплексов; ПК-9 – Применять дистанционные аэрокосмические методы исследования для создания и использования ГИС прикладного назначения для отраслей природопользования; ПК-13 – Выполнять анализ и математическую обработку результатов полевых и экспериментальных исследований в области наук о Земле; ПК-14 – Реализовывать на практике принципы и нормативы рационального природопользования; ПК-24 – Планировать и организовывать проектно-производственную деятельность в области рационального природопользования; ПК-41 – Готовить научные и учебно-методические доклады, материалы к мультимедийным презентациям на основе анализа информационных ресурсов, инновационных технологий, проектов и решений; ПК-42 – Пользоваться глобальными информационными ресурсами, уметь работать с электронными географическими картами и атласами и учебно-справочной литературой; ПК-43 – Знать современные проблемы природопользования, определять цели инновационной деятельности и способы их достижения.

Форма получения высшего образования – дневная, очная. Занятия проводятся в 8-м семестре (форма текущего контроля знаний – зачет) и в 9-м семестре (форма текущего контроля знаний – экзамен).

На изучение учебной дисциплины «Океанология» отводится 234 часов, в том числе 108 аудиторных. Примерное распределение учебного времени по семестрам: 8-й семестр – 98 часов общих, 52 аудиторных; 9-й семестр – 136 часов общих, 56 аудиторных. Примерное распределение аудиторного времени по видам занятий: 54 часа – лекции (в 8-м семестре 28 часов, в 9-м семестре 26 часов); 26 часов – практические занятия (в 8-м семестре – 10 часов, в 9-м семестре – 16 часов); 12 часов – семинары (в 8-м семестре – 8 часов, в 9-м семестре – 4 часа); 16 часов – УСР (в 8-м семестре – 8 часов, в 9-м семестре – 8 часов).

.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

1. Введение.

Предмет, метод и задачи океанологии. История океанологии и океанологических исследований. Основные международные программы изучения океана. Перспективы развития океанологии.

Методы океанологических измерений. Типы океанологических данных, их пространственное и временное распределение. Базы океанологических данных.

2. Геолого-геофизическая характеристика Мирового океана.

Происхождение и геологическая история Мирового океана. Морфометрические характеристики и деление Мирового океана на составные части.

Океанический тип земной коры. Особенности строения рельефа дна Мирового океан. Морские отложения.

Гравитационное поле океана. Магнитное поле океана. Электрическое поле океана.

3. Физические свойства морской воды.

Молекулярное строение воды. Агрегатные состояния воды и фазовые переходы. Основные физические характеристики морской воды: температура, гидростатическое давление, плотность. Адиабатические процессы в океане.

Уравнение состояния морской воды. Бароклинность океана. Эффект уплотнения при смешении.

Тепловые свойства морской воды: удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, теплота испарения (конденсации), теплота кристаллизации (плавления).

Сжимаемость, вязкость, поверхностное натяжение. Диффузия и осмос. Электропроводность морской воды. Радиоактивные свойства морской воды.

Аномалии физических свойств воды.

4. Химические свойства морской воды.

Химический состав вод Мирового океана. Соленость морской воды, ее происхождение и причины изменения. Солевой баланс Мирового океана. Распределение солености в Мировом океане. Растворенные газы и взвеси в морской воде. Химическое загрязнение вод океана.

5. Оптические и акустические свойства морской воды.

Факторы, определяющие оптические свойства морской воды. Отражение и преломление света, альбедо поверхности океана. Поглощение, ослабление и рассеяние света в морской воде. Цвет и прозрачность морской воды. Свечение и цветение моря.

Распространение звука в морской воде. Рефракция звуковых лучей. Подводный звуковой канал. Затухание звука в морской воде. Шумы океана.

6. Перемешивание вод в океане.

Понятие о перемешивании. Молекулярное, турбулентное и конвективное перемешивание. Масштабы и механизмы формирования перемешивания.

Плотностная стратификация: понятие, виды. Устойчивость слоев. Понятие о тонкой структуре океана.

7. Структура вод Мирового океана.

Горизонтальная и вертикальная структура вод Мирового океана. Понятие о водных массах и океанических фронтах. Механизмы формирования водных масс. Методы выделения водных масс и океанических фронтов. Трансформация водных масс. Классификация водных масс и океанических фронтов.

Вертикальные структурные зоны водной толщи Мирового океана. Океаническая тропосфера, океаническая стратосфера.

8. Динамика вод Мирового океана.

Основные силы, действующие в океане. Океанические течения: понятие, классификации. Теории генезиса течений в Мировом океане.

Основные циркуляционные системы в Мировом океане. Глубинная циркуляция. Конвергенция и дивергенция. Океанические вихри.

Возникновение и развитие волнения в океане. Классификация волн. Элементы волн. Оценка степени ветрового волнения. Поведение ветровых волн у берегов различного типа. Сейши, цунами, внутренние волны. Волны в циклонах.

Основы классической теории морских волн (теория волн для глубокого моря, теория волн для мелкого моря). Уравнение баланса энергии волн. Методы расчета ветровых волн.

Физические закономерности формирования приливов. Статическая теория приливов. Динамическая теория приливов. Классификация и характеристики приливов. Неравенство приливов. Явления приливного типа в океане.

9. Уровень океана.

Понятие об уровенной поверхности. Периодические и непериодические колебания уровня.

Средний уровень: понятие, виды, методы определения. Гидрометеорологические причины колебания уровня. Динамические причины колебания уровня.

Водный баланс Мирового океана и его составляющие.

10. Морские льды в климатической системе.

Факторы образования и таяния морских льдов. Современное состояние морского ледяного покрова.

Уравнение баланса морских льдов.

Ледниково-межледниковые колебания в плейстоцене. Внутривековые изменения в распространении морских льдов. Порог неустойчивости. Автоколебания в системе «океан – атмосфера – оледенение». 

Морские льды как фактор изменения климата. Морские льды и атмосферная циркуляция.

11. Система океан-атмосфера.

Общая характеристика процессов взаимодействия океана и атмосферы. Масштабы взаимодействия. Радиационный баланс океана. Теплообмен в системе океан – атмосфера и его климатообразующее значение. Уравнение теплового баланса океана и его анализ.

Влагообмен в системе океан – атмосфера. Солевой баланс и его связь с водным балансом. Газообмен в системе океан – атмосфера.

Понятие о гидрологическом цикле. Закономерности формирования гидрологического цикла. Основные уравнения, описывающие атмосферное звено гидрологического цикла. Динамическое взаимодействие океана и атмосферы.

Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Номер раздела, темы	Название раздела, темы	Количество аудиторных часов	Кол-во часов УСР	Форма контроля знаний
Лекции	Практические занятия	Семинарские занятия	Лабораторные занятия	Иное
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.1	Введение в предмет	2	Устный опрос
1.2	История океанологии и океанологических исследований	2	Устный опрос
1.3	Методы океанологических измерений	2	Защита рефератов
2.1	Геолого-геофизическая характеристика Мирового океана.	4	Устный опрос
2.2	Морфометрические характеристики Мирового океана	2	Проверка расчетно-графических работ
2.3	Рельеф дна Мирового океана	2	Проверка расчетно-графических работ
2.4	Гравитационное, магнитное и электрическое поля океана.	2	Проверка расчетно-графических работ
3.1	Физические свойства морской воды.	8	Устный опрос
3.2	Уравнение состояния морской воды	2	Проверка расчетно-графических работ
3.3	Тепловые свойства морской воды	2	Устный опрос
1	2	3	4	5	6	7	8	9
3.4	Аномалии физических свойств воды	2	Проверка расчетно-графических работ
4.1	Химические свойства морской воды	4	Устный опрос
4.2	Солевой баланс Мирового океана	2	Проверка расчетно-графических работ
5.1	Оптические и акустические свойства морской воды.	4	Устный опрос
5.2	Распространение света и звука в морской воде	2	Устный опрос
6.1	Перемешивание вод в океане	4	Устный опрос
6.2	Плотностная стратификация океанических вод	2	Устный опрос
7.1	Уровень океана	2	Устный опрос
7.2	Периодические и непериодические колебания уровня.	2	Проверка расчетно-графических работ
7.3	Водный баланс Мирового океана и его составляющие.	2	Проверка расчетно-графических работ
8.1	Структура вод Мирового океана	4	Устный опрос
8.2	Горизонтальная структура вод Мирового океана	2	2	Проверка расчетно-графических работ
1	2	3	4	5	6	7	8	9
8.3	Вертикальные структурные зоны вод Мирового океана	2	2	Проверка расчетно-графических работ
9.1	Динамика вод Мирового океана.	12		Устный опрос
9.2	Течения в Мировом океане	2	Проверка расчетно-графических работ
9.3	Основные циркуляционные сис­темы в Мировом океане	2	Проверка расчетно-графических работ
9.4	Волнение в Мировом океане	2	2	Проверка расчетно-графических работ
9.5	Методы расчета ветровых волн	2	Проверка расчетно-графических работ
9.6.	Динамическая и статическая теории приливов	2	Проверка расчетно-графических работ
10.1	Морские льды в климатической системе	4	Устный опрос
10.2	Уравнение баланса морских льдов	2	Устный опрос
11.1	Система океан-атмосфера	6	Устный опрос
1	2	3	4	5	6	7	8	9
11.2	Уравнение теплового баланса океана и его анализ	2	Проверка расчетно-графических работ
1123	Понятие о гидрологическом цикле и закономерности его формирования	2	Устный опрос
11.4	Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере	2	Защита рефератов

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Литература

Основная

, Общая океанология. Часть 2. Динамические процессы. – СПб.: изд. РГГМУ, 1999. – 236 с. Физическая океанография. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 456 с. Общая океанология: (учебник для ВУЗов по специальности «Океанология»). – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 376с. Общая океанология. Часть 1. Физические процессы. – СПб.: изд. РГГМУ, 1998. – 342 с. кеанология. Современные представления о жидкой оболочке Земли: Пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 414 с. , Океанология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 382 с.

Дополнительная

, Химия океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 344 с. Колебания уровня и волны в Мировом океане. Учебное пособие. – Симферополь, 2001. – 52 с. Океанология. Часть 1. Физические явления и процессы в океане. – Симферополь, 2006. – 162 с. , , Общая гидрология. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 464 с. , Гидросфера Земли. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. – 632 с.  Взаимодействие атмосферы и океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 288 с. Физика океана. – СПб.: изд. РГГМУ, 2000. – 340 с. , Морские льды и климат. – СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. – 92 с. Взаимодействие океана и атмосферы. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 335 с. , , Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе океан-атмосфера и энергоактивные области Мирового океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 336 с. Влагообмен в системе океан – атмосфера. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. – 198 с. Гидродинамика атмосферы и океана и земных недр. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. – 524с. , Уокер Дж. М. Система океан – атмосфера. – Л.: Гидрометеиздат, 1979. – 193 с. труктура и свойства воды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 280 с.

Перечень используемых средств диагностики

Для диагностики знаний студентов рекомендуется использовать следующие средства и формы контроля:

устный опрос, защита реферата, проверка расчетно-графических работ, зачет, экзамен.

       

Примерный перечень заданий УСР

Тема «Методы океанологических измерений».

Задание 1. Зарисовать в рабочей тетради и подготовить краткое описание принципа работы основных гидрологических приборов (радиометра, батометра, СТД-зонда, океанологических манометров и термометров, приборов для исследования морского дна и биологических исследований).

Задание 2. Подготовить и защитить реферат на одну из следующих тем:

«Рейсовые наблюдения в Мировом океане», «Стационарные наблюдения в Мировом океане», «Дистанционные наблюдения за Мировым океаном», «Методы прямых океанологических измерений», «Методы косвенных океанологических измерений», «Методы повышения качества океанологических измерений», «Основные виды обработки океанологических наблюдений», «Математическое моделирование океанологических процессов», «Применение ГИС-технологий для решения океанологических задач», «Базы океанологических данных».

Тема «Гравитационное, магнитное и электрическое поля океана».

Задание 1. Построить графики, отражающие зависимость электропроводности морской воды: а) от солености, б) от температуры, в) от давления.

Задание 2. На контурную карту Мирового океана нанести оси магнитных аномалий срединно-океанических хребтов.

Тема «Аномалии физических свойств воды».

Задание 1. Построить графики зависимости температур замерзания и наибольшей плотности воды от солености и проанализировать их применительно к морским и солоноватым водам.

Задание 2. Самостоятельно, проработав литературные источники, подготовить и заполнить таблицу «Изменение физических свойств воды при изотопном замещении».

Тема «Водный баланс Мирового океана и его составляющие».

Задание 1. Построить и проанализировать таблицу «Среднее широтное распределение составляющих водного баланса Земли».

Задание 2. Подготовить в текстовой форме анализ «Сравнительная характеристика составляющих водного баланса океанов» (по вариантам: Атлантический – Тихий, Тихий – Индийский, Атлантический – Индийский, Северный Ледовитый – Индийский)

Тема «Горизонтальная структура вод Мирового океана».

Задание 1. На контурную карту нанести главные океанические и динамические фронты Мирового океана.

Задание 2. По выданному преподавателем заданию (по вариантам) осуществить графический анализ T, S-кривых океанологической станции.

Тема «Вертикальные структурные зоны вод Мирового океана».

Задание 1. Построить графики распределения температуры и солёности по вертикали для различных типов стратификации на основе предоставленных преподавателем данных (по вариантам).

Задание 2. Проанализировать географические типы распределения температуры и солености по глубине в Мировом океане (по вариантам: тропический – умеренных широт, субтропический – субполярный, экваториальный – субтропический, тропический – полярный).

Тема «Волнение в Мировом океане».

Задание 1. Зарисовать схему «Изменение профиля трохоидальной волны с глубиной» и подготовить ее анализ в текстовой форме.

Задание 2. Самостоятельно, проработав литературные источники, подготовить и заполнить таблицу «Основные характеристики поступательных и стоячих волн с глубиной»

Тема «Влияние океана на климат и погодообразующие процессы в атмосфере».

Задание 1. Подготовить в текстовой форме сравнительный анализ данных карты «Тепло, получаемое или теряемое поверхностью океана в связи с действием морских течений» (по вариантам: Атлантический – Тихий, Тихий – Индийский, Атлантический – Индийский, Северный Ледовитый – Индийский).

Задание 2. Подготовить и защитить реферат на одну из следующих тем:

1) «Мелкомасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,

2) «Мезомасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,

3) «Крупномасштабное взаимодействие океана и атмосферы»,

4) «Система «Эль-Ниньо – Южное колебание» как проявление междугодичной изменчивости системы «океан – атмосфера»,

5) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение альбедо поверхности суши»,

6) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение концентрации атмосферного СО2»,

7) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение соотношения площадей океана и суши»,

8) «Реакция системы «океан-атмосфера» на изменение растительного покрова»,

9) «Теплообмен в системе «океан – атмосфера»,

10) «Влагообмен в системе «океан – атмосфера».

ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ УВО

Название учебной дисциплины, с которой требуется согласование	Название кафедры	Предложения об изменениях в содержании учебной программы учреждения высшего образования по учебной дисциплине	Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола)
1. Геофизика	Общего землеведения и гидрометеорологии	Нет	Изменений не требуется Протокол №7 от 01.01.2001 г.
2. Гидрология	Общего землеведения и гидрометеорологии	нет	Изменений не требуется Протокол №7 от 01.01.2001 г.
3. Метеорология и климатология	Общего землеведения и гидрометеорологии	нет	Изменений не требуется Протокол №7 от 01.01.2001 г.
4. Синоптическая метеорология	Общего землеведения и гидрометеорологии	нет	Изменений не требуется Протокол №7 от 01.01.2001 г.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ УВО

на _____/_____ учебный год

№ п/п	Дополнения и изменения	Основание

Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

общего землеведения и гидрометеорологии БГУ

(протокол №         от                                        )

Заведующий кафедрой

д. г.н., профессор_  ____________________  _______

(степень, звание)                (подпись)         ()

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета

д. г.н., доцент_  ________________________  ___

(степень, звание)                (подпись)         ()