Dinamična meteorologija I

2022/2023
Program:
Magistrski študijski program 2. stopnje Fizika
Smer:
Meteorologija
Letnik:
1. letnik
Semester:
prvi
Vrsta:
obvezni
ECTS:
8
Nosilec predmeta:
Ure na teden – 1. semester:
Predavanja
4
Seminar
0
Vaje
2
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Opravljen izpit iz vaj in projektna naloga sta 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 projektne naloge, ustni izpit iz teorije

Reference nosilca

SKOK, Gregor, BACMEISTER, Julio T., TRIBBIA, Joe. Analysis of tropical cyclone precipitation using an object-based algorithm. Journal of climate, ISSN 0894-8755, 2013, vol. 26, iss. 8, str. 2563-2579.
SKOK, Gregor, HLADNIK, Veronika. Verification of gridded wind forecasts in complex alpine terrain: a new wind verification methodology based on the neighborhood approach. Monthly weather review, ISSN 0027-0644, 2018, vol. 146, no. 1, str. 63-75.

SKOK, Gregor, ROBERTS, Nigel. Estimating the displacement in precipitation forecasts using the Fractions Skill Score. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, ISSN 0035-9009, 2018, vol. 144, iss. 711, str. 414-425.

CEGLAR, Andrej, HONZAK, Luka, ŽAGAR, Nedjeljka, SKOK, Gregor, ŽABKAR, Rahela, RAKOVEC, Jože. Evaluation of precipitation in the ENSEMBLES regional climate models over the complex orography of Slovenia.

International journal of climatology, ISSN 0899-8418, 2015, vol. 35, iss. 9, str. 2574-2591.
ŽABKAR, Rahela, HONZAK, Luka, SKOK, Gregor, FORKEL, R., RAKOVEC, Jože, CEGLAR, Andrej, ŽAGAR, Nedjeljka. Evaluation of the high resolution WRF-Chem (v3.4.1) air quality forecast and its comparison with statistical ozone predictions. Geoscientific model development, ISSN 1991-959X, 2015, vol. 8, no. 7, str. 2119-2137.