Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.geogr.msu.ru/cafedra/meteo/uchd/programs/Progr-aspir-minimum.doc
Дата изменения: Tue Nov 24 14:35:46 2015
Дата индексирования: Sun Apr 10 04:59:00 2016
Кодировка: koi8-r

Поисковые слова: воздушные массы

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

Кандидатского экзамена по специальности 25.00.30 Метеорология,
климатология, агрометеорология



Общая метеорология

Строение атмосферы. Газовый состав атмосферного воздуха у земной
поверхности и на высотах. Озон, углекислый газ, аэрозоли и водяной пар:
концентрация, распределение по высотам, годовой ход.

Основные метеорологические величины, их размерности. Точность измерений в
метеорологии. Виды метеорологических измерений. Всемирная служба погоды.

Молекулярно-кинетическая теория применительно к атмосферным газам.
Уравнение состояния сухого и влажного воздуха.

Распределение Максвелла. Барометрическая формула Больцмана. Диссипация
газов в верхней атмосфере.

Силы, действующие в атмосфере. Уравнение движения атмосферы в векторной
форме.

Уравнение статики атмосферы. Барометрические формулы. Барическая ступень.
Геопотенциал. Связь геопотенциала с температурой столба воздуха.

Геострофический ветер. Движение в случае прямолинейных и круговых изобар
в свободной атмосфере.

Первое и второе начала термодинамики. Потенциальная температура,
энтальпия и энтропия. Адиабатические и политропические процессы в
атмосфере. Сухо и влажно-адиабатический градиент температуры.

Критерии атмосферной устойчивости: метод частицы и метод слоя. Учет
вовлечения. Частота Брента-Вяйселя. Стратификация атмосферы.
Термодинамические диаграммы. Энергия неустойчивости.

Уравнение притока тепла. Виды притоков тепла в атмосфере. Факторы,
определяющие изменение температуры в приземном, планетарном пограничном
слоях и в свободной атмосфере

Перенос тепла в деятельном слое суши и водоемов. Поток тепла в почву,
законы Фурье.

Турбулентный обмен теплом, водяным паром, импульсом поверхности и
атмосферы (общая формулировка, балк-формулы, теория Монина-Обухова,
эмпирические формулы).

Равновесие фаз в атмосфере. Термодинамический потенциал Гиббса. Уравнение
Клаузиса-Клапейрона.

Испарение с водной поверхности и с поверхности суши. Теория Шулейкина.
Уравнение диффузии водяного пара.

Микрофизическая структура облаков. Типы облаков, международная
классификация. Туманы.

Процесс роста и укрупнение облачных капель. Механизмы образования
осадков. Виды осадков и их классификация.

Геострофический ветер. Движение в случае прямолинейных и круговых изобар
в свободной атмосфере.

Изменение ветра с высотой в свободной атмосфере. Термический ветер.

Кинематические характеристики движения воздуха: дивергенция и вихрь
скорости. Геострофическая дивергенция и завихренность.

Изменение ветра с высотой в приземном слое. Движение в случае
прямолинейных и круговых изобар в пограничном слое. Спираль Экмана.

Ветер и турбулентность.





Радиация


Солнце и солнечная активность. Солнечная постоянная.

Распространение электромагнитного излучения в атмосфере. Уравнения
Максвелла. Законы излучения. Основные радиометрические величины.

Электромагнитная теория рассеяния в атмосфере. Релеевское рассеяние и
теория Ми. Параметры Стокса. Фазовая матрица взаимодействия. Проблемы
несферичности в оптике аэрозоля.

Молекулярное поглощение в атмосфере Земли. Контур спектральной линии.
Банки данных спектроскопических параметров. Методы расчета радиационного
переноса без учета рассеяния в дальней ИК области спектра.

Уравнение радиационного переноса с учетом рассеяния и методы его решения.
Трехмерное моделирование в облачной среде: методы и результаты. Скорости
нагревания и охлаждения в атмосфере за счет коротковолнового и
длинноволнового излучения.

Эффективная площадь рассеяния и уравнение дальности радиолокационного
наблюдения множественной метеорологической цели.

Оптические свойства подстилающей поверхности.

Приближение геометрической оптики. Уравнение рефракции, виды рефракции.
Радиорефракция.

Особые явления в атмосфере: сумерки, радуга, гало.

Основные фотометрические величины. Естественная освещенность земной
поверхности. Световой эквивалент. Теория видимости в атмосфере.



Динамика атмосферы
Уравнения гидротермодинамики: сохранения массы, импульса, притока тепла и
влаги. Связь напряжений трения с деформацией в сплошной среде. Уравнения
Навье-Стокса. Примитивные уравнения.

Упрощение уравнений за счёт линеаризации термодинамических величин (по
Буссинеску).

Упрощение уравнений для процессов крупного масштаба. Геострофическое
приближение, гидростатика. Уравнение эволюции завихренности.

Уравнение потенциального вихря. Квазигеострофическая теория.

Упрощение уравнений гидротермодинамики для мезомасштабных процессов.

Уравнения гидротермодинамики в различных системах координат (сферической,
связанных с давлением). Понятие о системах координат с смещенными
полюсами, с различным количеством полюсов.

Уравнения Рейнольдса. Сеточные и подсеточные процессы. Проблема
параметризации (замыкания).

Генерация турбулентности в атмосфере. Однородная и изотропная
турбулентность. Мелкомасштабная структура турбулентных полей скорости и
пассивной примеси. Когерентные структуры.

Приземный и приводный слои. Теория подобия Монина-Обухова. Пограничный
слой атмосферы.

Волны в атмосфере: Россби, Кельвина, Пуанкаре, внутренние гравитационные
волны, акустические волны. Возможность передачи энергии по вертикали до
больших высот.

Гидродинамическая неустойчивость атмосферных движений. Баротропная и
бароклинная неустойчивости зональных потоков. Теорема Чарни-Стерна.
Теорема Го.

Формы энергии и переходы энергии. Доступная потенциальная энергия. Цикл
Лоренца.

Математические модели общей циркуляции атмосферы. Граничные условия.

Основы численных методов решения задач динамики атмосферы. Понятие
конечной разности, аппроксимации, устойчивости, монотонности конечно-
разностных схем.

Метод Галеркина. Спектральные модели атмосферы.

Усвоение данных наблюдений в моделях термогидродинамики атмосферы.
Оптимальная интерполяция, трехмерное, четырехмерное вариационное
усвоение, фильтр Калмана.

Технология моделирования атмосферы. Бесшовное моделирование.







Синоптическая метеорология
Синоптический метод исследования и предсказания погоды: основные приемы и
принципы. Системы получения метеорологической информации.

Синоптический анализ полей метеорологических элементов: барическое поле и
ветер, поле температуры и влажности, поле потенциального вихря, поле
вертикальных движений, облачности и осадков.

Воздушные массы в тропосфере, классификация, основные свойства,
трансформация.

Поверхности раздела в атмосфере, атмосферные фронты, фронтогенез.
Планетарные высотные фронтальные зоны и струйные течения.

Бароклинные вихри умеренных широт, циклоническая деятельность, теории
фронтального циклогенеза.

Синоптические процессы тропической атмосферы. Экваториальные волны.
Восточные волны. Депрессии. Тропические циклоны.

Основные элементы планетарной циркуляции. Ячейка Хэдли и Уокера,
внутритропическая зона конвергенции, муссоны, пассаты, западный перенос.

Изменчивость общей циркуляции атмосферы и региональных циркуляций.
Колебание Маддена-Джулиана. Южное колебание. Арктическая осцилляция.
Северо-Атлантическое колебание.

Локальные циркуляции. Фен. Бора. Бриз. Горно-долинные циркуляции.

Конвективные процессы. Шквалы, смерчи.

Технология составления краткосрочных и средесрочных прогнозов погоды.
Система усвоения данных. Общие сведения о прогностических математических
моделях циркуляции атмосферы. Глобальные модели и мезомодели в технологии
оперативного прогноза Гидрометцентра РФ.

Предсказуемость синоптических процессов и погоды. Оценка эффективности
прогностических методов. Содержание и форма представления прогнозов
общего назначения.

Прогнозирование состава воздуха и биологически активных веществ
(аллергенов).

Специализированные прогнозы (авиационные, морские). Прогноз опасных
явлений погоды. Долгосрочные прогнозы погоды.

Международное сотрудничество в области прогноза погоды. Всемирная
метеорологическая организация (ВМО).







Климатология
Климатообразующие свойства атмосферы, Мирового океана, криосферы, суши.
Глобальный круговорот водяного пара. Углекислый газ в атмосфере и
глобальный цикл углерода. Антропогенно-обусловленный рост содержания СО2
(и других парниковых газов) в атмосфере.

Классификации климатов (Б.П.Алисова, В.Кеппена, Л.С.Берга, М.И.Будыко -
А.А.Григорьева, Р.Холдриджа).

Метеорологические поля у земной поверхности и микроклиматические
особенности.

Климаты внетропических регионов. Дальние связи, режимы, индексы
циркуляции.

Климаты тропиков. Дальние связи, режимы, индексы циркуляции.

Радиационный режим планеты Земля. Парниковый эффект. Альбедный эффект.
Тепловой баланс климатической системы.

Составляющие радиационного баланса у поверхности Земли и факторы их
определяющие. Географические закономерности составляющих радиационного
баланса у поверхности Земли.

Межширотный перенос энергии атмосферными и океаническими движениями. Роль
«средней» циркуляции стационарных и нестационарных вихрей и волн, перенос
энергии в атмосфере и океанах.

Кинетическая и доступная потенциальная энергии общей циркуляции атмосферы
и океана.

Угловой момент и неравномерность вращения Земли. Источники и стоки
углового момента. Уравнение углового момента системы атмосфера -
планета.

Климатические эффекты неравномерности вращения Земли.

Климатология средней атмосферы (стратосферы и мезосферы). Особенности
термического и циркуляционного режима. Взаимодействие с тропосферой. Роль
атмосферных волн в формировании климата средней атмосферы.

Механизмы солнечно-земных связей и их климатообразующая роль.

Изменения климата в прошлом: климат фанерозоя, кайнозойской эры,
плейстоцена, голоцена.

Теория изменений климата фанерозоя.

Теория изменений климата в плейстоцене - голоцене.

Изменения климата за последние 2000 лет. Изменения климата в современную
эпоху.

Моделирование климата. Основные климатические модели и модели Земной
системы.

Методология климатического прогноза.

Комплексная оценка последствий потепления климата XXI века. Адаптация к
изменениям климата и управление глобальным климатом.

Международное сотрудничество в области изучения климата.
Межправительственная группа экспертов (IPCC). Проекты семейства CMIP.






Агрометеорология
Основные принципы агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства.
Системы получения агрометеорологической информации. Оперативный
мониторинг агрометеорологических условий.

Метеорологические явления, опасные для сельского хозяйства.
Неблагоприятные агрометеорологические условия в период проведения сева,
появления всходов, роста, развития и формирования урожая.

Засухи, критерии их классификации, распространение и влияние на
сельскохозяйственную отрасль.

Перезимовка озимых зерновых культур. Основные причины зимних повреждений.
Роль снежного покрова.

Агрогидрологические свойства почв. Водный баланс почвы. Продуктивная и
непродуктивная влага. Физическое испарение с поверхности почвы и
транспирация.

Влияние изменений климата на сельскохозяйственную отрасль, возможные пути
адаптации сельского хозяйства к наблюдающимся изменениям.

Агроклиматические ресурсы, тепло- и влагообеспеченность посевов с.-х.
культур, значение солнечной радиации в формировании продуктивности
посевов.

Агроклиматическое районирование, суммы активных и эффективных температур.
Агроклиматические аналоги.

Научные основы методов прогноза урожайности основных с.-х. культур.

Теоретические основы продукционного процесса растений и модели
урожайности с.-х. культур.





Экология
Роль климата в формировании среды обитания человека и растений.
Международные соглашения о средах обитания (Киотский протокол и др.).

Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы. Понятие о
предельно допустимых концентрациях (ПДК), предельно допустимой
экологической нагрузке.

Методы мониторинга. Общегосударственная служба наблюдений и контроля за
уровнем загрязнения природной среды.

Эколого-климатические аспекты биоразнообразия растений.

Природные катастрофы и экологические последствия.

Озон в стратосфере и тропосфере. Озоновые дыры. Экологические проблемы.

Биологически-активная УФ радиация и УФ ресурсы. Пространственно-временные
особенности распределения УФ радиации и УФ ресурсов.

Аэрозоли. Источники и стоки.

Комфортность/дискомфортность урбанизированной среды.




Основные наблюдательные системы для исследования атмосферы и океана

Методы измерений: in situ и дистанционные.

Методы измерения турбулентных потоков с помощью акустических анемометров

Методы измерений составляющих радиационного баланса у поверхности земли и
на верхней границе атмосферы. Прямые и обратные задачи теории
радиационного переноса и атмосферной оптики.

Аэрологические измерения. Датчики. Радиозонды. Аэрологическая сеть,
радиолокаторы АВК и МАРЛ. Код КН-04. Навигационные системы
радиозондирования, виды специального радиозондирования.

Самолётное зондирование атмосферы, включая систему AMDAR (измерения на
самолётах гражданской авиации). Приборы и методические особенности.

Зондирование атмосферы с использованием свободных аэростатов, привязных
аэростатов, метеорологических змеев и приборов на высотных сооружениях.

Ракетное зондирование атмосферы. Стандартная и справочные атмосферы.

Импульсные и доплеровские метеорологические радиолокаторы. Потенциал
метеорологического радиолокатора и радиолокационная отражаемость облаков
и осадков. Радиолокаторы МРЛ-5 и ДМРЛ-С.

Принципы работы микроволновых радиометров и их применение в метеорологии.
Радиометр МТП-5.

Акустическое зондирование. Основы теории рассеяния звуковых волн в
атмосфере. Акустические локаторы (содары).

Применение лидаров для целей дистанционного зондирования.

Специфика дистанционного зондирования Земли из космоса и общие
требования, предъявляемые к наблюдениям МИСЗ.
Структура спутниковой гидрометеорологической информации. Основные
направления обработки и интерпретации данных наблюдений МИСЗ.
Инструментальные, фотографические и оптические методы обработки
космических изображений и перспективы их использования в метеорологии.

Цифровые (числовые) модели данных наблюдений МИСЗ. Матричное цифровое
представление космического изображения.
Проблемы статистического описания, анализа, классификации и
распознавания естественных объектов (облачности, снега, льда и т.д.) по
данным наблюдений МИСЗ.
Интерактивные и автоматизированные методы обработки и интерпретации
спутниковой гидрометеорологической информации с помощью вычислительной
техники. Оценка основных метеорологических величин по результатам
спутниковых систем наблюдений.
Многоспектральные, микроволновые, радиолокационные изображения,
получаемые из космоса. Перспективы лазерных космических исследований
естественных объектов Земли.





Литература

Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы. М., Мир. 1988.

Володин Е.М. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы (Курс
лекций) М., ИВМ РАН, 2007.

Гилл А. Динамика атмосферы и океана. М., «Мир», 1986.

Говердовский В.Ф . Космическая метеорология, ч. I. Спутниковая
метеорология.
- СПб.: изд. РГГМУ, 2009.
Грингоф И.Г., Попова В.В, Страшный В.Н. Агрометеорология. Л.,
Гидрометеоиздат, 1987, 311 с.
Гущина Д.Ю. Синоптическая метеорология. Атмосферные фронты. Анализ
метеорологических полей. Географический факультет МГУ, 2013.
Зилитинкевич С.С. Атмосферная турбулентность и планетарные пограничные
слои. М., Физматлит, 2013. 243 с.

Исаев А.А. Экологическая климатология. М., Научный Мир. 2003. 472 с.

Кислов А.В. Климатология. (Учебник). М., «Академия», 2014, 352 с. (2-е
изд).

Климат России. Ред. Кобышева Н.В. С.П., Гидрометеоиздат, 2001, 656 с.

Климатическая доктрина Российской Федерации. 17 декабря 2009г., ? 861-рп.


Лиоу К.Н., Основы радиационных процессов в атмосфере, Ленинград,
Гидрометеоиздат, 1984, 376 стр.

Матвеев Л. Т. Физическая метеорология. Л., Гидрометеоиздат, 1984.

Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических
систем. Москва, Гидрометеоиздат, 2012.

Павлов Н.Ф. Аэрология, радиометеорология и техника безопасности. Л.,
Гидрометеоиздат, 1980.
Пальмен Э., Ньютон Ч. Циркуляционные системы атмосферы. Л.,
Гидрометеоиздат, 1973.

Суркова Г.В. Химия атмосферы /Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ, 2002. -
210 с.

Тимофеев Ю.М., А.В. Васильев. Теоретические основы атмосферной оптики,
Санкт-Петербург, «Наука», 474 стр., 2003.

Эколого-географические последствия глобального потепления климата ХХI века
на Восточно-Европейской равнине и в Западной Сибири. Ред. Н.С.Касимов и
А.В.Кислов. М., МАКС Пресс, 2011. 496 с

Holton J. An Introduction to Dynamic Meteorology. Academic Press, 2004.
535 p.

Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric Science. Second Edition. Amsterdam.
Elsevier. 2005. 484p.



б) дополнительная.

Альтер-Залик Ю.Ж. Зондирование атмосферы с помощью аэростатов. Л., 1981.

Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения. - СПб.:
Астерион. 2008.-254 с.

Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 352 с.

Васильев А.В., Кузнецов А.Д., Мельникова И.Н.. Дистанционное зондирование
окружающей среды из космоса, Санкт-Петербург, Балт. гос. техн. Ун-т, 2008.

Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их
последствиях на территории Российской Федерации. М. 2014.

Гандин, Каган. Объективный анализ метеорологических полей, Л.:
Гидрометеоиздат, 1984.

Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. Радиозондирование атмосферы.
Екатеринбург, 2004.

Калинин Н.А., Толмачева Н.И. Космические методы исследований в
метеорологии. - Пермь, изд. Пермского университета, 2005. - 348 с
Курбацкий А. Ф. Лекции по турбулентности (Учебное пособие). Новосибирск.
2000.

Петросянц М.А., Семенов Е.К., Гущина Д.Ю., Соколихина Е.В., Соколихина Н.Н.
Тропическая метеорология: климат и изменчивость. М.,Макс Пресс, 2005

Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. 2-е изд., перераб. и доп.
Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

Холленд Х.Д. Химическая эволюция океанов и атмосферы. - М.: Мир, 1989. -
551 с.

Jacob D.J. Introduction to Atmospheric Chemistry. Princeton University
Press, 1999. 270 p.

K.N. Liou. An Introduction to Atmospheric Radiation. International
Geophysics series, vol. 84, 2010, 583p.

Markowski P., Richardson Y. Mesoscale Meteorology in Midlatitudes. 430 pp.,
2010.

Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Multiple Scattering of Light by
Particles. Cambridge University Press, 2006, 478 p.

McIlveen R. Fundamentals of Weather and Climate, Capman and Hall, 1992.

Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics. - John Wiley
& Sons, inc.1998.1328 с.