Preskoči na glavno vsebino

Dinamična meteorologija I

2020/2021
Program:
Univerzitetni študijski program 1. stopnje Fizika
Smer:
Meteorologija
Letnik:
3 letnik
Semester:
prvi ali drugi
Vrsta:
obvezni
ECTS:
8
Nosilec predmeta:
Izvajalec (kontaktna oseba):

viš. pred. PhD Khalil Karami

Ure na teden – 1. ali 2. semester:
Predavanja
4
Seminar
0
Vaje
2
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Vpis v 3. letnik.

Opravljen izpit iz predmeta Osnove meteorologije iz 2. letnika

Opravljen izpit iz vaj in seminar kot pogoj za pristop k ustnemu izpitu iz teorije.

Vsebina

Ohranitveni zakoni: Gibalne enačbe v sfernem koordinatnem sistemu. Ohranitev mase. Ohranitev energije. Poenostavitev gibalnih enačb s pomočjo velikostne analize. Velikostna analiza termodinamične enačbe. Adiabatni procesi, statična stabilnost, potencialna temperatura. Primerjava osnovnih enačb v sistemih (x,y,z) in (x,y,p).

Dinamika toka na velikih skalah: Ravnovesja in ravnovesni vetrovi. Diagnoza vertikalne hitrosti. Tendenca tlaka pri tleh. Termalni veter. Sinoptične vremenske karte. Klasična teorija polarne fronte. Barotropna in baroklina atmosfera. Cirkulacija. Kelvinov cirkulacijski teorem. Bjerknesov cirkulacijski teorem.

Vrtinčnost. Enačba vrtinčnosti v sistemih (x,y,z) in (x,y,p). Velikostna analiza enačbe vrtinčnosti. Poenostavitev enačbe vrtinčnosti za sinoptične skale. Ohranitev absolutne vrtinčnosti. Potencialna vrtinčnost. Sinoptična gibanja in povprečni tok v zmernih širinah.

Perturbacijska metoda reševanja enačb Navier-Stokes: Lastnosti sinoptičnih valov in njihov matematični opis s pomočjo metode linearnih perturbacij. Helmholtzov teorem.

Kinematika toka na sinoptičnih skalah. Približki ravnin f in beta. Rossbyjevi valovi in vrtinčnost.

Fazna in grupna hitrost Rossbyjevih

valov. Uporaba teorije pri analizi vremenskih kart.

Kvazi-geostrofska teorija: Kvazi-geostrofski približki. Enačba kvazi-geostrofske vrtinčnosti. Kvazi-geostrofsko napovedovanje. Prognoza polja geopotenciala. Kvazi-geostrofska enačba omega. Ageostrofski veter. Hidrodinamična nestabilnost. Barotropna in baroklina nestabilnost. Dvoslojni model barokline nestabilnosti. Pogoji za razvoj barokline nestabilnosti v dvoslojnem modelu. Vertikalna gibanja v dvoslojnem modelu. Osnovni model razvoja baroklinih perturbacij v zmernih širinah. Energetika baroklinih valov. Sutcliffov model baroklinega razvoja. Eadyjev model baroklinega razvoja.

Temeljni literatura in viri

J.E. Martin: Mid-Latitude Atmospheric Dynamics. J. Wiley & Sons, Ltd.
J.R. Holton: An introduction to dynamic meteorology. Academic Press.
H.B. Bluestein: Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes, Volumes I,II. Oxford University Press.

Cilji in kompetence

Sistematična vpeljava Navier-Stokesovih enačb in njihova uporaba na sinoptičnih skalah.

Osnovne analitične rešitve za opis stacionarnih in spreminjajočih se gibanj na velikih skalah v zmernih širinah. Uporaba kvazi-geostrofske

teorije za reševanje in analizo razvoja

baroklinih perturbacij. Analiza vremenskih kart in pojavov v zmernih širinah.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje: Poznavanje ohranitvenih zakonov, ki veljajo za atmosfero. Razumevanje procesov na različnih skalah in metod za poenostavitev enačb. Razumevanje procesa barokline nestabilnosti, uporabe

valovnih rešitev. Razumevanje razlik med analitičnimi rešitvami in celotnim problemom, predstavljenim z dejanskim stanjem ozračja.

Uporaba: Študentje se naučijo prepoznati, definirati in reševati probleme s področja

atmosferske dinamike na sinoptičnih skalah in povezovati analitične rešitve s dejanskim stanjem ozračja na sinoptičnih kartah.

Refleksija: Predmet prinaša sistematično razumevanje dinamike procesov v ozračju na sinoptičnih skalah. Študenti se navadijo prepoznati in analizirati vremenske karte s uporabo fizikalnih zakonov.

Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet: Velikostna analiza. Metoda linearnih perturbacij in analitično reševanje sistemov nelineranih parcialnih diferencialnih enačb.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, seminarji in diskusije s pomočjo trenutnih sinoptičnih kart iz operativne

meteorološke službe, vaje, domače naloge in konzultacije.

Načini ocenjevanja

2 kolokvija namesto izpita iz vaj, izpit iz vaj
predstavitev seminarja, ustni izpit iz teorije
Ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno) (po Statutu UL).

Reference nosilca

Žagar, N., M. Žagar, J. Cedilnik. G. Gregoric and J. Rakovec, 2006: Validation of mesoscale low- level winds obtained by dynamical downscaling of ERA40 over complex terrain. Tellus, 58A, str. 445-455.
Žagar, N., G. Skok and J. Tribbia, 2011: Climatology of the ITCZ derived from ERA Interim reanalyses. J. Geophys. Res., 116, D15103, doi:10.1029/2011JD015695.
Žagar, N., K. Terasaki and H. Tanaka, 2012: Impact of the vertical discretization of analysis data on
the estimates of atmospheric inertio-gravity energy. Mon. Wea. Rev., 140, 2297-2307.

Žagar, N., L. Isaksen, D. Tan and J. Tribbia, 2013: Balance properties of the short-range forecast errors in the ECMWF 4D-Var ensemble. Q. J. R. Meteorol. Soc., 139, 1229-1238. DOI: 10.1002/qj.2033