Wyższa Szkoła Przedsiębiorczości i Rozwoju Regionalnego

Sylabus przedmiotu:
Meteorologia i Klimatologia
Prowadzący przedmiot: dr inż. Izabela Lubbe, prof. WSPiRR
Kontakt dla studentów: e-mail: i.lubbe@imuz.edu.pl
Nazwa przedmiotu: Meteorologia i klimatologia
Forma zajęć: wykłady, ćwiczenia
Opis przedmiotu:

Przedmiot zaliczany jest do przedmiotów kierunkowych na kierunku: ochrona środowiska.
Realizowany jest w 2 semestrze studiów (I rok) w wymiarze:

  • godziny zajęć obliczeniowe (45'): wykłady - 20 godz.; ćwiczenia - 20 godz.
  • godziny zajęć realizowane (50'): wykłady - 18 godz.; ćwiczenia - 18 godz.
ECTS: 8 pkt.

W ramach przedmiotu studenci otrzymują wiedzę związaną z przebiegiem podstawowych procesów i zjawisk fizycznych zachodzących w atmosferze ziemskiej. Poznają pojęcia związane z atmosferą ziemską i jej antropogenicznymi zmianami. W tej części zajęć omawiane są również zanieczyszczenia atmosfery, rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń drogą atmosferyczną, samooczyszczanie atmosfery. Szczególną uwagę przywiązuje się do zrozumienia przez studentów przebiegu podstawowych procesów klimatotwórczych: obiegu ciepła, obiegu wody i ogólnej cyrkulacji atmosferycznej. Omawiane są również geograficzne czynniki klimatotwórcze, klimaty różnych stref Ziemi oraz zmiany klimatu. Studenci poznają elementy opisu pogody i zagadnienia związane z meteorologią synoptyczną. Dowiadują się również, w jaki sposób można wykorzystywać wiedzę o klimacie (klimatologia stosowana).

Podczas ćwiczeń studenci poznają metody zbierania informacji o pogodzie i klimacie, otrzymują wiedzę dotyczącą: budowy, zasady działania i obsługi przyrządów pomiarowych oraz sposobów wykonywania pomiarów i metod opracowywania wyników obserwacji: wyznaczania podstawowych charakterystyk meteorologicznych, klimatologicznych. Studenci samodzielnie opracowują klimatologicznie, z wykorzystaniem metod obliczeniowych, statystycznych i graficznych, dane źródłowe dla swojej (przydzielonej) stacji.
Cel zajęć : Głównym celem zajęć jest nabycie umiejętności obserwowania otaczającej atmosfery, w tym: interpretacji zjawisk i procesów w niej zachodzących oraz identyfikacji zagrożeń dla stanu atmosfery, a następnie odpowiedniego posługiwania się wynikami tych obserwacji. Studenci nabywają szereg innych umiejętności, takich jak: posługiwanie się podstawowymi technikami pomiarowymi; dokonywanie oceny wiarygodności i przydatności danych; wykorzystywanie materiałów źródłowych: meteorologicznych, klimatologicznych oraz kompetentne ich opracowywanie; dokonywanie oceny systemu ochrony atmosfery.
Warunki zaliczenia:

Przedmiot zakończony jest egzaminem. Egzamin jest przeprowadzany dwustopniowo:
I stopień - egzamin pisemny - zaliczenie przedmiotu na ocenę dostateczną;
II stopień - egzamin ustny, zaliczenie na ocenę wyższą niż dostateczna.

Przed przystąpieniem do egzaminu wymagane jest uzyskanie zaliczenia ćwiczeń.
Podstawę zaliczenia ćwiczeń stanowi wykonanie i przekazanie syntetycznego opracowania klimatologicznego zawierającego opracowania cząstkowe (obliczeniowe, graficzne) realizowane podczas poszczególnych zajęć. Opracowania te wykonywane są na podstawie danych źródłowych (każdy student opracowuje dane źródłowe pochodzące z innej stacji meteorologicznej). Ocena końcowa uwzględnia również sprawdzian z zakresu wiedzy obowiązującej na ćwiczeniach, aktywność studenta podczas zajęć, obecność.
Tematy zajęć:
  1. Meteorologia i klimatologia: podstawowe pojęcia. Atmosfera ziemska: skład powietrza atmosferycznego, pionowa budowa atmosfery

    Zarys historii meteorologii i klimatologii. Atmosfera ziemska. Ewolucja atmosfery. Budowa atmosfery ziemskiej: troposfera, tropopauza, stratosfera, stratopauza, mezosfera, mezopauza, termosfera. Powietrze atmosferyczne: składniki i domieszki powietrza atmosferycznego; Pogoda, klimat, meteorologia, klimatologia (definicje i wyjaśnienia). Podział meteorologii i klimatologii. Praktyczne znaczenie meteorologii i klimatologii. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Zbieranie informacji o pogodzie i klimacie. Służba pogody: organizacja sieci pomiarowej. Porównywalność wyników. Automatyzacja pomiarów. Obserwacje radarowe, satelitarne. (2 godz.)
  2.  Dynamika atmosfery. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego. Samooczyszczanie atmosfery. Antropogeniczne zmiany atmosfery.

    Dynamika atmosfery. Podstawowe ruchy powietrza; adwekcja, konwekcja, turbulencja. Pionowe zmiany temperatury powietrza w troposferze. Dynamika atmosfery: stany równowagi atmosfery: stały, chwiejny, obojętny. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego; naturalne i antropogeniczne źródła zanieczyszczeń; rozprzestrzenienie zanieczyszczeń drogą atmosferyczną. Antropogeniczne zmiany atmosfery: wzrost efektu cieplarnianego: efekt cieplarniany, gazy cieplarniane; zmiany zawartości ozonu w atmosferze: ubytek w stratosferze: zanik warstwy ozonowej (dziura ozonowa), nadmiar
    w troposferze: smog letni (fotochemiczny); smog zimowy (kwaśny); kwaśne deszcze. Samooczyszczanie atmosfery; pomoc w samooczyszczaniu atmosfery. Systemy ochrony atmosfery. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Wybrane metody opracowywania danych klimatologicznych. Materiały źródłowe. Sposoby zestawiania materiałów źródłowych; szeregi szczegółowe: chronologiczne, uporządkowane (rosnące i malejące), rozdzielcze. Jednorodność szeregów obserwacyjnych. Sprawdzanie jednorodności szeregów obserwacyjnych: metody obliczeniowe: analizy szeregu, stałości różnic, stałości stosunków, metoda graficzna. Przywracanie jednorodności szeregom obserwacyjnym: metody: stałości różnic, stałości stosunków, graficzna. (2 godz.)
  3. Proces klimatotwórczy: Obieg ciepła: Promieniowanie. bilans energetyczny układu Ziemia
    -atmosfera.

    Promieniowanie słoneczne: cechy fizyczne promieniowania: długość fali, natężenie promieniowania. Stała słoneczna; ekstynkcja promieniowania słonecznego; promieniowanie całkowite: promieniowanie bezpośrednie, promieniowanie rozproszone. Albedo. Bilans promieniowania krótkofalowego. Bilans promieniowania długofalowego - promieniowanie efektywne. Bilans energetyczny układu Ziemia-atmosfera: całkowity bilans promieniowania. Usłonecznienie: możliwe, rzeczywiste, względne. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Pomiar promieniowania i usłonecznienia. Ćwiczenia obliczeniowe: osłabienie bezpośredniego promieniowania słonecznego: wzór Bourguera; natężenie promieniowania słonecznego dochodzącego do płaszczyzny poziomej. Kąty padania promieni słonecznych. Energia słoneczna jako źródło energii odnawialnej. (2 godz.)
  4.  Proces klimatotwórczy : Obieg ciepła: Ciepło i temperatura, bilans cieplny

    Obieg ciepła jako proces klimatotwórczy. Definicje: ciepło, temperatura; ciepło, temperatura odczuwalna; bilans cieplny i jego składniki: całkowity bilans promieniowania, wymiana ciepła między powierzchnią a podłożem (przewodnictwo cieplne, pojemność cieplna), wymiana ciepła między powierzchnią a atmosferą; wymiana ciepła na drodze przemian fazowych wody: ciepło utajone; parowania, topnienia, sublimacji, kondensacji, zamarzania, resublimacji. Bilans cieplny Ziemi. Rozkład przestrzenny temperatury powietrza; amplituda dobowa, amplituda roczna, typy rocznego przebiegu temperatury powietrza.

    Ćwiczenia: Pomiar temperatury. Charakterystyki klimatologiczne. Opracowanie klimatologiczne materiałów źródłowych: graficzne wyznaczanie termicznych pór roku dla przydzielonych stacji, histogramy - wykresy częstości. (2 godz.)
  5. Proces klimatotwórczy: Obieg wody: Para wodna w atmosferze: parowanie, wilgotność powietrza.

    Obieg wody jako proces klimatotwórczy. Parowanie. Warunki niezbędne do zapoczątkowania procesu parowania. Ciepło utajone: parowania, sublimacji. Parowanie z wolnej powierzchni wodnej; czynniki pierwotne parowania z wolnej powierzchni wodnej; czynniki wtórne parowania z wolnej powierzchni wody. Parowanie terenowe (ewaporacja, transpiracja, intercepcja, sublimacja); czynniki pierwotne parowania terenowego; czynniki wtórne parowania terenowego; parowanie możliwe (potencjalne); ewapotranspiracja łanu (wskaźnikowa, potencjalna, rzeczywista). Wskaźniki charakteryzujące wilgotność powietrza (wyjaśnienia i definicje): aktualna prężność pary wodnej, maksymalna prężność pary wodnej, niedosyt wilgotności powietrza, wilgotność względna, temperatura punktu rosy; dobowy i roczny przebieg wilgotności powietrza. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Metody pośrednie i bezpośrednie oceny wielkości parowania z wolnej powierzchni wodnej. Metody pomiaru parowania terenowego. Charakterystyki klimatologiczne. Pomiar wilgotności powietrza. Charakterystyki klimatologiczne. O pracowanie klimatologiczne materiałów źródłowych: ćwiczenia obliczeniowe: wyznaczanie p odstawowych wskaźników statystycznych: miar dyspersji: amplitudy, odchylenia przeciętnego, odchylenia standardowego, współczynnika korelacji. Interpretacja wyników. (2 godz.)
  6. Proces klimatotwórczy : Obieg wody: Kondensacja pary wodnej w atmosferze. Osady atmosferyczne. Mgły. Chmury. Opady. Bilans wodny.

    Proces kondensacji - warunki niezbędne do zapoczątkowania procesu. Jądra kondensacji. Ciepło utajone: kondensacji, resublimacji. Osady atmosferyczne: rosa, rosa biała, szron, sadź miękka, sadź twarda, gołoledź; różnice między szronem a szadzią. Mgły: radiacyjne, adwekcyjne, orograficzne, frontowe, smog. Zamglenie. Chmury: budowa chmur: chmury wodne, lodowe, mieszane; podział troposfery na piętra; rodziny chmur: wysokie, średnie, niskie, o budowie pionowej. Rodzaje chmur. Powstawanie chmur: chmury powstałe w wyniku ruchów wślizgowych powietrza (Ci, Cs, As, Ns) - chmury frontowe, chmury związane z ruchami falowymi powietrza w troposferze (Cc, Ac, Sc) - chmury falowe, orograficzne chmury powstałe w wyniku konwekcji termicznej i dynamicznej (Cu, Cb) - chmury konwekcyjne, chmury powstałe w wyniku nieadiabatycznego ochładzania się powietrza (St). Opady atmosferyczne. Procesy koalescencji i krystalizacji, podstawowe rodzaje opadów atmosferycznych: mżawka, deszcz, śnieg, krupy śnieżne, grad; podział opadów ze względu na natężenie: ciągłe, z przerwami, przelotne, roszące, orograficzne, ulewne. Obieg wody w przyrodzie; klimatyczny bilans wodny. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Pomiar wielkości i natężenia opadów. Charakterystyki klimatologiczne. Sztuczne wywoływanie opadów; rozkład opadów na kuli ziemskiej; typy rocznego przebiegu opadów. S tan powierzchni gruntu. Pokrywa śnieżna. Charakterystyki klimatologiczne. Opracowanie klimatologiczne materiałów źródłowych: ćwiczenia obliczeniowe: współczynniki hydrotermiczne Sielianinowa, ćwiczenia z wykorzystaniem metod graficznych: klimatogram Waltera i Lietha, interpretacja wyników. Ćwiczenia terenowe: praktyczne rozpoznawanie rodzajów chmur, określanie zachmurzenia. (2 godz.)
  7.  Proces klimatotwórczy : Ogólna cyrkulacja atmosferyczna. Wiatr.

    Cyrkulacja atmosfery. Ogólna cyrkulacja atmosfery jako proces klimatotwórczy. Masy powietrza. Obszary źródłowe mas powietrza. Klasyfikacja geograficzna mas powietrza: kształtowanie się mas powietrza (powietrze arktyczne, polarne, zwrotnikowe, równikowe). Wiatr. Ciśnienie atmosferyczne. Izobary. Podstawowe układy baryczne: wyż baryczny (antycyklon), niż baryczny (cyklon). Siły warunkujące wiatr: siła gradientu ciśnienia, siła Coriolisa, siła odśrodkowa, siła tarcia. Baryczne prawo Buys-Ballota. Rodzaje wiatrów: pasaty, monsuny, wiatry układów barycznych, wiatry lokalne (bryza, fen, wiatr dolinny i górski, wiatr bora). Zakłócenia ogólnej cyrkulacji atmosferycznej: cyklon tropikalny, tornado, trąba powietrzna, burza. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Pomiar ciśnienia atmosferycznego. Gradient baryczny, stopień baryczny, tendencja baryczna. Pomiar kierunku i prędkości wiatru. Skala Beauforta. Charakterystyki klimatologiczne. Opracowanie klimatologiczne materiałów źródłowych metodą graficzną: róża wiatrów, rozwinięta róża wiatrów. Wiatr jako źródło energii odnawialnej. (2 godz.)
  8. Wiadomości o pogodzie. Meteorologia synoptyczna. Klimatologia stosowana. Klimat różnych stref Ziemi. Klimat Polski.

    Obiekty meteorologiczne: masy powietrza, fronty atmosferyczne, układy ciśnień (baryczne). Klasyfikacja termiczna mas powietrza: powietrze ciepłe, chłodne. Fronty atmosferyczne. Podział frontów atmosferycznych: fronty klimatyczne główne (arktyczny, polarny, równikowy); fronty klimatyczne wtórne. Klasyfikacja termodynamiczna frontów atmosferycznych: fronty ciepłe, chłodne, zokludowane, stacjonarne. Układy ciśnień (baryczne): wyż baryczny, niż baryczny, klin wysokiego ciśnienia, zatoka niskiego ciśnienia, siodło baryczne. Meteorologia synoptyczna. Podstawy prognozy pogody: mapa synoptyczna, analiza synoptyczna, lokalne prognostyki pogody. wykorzystanie wiedzy o klimacie: klimatologia stosowana: agroklimatologia, bioklimatologia itd. Strefowość klimatów świata; podział świata na strefy klimatyczne. Klimat Polski.. Przejściowość, zmienność, kontrastowość klimatu Polski. Regionalizacja klimatyczna wg Okołowicza. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Zjawiska atmosferyczne: hydrometeory, litometeory, fotometeory , elektrometeory ; widzialność pozioma. Syntetyczne opracowanie klimatologiczne: charakterystyka warunków klimatycznych wybranego (przydzielonego) rejonu. (2 godz.)
  9. Geograficzne czynniki klimatotwórcze. Zmiany klimatu.

    Klimatotwórcze czynniki geograficzne: szerokość geograficzna, wysokość nad poziom morza, rzeźba terenu, rodzaj podłoża, prądy morskie, pokrycie terenu, działalność człowieka. Czynniki geograficzne kształtujące klimat Polski. Zmiany klimatu; naturalne przyczyny zmian klimatu: tektoniczne, astronomiczne, astrofizyczne, geofizyczne, sejsmiczne; antropogeniczne przyczyny zmiany klimatu. (2 godz.)

    Ćwiczenia: Syntetyczne opracowanie klimatologiczne: charakterystyka warunków klimatycznych wybranego (przydzielonego) rejonu. c.d.Zaliczanie ćwiczeń. (2 godz.).
Spis literatury podstawowej:
  • Bac S., Rojek M: Meteorologia i klimatologia w inżynierii środowiska. Wydawnictwo AR Wrocław. 1999
  • Kossowska-Cezak U., Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M.: Meteorologia
    i klimatologia: Pomiary, obserwacje, opracowania
    . PWN. 2000
Spis literatury uzupełniającej
  • Bac S., Koźmiński C., Rojek M.: Agrometeorologia. PWN. 1998
  • Kossowska - Cezak U.: Wstęp do meteorologii i klimatologii. Wydawnictwo UW. 2000
  • Kędziora A.: Podstawy agrometeorologii. PWRiL. 1999
  • Kożuchowski K., Wibig J., Degirmendzić J.: Meteorologia i klimatologia. PWN. 2005
  • Łykowski B.: Podstawy klimatologii stosowanej. Wydawnictwo SGGW. 1999
  • Łykowski B., Madany R.: Materiały do ćwiczeń z agrometeorologii. Wydawnictwo SGGW. 1986
  • Martyn D.: Klimaty kuli ziemskiej. PWN. 2000
  • Radomski Cz.: Agrometeorologia. PWN. 1977
  • Rojek M., Żyromski A.: Agrometeorologia i klimatologia. Wydawnictwo AR Wrocław. 1997
  • Woś A.: Meteorologia dla geografów. PWN. 2002
  • Woś A.: ABC meteorologii. PWN.2004