Nazwa modułu: Fizyka atmosfery z meteorologią i klimatologią Rok akademicki: 2016/2017 Kod: DIS-1-402-s Punkty ECTS: 2 Wydział: Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Kierunek: Inżynieria Środowiska Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 4 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Bogacki Marek (bogacki@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Bogacki Marek (bogacki@agh.edu.pl) dr hab. inż, prof. AGH Panek Ewa (epanek@agh.edu.pl) mgr Wolski Krzysztof (kwolski@agh.edu.pl) Krótka charakterystyka modułu Moduł przygotowuje do zrozumienia podstawowych zjawisk i procesów zachodzących w atmosferze i klimacie Ziemi, korzystania z danych i prognoz meteorologicznych i projektowania stacji meteorologicznych. Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 ma szczegółową wiedzę z zakresu budowy atmosfery, umożliwiającą rozumienie zjawisk fizykochemicznych zachodzących w poszczególnych jej warstwach, IS1A_W03 M_W002 zna podstawowe pojęcia, prawa, definicje związane z promieniowaniem słonecznym oraz wymianą energii pomiędzy atmosferą a litosferą, hydrosferą i biosferą M_W003 ma pogłębioną wiedzę z zakresu termodynamiki atmosfery, ze szczególnym uwzględnieniem parametrów wpływających na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w przyziemnej warstwie atmosfery, IS1A_W22 1 / 9
M_W004 ma szczegółową wiedzę z zakresu dynamiki atmosfery oraz praw związanych z ruchem mas powietrza w atmosferze IS1A_W05, M_W005 ma podbudowaną teoretycznie, szczegółową wiedzę z zakresu podstawowych elementów pogody, umożliwiającą rozumienie zjawisk meteorologicznych jak również zna podstawowe czynniki pogodotwórcze i rozumie ich wpływ na kształtowanie się klimatu IS1A_W05, IS1A_W07, M_W006 zna podstawowe symbole stosowane na mapie synoptycznej IS1A_W10, M_W007 posiada pogłębioną wiedzę w zakresie typów klimatów i ich charakterystycznych cech oraz wpływu czynników antropogenicznych na klimat IS1A_W05, M_W008 rozumie zjawisko kondensacji pary wodnej w atmosferze oraz czynniki które go determinują; zna międzynarodową klasyfikację chmur i ich podział ze względu na budowę i genezę M_W009 zna zasady lokalizowania stacji meteorologicznych, jej wyposażenia oraz metodykę pomiarów zgodną z instrukcją Światowej Organizacji Meteorologicznej, IS1A_W17 M_W010 ma ogólna wiedzę z zakresu technologii tworzenia prognoz meteorologicznych oraz podstawowych źródeł pozyskiwania informacji niezbędnych do ich tworzenia Umiejętności M_U001 umie powiązać zjawiska fizykochemiczne zachodzące w atmosferze z poszczególnymi warstwami atmosfery IS1A_U01, IS1A_U14, Aktywność na zajęciach M_U002 potrafi poprawnie czytać mapy synoptyczne i ocenić na ich podstawie aktualną sytuację meteorologiczną wraz z przewidywanym kierunkiem jej zmiany w krótkim przedziale czasowym Studium przypadków, Udział w dyskusji, Aktywność na zajęciach M_U003 umie powiązać zmiany klimatu z konkretnymi zagrożeniami antropogenicznymi, Udział w dyskusji M_U004 umie ocenić wpływ lokalnych czynników pogodotwórczych na kształtowanie się typu pogody oraz klimatu na danym terenie IS1A_U04 Udział w dyskusji, Aktywność na zajęciach M_U005 potrafi rozpoznać i opisać podstawowe zjawiska meteorologiczne IS1A_U04 Udział w dyskusji, Aktywność na zajęciach M_U006 potrafi rozpoznać rodzaje chmur oraz zakwalifikować je zgodnie z międzynarodową klasyfikacją chmur jak również umie na podstawie wybranych gatunków chmur prognozować krótkoterminowe zmiany pogody, w tym na podstawie rozpoznanych chmur ocenić możliwość wystąpienia opadów i innych zjawisk atmosferycznych IS1A_U04, Studium przypadków, Aktywność na zajęciach M_U007 potrafi w oparciu o pozyskane z danego obszaru szeregi czasowe wybranych parametrów meteorologicznych formułować wnioski w zakresie ich krótko i długoterminowej zmienności IS1A_U04 Studium przypadków, Udział w dyskusji, Aktywność na zajęciach 2 / 9
M_U008 umie zaprojektować podstawową stację meteorologiczną, spełniającą wymogi Światowej Organizacji Meteorologicznej IS1A_U27, IS1A_U12 Projekt Kompetencje społeczne M_K001 ma świadomość ważności i rozumie wpływ oraz skutki działalności człowieka na środowisko naturalne oraz zmiany klimatu jak również związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje; wykazuje postawę proekologiczną Udział w dyskusji Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um Zajęcia seminaryjne Zajęcia praktyczne Zajęcia terenowe Zajęcia warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 M_W004 ma szczegółową wiedzę z zakresu budowy atmosfery, umożliwiającą rozumienie zjawisk fizykochemicznych zachodzących w poszczególnych jej warstwach zna podstawowe pojęcia, prawa, definicje związane z promieniowaniem słonecznym oraz wymianą energii pomiędzy atmosferą a litosferą, hydrosferą i biosferą ma pogłębioną wiedzę z zakresu termodynamiki atmosfery, ze szczególnym uwzględnieniem parametrów wpływających na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w przyziemnej warstwie atmosfery ma szczegółową wiedzę z zakresu dynamiki atmosfery oraz praw związanych z ruchem mas powietrza w atmosferze 3 / 9
M_W005 M_W006 M_W007 M_W008 M_W009 M_W010 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 ma podbudowaną teoretycznie, szczegółową wiedzę z zakresu podstawowych elementów pogody, umożliwiającą rozumienie zjawisk meteorologicznych jak również zna podstawowe czynniki pogodotwórcze i rozumie ich wpływ na kształtowanie się klimatu zna podstawowe symbole stosowane na mapie synoptycznej posiada pogłębioną wiedzę w zakresie typów klimatów i ich charakterystycznych cech oraz wpływu czynników antropogenicznych na klimat rozumie zjawisko kondensacji pary wodnej w atmosferze oraz czynniki które go determinują; zna międzynarodową klasyfikację chmur i ich podział ze względu na budowę i genezę zna zasady lokalizowania stacji meteorologicznych, jej wyposażenia oraz metodykę pomiarów zgodną z instrukcją Światowej Organizacji Meteorologicznej ma ogólna wiedzę z zakresu technologii tworzenia prognoz meteorologicznych oraz podstawowych źródeł pozyskiwania informacji niezbędnych do ich tworzenia umie powiązać zjawiska fizykochemiczne zachodzące w atmosferze z poszczególnymi warstwami atmosfery potrafi poprawnie czytać mapy synoptyczne i ocenić na ich podstawie aktualną sytuację meteorologiczną wraz z przewidywanym kierunkiem jej zmiany w krótkim przedziale czasowym umie powiązać zmiany klimatu z konkretnymi zagrożeniami antropogenicznymi - - - - - - - - - - - 4 / 9
M_U004 M_U005 M_U006 M_U007 M_U008 umie ocenić wpływ lokalnych czynników pogodotwórczych na kształtowanie się typu pogody oraz klimatu na danym terenie potrafi rozpoznać i opisać podstawowe zjawiska meteorologiczne potrafi rozpoznać rodzaje chmur oraz zakwalifikować je zgodnie z międzynarodową klasyfikacją chmur jak również umie na podstawie wybranych gatunków chmur prognozować krótkoterminowe zmiany pogody, w tym na podstawie rozpoznanych chmur ocenić możliwość wystąpienia opadów i innych zjawisk atmosferycznych potrafi w oparciu o pozyskane z danego obszaru szeregi czasowe wybranych parametrów meteorologicznych formułować wnioski w zakresie ich krótko i długoterminowej zmienności umie zaprojektować podstawową stację meteorologiczną, spełniającą wymogi Światowej Organizacji Meteorologicznej Kompetencje społeczne M_K001 ma świadomość ważności i rozumie wpływ oraz skutki działalności człowieka na środowisko naturalne oraz zmiany klimatu jak również związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje; wykazuje postawę proekologiczną + - - - - - - - + - - Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Budowa atmosfery. Skład chemiczny atmosfery, pionowa struktura atmosfery. Charakterystyka: troposfery, stratosfery, mezosfery, termosfery i egzosfery wraz z ich warstwami przejściowymi. Przyziemna warstwa atmosfery. Ozonosfera. Energetyka atmosfery. Promieniowanie, prawa opisujące promieniowanie cieplne, promieniowanie słoneczne, promieniowanie słoneczne w atmosferze ziemskiej (absorpcja promieniowania, 5 / 9
rozpraszanie promieniowania słonecznego, odbicie promieniowania słonecznego), promieniowanie słoneczne przy powierzchni Ziemi (promieniowanie bezpośrednie, promieniowanie rozproszone, promieniowanie całkowite, promieniowanie pochłonięte, promieniowanie powierzchni Ziemi, promieniowanie zwrotne, promieniowanie efektywne, promieniowanie uchodzące), bilans promieniowania. Ciepło, procesy cieplne na powierzchni Ziemi, rozchodzenie się ciepła w atmosferze, bilans cieplny powierzchni Ziemi. Termodynamika atmosfery i równowaga pionowa. Pionowy rozkład ciśnienia, procesy adiabatyczne, procesy suchoadiabatyczne, procesy wilgotno-adiabatyczne, temperatura potencjalna, pionowy gradient temperatury, inwersja temperatury, rodzaje smug kominowych, stany równowagi atmosfery. Parametry meteorologiczne wpływające na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w atmosferze. Dynamika atmosfery. Ciśnienie atmosferyczne, wiatr, pionowe ruchy w atmosferze, turbulencja w atmosferze, równanie ruchu. Elementy pogody. Temperatura powietrza, opady (opady pionowe, mgły, opady poziome osady atmosferyczne), zachmurzenie i rodzaje chmur (międzynarodowa klasyfikacja chmur), wilgotność powietrza, ciśnienie atmosferyczne, wiatr (prędkość, kierunek, rodzaje wiatru, globalna cyrkulacja atmosfe-ryczna, masy powietrza, fronty atmosferyczne), insolacja, inne zjawiska atmosferyczne (burza, halo). Czynniki i procesy pogodotwórcze i klimatotwórcze. Czynniki: geograficzne, meteorologiczne i antropogeniczne. Czynniki geograficzne (niemeteorologiczne, bierne): szerokość geograficzna wysokość nad poziomem morza, ukształtowanie powierzchni rzeźba terenu, rozmieszczenie lądów i oceanów, prądy morskie, pokrycie terenu, pokrywa śnieżna i lodowa. Czynniki meteorologiczne (czynne) radiacyjne: usłonecznienie, bilans cieplny. Czynniki meteorologiczne (czynne) cyrkulacyjne: główne rodzaje mas powietrza, układy baryczne, kierunek napływu powietrza, kierunek i prędkość wiatru, fronty atmosferyczne, główne sytuacje synoptyczne. Czynniki antropogeniczne: zmiany pokrycia terenu, zanieczyszczenie atmosfery. Procesy klimatotwórcze: cyrkulacja atmosferyczna, obieg wody, obieg ciepła. Mapy synoptyczne. Elementy mapy i symbole. Prognoza pogody. Służby meteorologiczne i ich organizacja. Podstawy klimatologii. Klasyfikacja klimatów: makroklimat, mezoklimat, mikroklimat, klimat lokalny, topoklimat. Strefy klimatyczne Ziemi: okołobiegunowa: subpolarna (podbiegunowa) i polarna (biegunowa) arktyczna, antarktyczna, umiarkowana (chłodna: subarktyczna subantarktyczna i ciepła),podzwrotnikowa, zwrotnikowa, równikowa.podstawowe typy klimatów (górski, morski, kontynentalny, śródziemnomorski, monsunowy, stepowy, pustynny).regiony i dzielnice klimatyczne Polski. Klimat Krakowa. Zmiany klimatu. Ewolucja atmosfery. Efekt cieplarniany. Dziura ozonowa. Klimat miasta. Albedo. El Nino. Zajęcia warsztatowe 6 / 9
Analiza czynników pogodotwórczych. Dyskusja na temat czynników kształtujących pogodę i ich wpływ na życie człowieka oraz gospodarkę. Analiza czynników: geograficznych, meteorologicznych i antropogenicznych. Rozpoznawanie produktów kondensacji pary wodnej w atmosferze. Definicje wilgotności powietrza, prężność pary wodnej, przyrządy pomiarowe do pomiaru wilgotności powietrza, zjawisko kondensacji, chmury, mgły, opady i osady atmosferyczne. Klasyfikowanie chmur zgodnie z wytycznymi Światowej Organizacji Meteorologicznej. Klasyfikacja chmur ze względu na ich budowę i genezę. Międzynarodowa klasyfikacja chmur. Charakterystyka poszczególnych rodzajów i wybranych gatunków chmur. Rozpoznawanie rodzajów chmur na podstawie zdjęć. Interpretacja szeregów czasowych parametrów meteorologicznych. Ocena i interpretacja zmienności parametrów meteorologicznych w funkcji pory roku, pory dnia, wpływu czynników antropogenicznych. Analiza trendów długoterminowych. Projektowanie stacji meteorologicznej. Wprowadzenie do projektu, zdefiniowanie założeń projektowych, wybór lokalizacji stacji, dobór urządzeń i przyrządów pomiarowych, ustalenie harmonogramu pomiarów, sposób akwizycji danych pomiarowych. Czytanie i interpretacja map synoptycznych. Poznanie znaków umownych stosowanych na mapach synoptycznych, lokalizacja obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia, rodzaje frontów atmosferycznych i sposoby ich przedstawiania na mapie synoptycznej, odczytywanie z mapy synoptycznej wartości pod-stawowych parametrów meteorologicznych, próba przewidywania dynamiki krótkoter-minowych zmian sytuacji meteorologicznej. Wycieczka do Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Krakowie. Zapoznanie się z funkcjonowaniem Biura Prognoz, narzędziami informatycznymi wspierającymi prognozowanie pogody, przyrządami i systemami pomiarowymi dostarczającymi podstawowe dane meteorologiczne, technologia tworzenia map synoptycznych. Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa (OK) z przedmiotu liczona jest wg następującego wzoru: OK = 0,4 A + 0,6 W gdzie: A ocena uzyskana z ćwiczeń audytoryjnych W ocena uzyskana z kolokwium zaliczającego wykłady W przypadku braku pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych lub z kolokwium zaliczeniowego z wykładów wystawiana jest ocena końcowa: nie zal. Wymagania wstępne i dodatkowe Wymagania wstępne: Znajomość podstaw fizyki, chemii, mechaniki płynów, termodynamiki technicznej. Wymagania dodatkowe: Obecność na wykładach nie jest obowiązkowa. Dopuszczalna jest jedna nieobecność na ćwiczeniach warsztatowych bez konieczności posiadania usprawiedliwienia. Każda kolejna nieobecność musi być usprawiedliwiona (zwolnienie lekarskie). Sposób wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach audytoryjnych będzie ustalony indywidualnie z prowadzącym zajęcia. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej z przedmiotu jest uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń 7 / 9
audytoryjnych oraz z kolokwium zaliczającego wykłady. Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń audytoryjnych jest koniec zajęć w danym semestrze. Student ma prawo do poprawkowego zaliczenia ćwiczeń warsztatowych najpóźniej do końca pierwszego tygodnia sesji egzaminacyjnej. W przypadku nie uzyskania zaliczenia z ćwiczeń warsztatowychw tym terminie student otrzymuje ocenę niedostateczną z przedmiotu. Do kolokwium zaliczającego z wykładów może przystąpić student nie posiadający zaliczenia z ćwiczeń warsztatowych. Prowadzący wykłady wraz ze studentami ustalają trzy terminy zaliczenia wykładów. W pierwszym terminie kolokwium zaliczeniowe ma formę testu jednokrotnego wyboru. W drugim i trzecim terminie zaliczanie wykładów odbywa się w formie ustnej lub pisemnej. W przypadku nie uzyskania pozytywnej oceny z kolokwium w żadnym z trzech terminów student otrzymuje ocenę niedostateczną z przedmiotu. Nieobecność studenta w ustalonych terminach zaliczeń/kolokwiów jest równoznaczne z utratą terminu. Wyjątek stanowią udokumentowane sytuacje losowe np. choroba. W takim przypadku student ustala termin zaliczenia ćwiczeń/wykładów indywidualnie z prowadzącym zajęcia. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Andrews J.E., Brimblecombe P., Jickells T.D., Liss P.S.: Wprowadzenie do chemii środowiska. WNT, Warszawa 2000. 2. Boeker E., van Grondelle R.: Fizyka środowiska. PWN, Warszawa 2002. 3. Dworak T.Z.: Fizyka środowiska atmosferycznego. Wyd. AGH. Kraków 1994. 4. Gryboś R., Tomaszek S.: Procesy klimatotwórcze nad terenem uprzemysłowionym. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997. 5. Jasiński J.M., Kroszczyński K., Rymarz C., Winnicki I.: Satelitarne obrazy procesów atmosferycznych kształtujących pogodę. PWN, Warszawa 1999. 6. Kossowska-Cezak U., Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M.: Meteorologia i klimatologia. Pomiary, obserwacje, opracowania. PWN, Warszawa Łódź 2000. 7. Kożuchowski K.: Atmosfera klimat ekoklimat. PWN, Warszawa 1998. 8. Lewińska J.: Klimat miasta. Zasoby, zagrożenia, kształtowanie. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej, Oddział w Krakowie. Kraków 2000. 9. Schönwiese Ch.-D.: Klimat i człowiek. Wyd. Prószyński i S-ka, Warszawa 1997. 10. Woś A.: Klimat Polski. PWN, Warszawa 1999. 11. Woś A.: Meteorologia dla geografów. PWN, Warszawa 1996. 12. Zwoździak J., Zwoździak A., Szczurek A.: Meteorologia w ochronie atmosfery. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998. Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. Bogacki M., Mazur M., Oleniacz R.,: Modelowanie imisji ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery na przykładzie Nowego Sącza. Materiały z III Konferencji nt.: Problemy ochrony powietrza w aglomeracjach miejsko-przemysłowych. Wyd. Politechnika Śląska, Katedra Ochrony Powietrza oraz firma GREG w Gliwicach, Ustroń, wrzesień, 1998, s. 27-36 2. Bogacki M.: Możliwości ograniczenia imisji ozonu troposferycznego teoria i praktyka. Część I. Problemy Ekologii 1998, nr 3, s. 98-101. 3. Bogacki M.: Możliwości ograniczenia imisji ozonu troposferycznego teoria i praktyka. Część II. Problemy Ekologii 1998, nr 5, s. 163-167. 4. Bogacki M., Mazur M., Oleniacz R.: Modelowanie stężenia ozonu w niskiej troposferze na przykładzie Nowego Sącza. Aura 1999, nr 3, 4-6. 5. Bogacki M.: Ocena dokładności wyników prognozowania stężeń ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery. Inżynieria Środowiska 2001, tom 6, zeszyt 1. Wyd. AGH, Kraków, str. 95-110. 6. Bogacki M., Forkel R.: Modelowanie imisji ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery na obszarze Polski. Materiały z IV Konferencji nt.: Problemy ochrony powietrza w aglomeracjach miejskoprzemysłowych. Wyd. Politechnika Śląska, Katedra Ochrony Powietrza, Ustroń, wrzesień, 2001, s. 31-38. 7. Bogacki M., Forkel R.: Modelowanie imisji ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery na obszarze Krakowa. Emisje zagrażające środowisku (red. J.D. Rutkowski, A. Musialik-Piotrowska), str. 7-16. Wyd. PZITS nr 803, Wrocław 2002. 8. Bogacki M., Forkel R.: Prognozowanie stężeń ozonu dla Europy. Problemy ochrony powietrza w aglomeracjach miejsko-przemysłowych. Wyd. Polska Akademia Nauk, Oddział w Łodzi. Komisja Ochrony Środowiska i Gospodarki Komunalnej, Łódź, Gliwice 2003, s. 9-16. 9. Bogacki M., Oleniacz R.: Referencyjna metodyka modelowania poziomów substancji w powietrzu na tle innych modeli obliczeniowych. Inżynieria Środowiska Półrocznik AGH, 2004, tom 9, z. 1, 35-45. Wyd. AGH, Kraków 2004. 10. Oleniacz R., Bogacki M.: Porównanie poprzedniej i aktualnej metodyki modelowania 8 / 9
rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w powietrzu opartej na modelu smugi Gaussa. Inżynieria Środowiska Półrocznik AGH, 2004, tom 9, z. 1, 57-69. Wyd. AGH, Kraków 2004. 11. Oleniacz R., Bogacki M., Rzeszutek M., Kot A.: Meteorologiczne determinanty jakości powietrza w Krakowie (Meteorological factors affecting air quality in Krakow) [W:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce, T. 2, pod red. Jana Konieczyńskiego, Zabrze: Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, 2014, ISBN: 978-83-60877-17-3, s. 163 178. Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w zajęciach warsztatowych Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Wykonanie projektu Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 15 godz 14 godz 2 godz 15 godz 10 godz 3 godz 59 godz 2 ECTS 9 / 9