Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.geogr.msu.ru/cafedra/meteo/uchd/programs/Spec-courrses-sputnik.doc Дата изменения: Sat Apr 26 11:50:01 2014 Дата индексирования: Sun Apr 10 05:01:39 2016 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: воздушные массы

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова
Географический факультет









«Утверждено»


Академик РАН Н.С.Касимов

«_____»_________ 20__г.






ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ




Наименование дисциплины: «Спутниковая метеорология»


по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология» уровня высшего
профессионального образования бакалавриат с присвоением степени «бакалавр»
1. Цели и задачи освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины являются получение знаний о современных
спутниковых системах последнего поколения и о физическом состоянии
атмосферы и подстилающей поверхности Земли, метеорологических явлениях по
наблюдениям с искусственных метеорологических спутников Земли (МИСЗ).

.Задачи освоения дисциплины:
- ознакомить с понятийно-терминологическим аппаратом, применяемым при
работе с космической информацией;
- дать представление о теоретических основах современных типов
спутниковых систем;
- ознакомить с методическими принципами устройства и работы спутниковой
аппаратуры;
- дать представление о параметрах орбит различных типов МИСЗ и уравнениях
движения спутников;
- ознакомить с основами интерпретации информации МИСЗ, включая понятия о
различных каналах излучения для распознавания типов облаков, их высоты и
количества;
- ознакомить с информационным обеспечением, программами для оценки
характеристик облачного покрова с учетом знаний наземных и дистанционных
наблюдений;
- дать представление о практике нефанализа и составления карт облачности.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Спутниковая метеорология» входит в модуль «Синоптическая
метеорология» профессионального цикла вариативной части ООП. Она
изучается на 4 курсе в 7 семестре.
Изучение данной дисциплины основывается на знании студентами курсов
«Физика», «Высшая математика», «Физическая метеорология», курсов
«Геоинформатика», «Дистанционные методы исследования атмосферы». В свою
очередь она обеспечивает изучение ряда специальных дисциплин, среди
которых «Синоптическая метеорология», «Авиационная метеорология» и др.
Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь дисциплины
«Спутниковая метеорология» с другими частями ООП определяется следующей
совокупностью входных компетенций, необходимых для освоения данной
дисциплины:
Студент должен
Знать:
- закономерности движения Земли и искусственных спутников Земли,
- распределение радиационных потоков в системе Солнце - атмосфера -
Земля, спектральные характеристики электромагнитного излучения,
поглощения и рассеяния;
- формы и структуры облачных образований;
- физические процессы, приводящие к образованию облачных систем, их
эволюции и перемещению в атмосфере;
- состояния различных естественных объектов природной среды и
синоптических ситуаций в определенных географических районах.
Уметь: эффективно использовать метеорологическую информацию для оценки
различных ситуаций и при решении прикладных задач;
- использовать средства компьютерных программ для самостоятельной работы.
Владеть: современными методами анализа информации.

3. Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций: cпособности использовать знания о физических процессах,
протекающих в атмосфере, для оценки достоверности определения
метеорологических параметров и явлений с помощью дистанционных методов
измерений МИСЗ и разработки методов, рекомендаций для задач мониторинга
климата и прогноза динамических систем в атмосфере.
Студент должен
Знать:
. базовые теоретические основы о спутниковых системах наблюдений;
. основы сферической астрономии и особенности движения искусственных
спутников Земли в космическом пространстве;
. физические основы и методы получения, обработки и интерпретации
информации обзорной, обзорно-измерительной аппаратуры, устанавливаемой
на метеорологических спутниках Земли;
Уметь:
. обрабатывать данные МИСЗ с помощью программного обеспечения;
. пользоваться базовыми компьютерными технологиями обработки и
отображения спутниковой информации;
. использовать полученные знания и навыки для работы с информацией,
решения профессиональных задач, уметь оценивать эффективность
применения данных МИСЗ и предельные диапазоны качественного выполнения
задач;
Владеть:
. методами анализа первичной, калиброванной спутниковой информации и
способами интерпретации информации, оценки ее качества;
. навыками использования получаемых результатов обработки информации при
анализе физических процессов и явлений, происходящих в системе Земля-
атмосфера, синоптических ситуаций в конкретных географических районах;
. статистическими методами первичной климатической обработки данных
МИСЗ;
. разнообразными методами обработки данных МИСЗ с учетом взаимосвязи
процессов глобального и локального масштабов, тенденциях их
изменений

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 академических часа (3 з.е.)
Аудиторная нагрузка - 72 часа, из них 36 часов - лекции, 36 часов -
практические занятия, 36 часов - самостоятельная работа студентов.



?
п/п |
Раздел (тема)
дисциплины

|Семестр |Неделя семестра |Виды учебной работы, включая СРС и трудоемкость
(в часах) |Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)
Форма промежуточной аттестации
(по семестрам) | | | | | |лекция |семи
нар |СРС | | |1 |Введение. Основные астрономические понятия и основы теории
движения искусственных спутников Земли. |7 |1 |2 | |1 |Устный опрос | |2
|Физические основы измерений с помощью спутников. Типы МИСЗ, характеристики
полета, аппаратура. |7 |2 - 4 |6 |5 |6 |Зачет по практическому занятию | |3
|Метеорологическое дешифрирование спутниковой информации |7 |5 - 7 |6 |5 |5
|Реферат- презентация | |4 |Макроструктура облачного покрова |7 |8 - 10 |5
|6 |5 |Зачет по практическому занятию | |5 |Облачные системы мезомасштаба и
их связь с метеорологическими процессами |7 |11 - 13 |6 |7 |8 |Защита
реферата | |6 |Восстановление метеовеличин по данным МИСЗ об облачности |7
|14 - 15 |5 |6 |6 |Зачет по практическому занятию | |7 |Спектрометрическая
информация МИСЗ и восстановление вертикального профиля температуры |7 |16
-17 |4 |5 |4 |Реферат-презентация | |8 |Основы спутниковой климатологии |7
|18 |2 |2 |2 |Зачет по практическим занятиям | | |Всего |7 |18 |36 |36 |36
| Экзамен | |

4.2. Содержание дисциплины

Введение.
Спутниковая метеорология - важный раздел метеорологии. Роль
метеорологических спутниковых систем в Программе Всемирной Службы Погоды
и мониторинга окружающей среды. Спутниковая климатология. Задачи
спутниковой метеорологии и климатологии на современном этапе. Требования
к точности и пространственному разрешению получаемой информации.

Раздел 1. Основные астрономические понятия и основы теории движения
искусственных спутников Земли.
Астрономические и географические координаты. Время и его измерение.
Солнечная система. Влияние видимости движения Солнца на дистанционное
зондирование Земли из космоса. Невозмущенное движение спутника. Основные
законы и особенности движения небесных тел. Орбитальное движение
метеорологических ИСЗ (МИСЗ). Метеорологические спутники Земли.
Космические комплексы для исследования земли. Важнейшие характеристики
аппаратуры МИСЗ. Особенности технологии получения космических снимков и
цифровой информации о параметрах атмосферы. Основные этапы истории создания
и развития космических исследований. Народно-хозяйственное значение
космических исследований. Спутниковая климатология. Задачи спутниковой
метеорологии и климатологии на современном этапе. Требования к точности и
пространственному разрешению получаемой информации.

Раздел 2. Физические основы измерений со спутников.
Излучение системы Земля - атмосфера как источник метеорологической
информации при наблюдениях из космоса. Решение обратных задач теории
переноса излучения в атмосфере. Особенности получения спутниковой
информации и ее преимущества по сравнению с наземной метеорологической
сетью. Параметры орбиты МИСЗ. Взаимодействие сил, определяющих полет.
Период обращения, время существования спутника.
Высота и виды орбит метеорологических МИСЗ. Сферические координаты
спутника. Возмущающие факторы полета. Трасса полета, подспутниковая точка.
Аппаратура метеорологических спутников и виды получаемой информации, пути
усовершенствования. Космические системы России, США и др. Геостационарные
спутники. Создание единой системы глобального обеспечения Службы Погоды
метеорологической информацией.

Раздел 3. Метеорологическое дешифрирование космических снимков Земли.
Особенности получения изображений. Структура наземного комплекса.
Спектральные каналы, их информативность. Основные требования к получаемой
видеоинформации: точность географической привязки, разрешение, искажения.
Особенности дешифрирования облачного покрова в различных участках спектра:
телевизионные, инфракрасные, микроволновые изображения.
Изображения облаков различного масштаба: текстура, мезоструктура,
макроструктура. Сопоставление оценок количества и типов облаков по
спутниковым и наземным данным. Дешифрирование различных типов облаков.
Карты нефанализа, техника их составления и возможности использования в
службе погоды. Способы оценки количества облаков методы автоматизированной
классификации (пороговые, гистограмм, кластерного анализа).

Раздел 4. Макроструктура облачного покрова.
Макроструктурные особенности строения облачного покрова во
внетропических широтах и их связь с синоптическими процессами. Облачные
системы атмосферных фронтов и циклонических вихрей. Облачные системы теплых
и холодных воздушных масс. Облачные системы антициклонов и струйных
течений. Оценка эволюции облачных систем макромасштаба во внетропических
широтах.
Признаки эволюции и перемещения облачных полос атмосферных
фронтов. Признаки зарождения и развития циклонических возмущений. Облачные
системы тропической зоны. Классификация облачных образований различных
масштабов в тропиках. Дешифрирование облачных систем: внутритропической
зоны конвергенции, муссонных течений, пассатной зоны, субтропических
антициклонов, пассатных фронтов, тропических циклонов.



Раздел 5. Облачные системы мезомасштаба и их связь с метеорологическими
процессами.
Различные классификации облачных образований мезомасштаба.
Генетическая классификация. Конвективные облачные ячейки и гряды, их
разновидности и связь со стратификацией нижней тропосферы и полем воздушных
течений. Массивы и гряды кучево-дождевых облаков и конвективных облачных
вихрей. Орографические облачные образования, феновые эффекты, волнистые
облака, влияние островов. Влияние термической неоднородности подстилающей
поверхности на мезомасштабные характеристики облаков.

Раздел 6. Восстановление некоторых метеорологических параметров по данным
МИСЗ
об облачности.
Поле воздушных течений и его связь с полем облачности. Статистические
и прогностические методы оценки поля осадков и их количества по данным МИСЗ
об облачности. Поле воздушных течений и «спутниковый ветер» в тропиках.
Влагозапас в тропосфере.

Раздел 7. Спектрометрическая информация МИСЗ и восстановление
вертикального профиля температуры
Уравнение переноса электромагнитного излучения в ИК и СВЧ диапазонах.
Пассивная и активная радиолокация.
Восстановление вертикального распределения температуры, геопотенциала,
влажности в атмосфере. Выбор спектральных каналов. Способы восстановления
прямой и косвенный, их точность. Учет априорной информации, радиационные
модели. Решение обратных задач и их точность.
Способы оценки температуры и высоты верхней границы облачного покрова
по данным дистанционного зондирования МИСЗ в окнах прозрачности атмосферы.
Точность восстановления температуры поверхности океана. Априорная
информация, передаточная функция атмосферы.
Поля радиационной и радиояркостной температуры и их использование для
оценки общего влагосодержания атмосферы, водности облаков, определение
кристаллических облаков и некоторых других метеорологических параметров.
Ледовая разведка.

Раздел 8. Основы спутниковой климатологии
Климатические обобщения спутниковой аналоговой информации
(отечественные и зарубежные). Климатические атласы и справочные издания по
параметрам облачного покрова. Отличие пространственного распределения
количества и типов облаков в различных широтных зонах Земли по спутниковым
и наземным данным
Статистические характеристики количества облаков, их зависимость от
площади осреднения. Особенности спутниковой аппаратуры для получения
составляющих радиационного баланса Земли. Актинометрическая информация,
переход к интегральным потокам уходящей коротковолновой и уходящей
длинноволновой радиации. Различия спутниковых и расчетных данных по
наземным данным о климатических параметров. Сопряженность полей
метеорологических показателей и полей облачности.


4.3. Аннотация программы

Целью изучения дисциплины ««Спутниковая метеорология» является
получение знаний о физическом состоянии атмосферы и подстилающей
поверхности Земли, метеорологических явлениях по измерениям
метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ). Спутники оснащены
аппаратурой, обеспечивающей одновременное измерение радиационных потоков
в различных участках спектра и получение мультиспектральных изображений
облачного покрова и подстилающей поверхности. Для успешного использования
больших объемов информации с МИСЗ студенты получают представление об
основных способах дистанционных измерений, о состоянии облачного покрова,
тепловом режиме системы Земля-атмосфера, о ледовой обстановке,
вертикальном зондировании атмосферы; знакомятся со способами
идентификации, мониторингом различных синоптических и мезомасштабных
объектов, таких как циклоны, фронтальные системы, струйные течения,
мезомасштабные системы, зоны конвергенции и взаимодействие систем разного
масштаба в динамике и эволюции; получают представление о пространственно-
временных закономерностях распределения потоков радиации, о
закономерностях движения спутниковых систем разных поколений и параметрах
их орбит, об особенностях географической привязки метеорологической
информации, а также знакомятся с современным программным обеспечением для
получения, обработки и визуализации спутниковой информации. В результате
освоения дисциплины студенты должны владеть теоретическими знаниями о
переносе излучения в системе Земля-атмосфер, методами корректной оценки
информации о состоянии атмосферы и подстилающей поверхности; методами
распознавания образов, а также эффективно использовать метеорологическую
информацию для решения задач мониторинга, прогнозирования и
дистанционного зондирования.

5. Рекомендуемые образовательные технологии.
В процессе преподавания дисциплины «Гидрометеорологические основы охраны
атмосферы» применяются следующие виды образовательных технологий:
развивающее и проблемное обучение, коллективная система обучения,
исследовательские методы в обучении, технология развития критического
мышления, информационно-коммуникационные технологии. При чтении курса
применяются следующие виды лекций: вводная, лекции-информации, обзорные
лекции, проблемные лекции, лекции-визуализации, лекции-консультации.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
Примерные темы практических занятий и рефератов для самостоятельной
работы студентов

1. Изучение снимков в ТВ, ИК, ВП диапазонах. Дешифрирование поверхности
Земли и подстилающей поверхности.
2. Дешифрирование мезомасштабных облачных структур.
3. Нефанализ с определением диагностических признаков эволюции облачных
систем.
4. Совместный анализ полей облачности по снимку МИСЗ и приземной карте
погоды.
5. Восстановление температуры поверхности и ВГО по измерениям МИСЗ в окне
прозрачности атмосферы.
6. Методика восстановления полей ветра, дивергенции.
7. Методика расчетов влагосодержания в слоях по многоканальным измерениям
МИСЗ.
8. Методика восстановления индексов неустойчивости в различных воздушных
массах.
9. Методика восстановления радиационного баланса по многоканальным
измерениям МИСЗ,
10. Комплексная оценка синоптической ситуации с помощью динамических
изображений облачности геостационарных МИСЗ.
Перечень контрольных вопросов и заданий
1. В чем различия информации, получаемой с геостационарных и полярно-
орбитальных метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ)?
2. С каким разрешением получают спутниковую информацию для решения
различных задач Службы погоды, научных исследований, хозяйственной
практики?
3. Какие МИСЗ используются для задач Службы погоды? Параметры орбит,
характеристика аппаратуры.
4. В чем различия в использовании информации, полученной с помощью
датчиков видимого и теплового диапазонов?
5. В решении каких практических задач метеорологии используется
информация МИСЗ?
6. Возможности оценок структуры облачного покрова с помощью цифровой
информации МИСЗ.
7. Какая аппаратура используется МИСЗ для восстановления температуры
поверхности и атмосферы? Требования к точности получаемой информации.
8. Что такое априорная информация и для решения каких задач
спутниковой метеорологии она используется?
9. В чем особенности и различия оценок характеристик облачного
покрова по спутниковым данным и наземным наблюдениям?
10. Роль спутниковых систем в обнаружении и наблюдении за эволюцией
торнадо и тропических циклонов.
11. Как помогают МИСЗ проводить ледовую разведку в полярных районах?
12. В решении каких задач необходимы сведения о пороговой яркости
подстилающей поверхности?
14. Что такое радиационный баланс Земли, с помощью какой аппаратуры
МИСЗ измеряет его компоненты?
15. Каковы подходы к оценкам поля атмосферных осадков с помощью
данных МИСЗ об облачности? Что такое «спутниковый ветер»?
16. Какие методы классификации спутниковых изображений применяются в
программных комплексах?
17. Какие сайты представляют калиброванную спутниковую информацию и
основы интерпретации спутниковых снимков с учетом выходных данных
численных моделей?
18. Какие программные средства существуют для комплексного анализа
данных МИСЗ и метеорологических величин?
19. Какие системы распространения оперативных данных МИСЗ имеются в
России и в мире?
20. Какие стандартные пакеты обработки данных МИСЗ используются для
восстановления вертикального профиля температуры и влажности?
21. Какие виды продуктов, полученных с помощью систем обработки
информации МИСЗ, представляются для международного обмена в системе ВМО?
22. Что Вы знаете о форматах данных МИСЗ, поступающих по каналам ВМО
во все центры обработки информации?
23. Сколько стран-операторов, запускающих МИСЗ?

Примерный перечень вопросов к экзамену.
1. Типы метеорологических ИСЗ, параметры орбиты, каналы и аппаратура
для различных целей, разрешение.
2. Дешифрирование поверхности ВГО и подстилающей поверхности Земли.
Типы текстуры.
3. Принципы дешифрирования облачного покрова по снимкам МИСЗ. Текстура
и мезоструктура. Формы и количество облаков.
4. Характеристика различных типов облаков, точность их распознавания и
соответствие наземным формам.
5. Облачные структуры мелкой конвекции на снимках МИСЗ и их связь с
метеорологическими условиями и барическими системами.
6. Облачные структуры глубокой конвекции. Условия образования и
погода.
7. Влияние трения и нагревания на мезомасштабные облачные структуры.
Бризы.
8. Мезомасштабные барьерные эффекты фены, волны, вихри.
9. Облачные системы атмосферных фронтов, их классификация и признаки
эволюции на снимках.
10. Облачные вихри, их классификация по стадиям развития, признаки
эволюции.
11. Мезомасштабный конвективный комплекс, признаки эволюции. Не
фронтальные циклоны и их облачная система.
12. Классификация облачных систем в тропиках.
13. Тропические циклоны на снимках МИСЗ, стадии развития (категории).
14. Спектрометрическая информация МИСЗ. Восстановление вертикального
распределения температуры в атмосфере. Методы и точность.
15. Спектрометрическая информация. Восстановление температуры
поверхности и высоты верхней границы облаков. Методы и точность.
16. Дистанционное зондирование системы Земная поверхность - атмосфера
в радиодиапазоне. Получение информации о метеорологических величинах.
17. Цифровая информация МИСЗ об облачности. Получение сведений об
осадках.
18. Что такое «спутниковый ветер»?
19. Климатология радиационного баланса Земли. Спутники, их аппаратура.
Уточнение составляющих РБЗ дистанционными методами.
20. Климатология облачного покрова Земли. Базы данных, требования к
точности и пространственному осреднению.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Литература
а) основная
1. Говердовский В.Ф. Космическая метеорология с основами астрономии.
Учебник., Росгидромет. ин-т., С-П., 1999
2. Герман М.А. Космические методы исследования в метеорологии.
Учебник. Л., Гидрометеоиздат, 1985
3. Калинин Н.А., Толмачева Н.И. Практикум по космическим методам
исследований в метеорологии. Пермь, изд. Пермского университета, 2003
4. Рис У., Основы дистанционного зондирования. Москва: Техносфера,
2006

б) дополнительная литература:

1. Использование изображений со спутников в анализе и прогнозе
погоды. Техн. записка ВМО под ред. Р.К.Андерсона и Н.Ф.Вельтищева.,
Л.,Гидрометеоиздат, 1984
2. Использование спутниковой информации в синоптической практике под
ред.Н.П. Леонова. Метод. пособие, Моск. отд. Гидрометеоиздата,1982
3. Кондратьев К.Я. Спутниковая климатология, Л.,Гидрометеоиздат, 1986
4. Марчук Г.И. (отв. ред.) Облака и климат. Л.,Гидрометеоиздат, 1986
5. Мезометеорология и краткосрочное прогнозирование. Под ред.
Н.Ф.Вельтищева. Пособие для самост. работы студентов, ВМО, 1988
6. Несмелова Е.И. Спутниковая метеорология. Уч.пособие, изд.МГУ, 1986
8. Симакина Т.Е. Получение и обработка спутниковых снимков.
Учебное пособие. - СПб.: РГГМУ, 2010.-127 с.
9. Analysis and Use of Meteorological Satellite Images. First
Edition. Meteorological Satellite Center. Japan Meteorological Agency.
2002.
10. Manual of synoptic satellite meteorology. Zentralanstalt fЭr
Meteorologie und
Geodynamik, Vienna, Austria ( ZAMG/KNMI, 2002).

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1) Лицензионный программный комплекс «Метеогамма» - ГИС система,
позволяющая обрабатывать данные полярно-орбитальных спутников NOAA,
восстанавливать поля влагозапаса и ТВГО, классифицировать в интерактивном
режиме облачный покров, получать комплексные цветосинтезированные снимки;
2) Комплекс программ для обработки калиброванных цифровых данных
европейских геостационарных МИСЗ;
Интернет-ресурсы:
1) http://meteoinfo.ru - сайта «Гидрометцентра России», оперативная
информация, включая спутниковые данные, методический кабинет.
2) http://smis.iki.ru - сайт Института космических исследований РАН.
3) http://wetter-zentrale.de/topkarten - немецкая страница погоды с
данными MИСЗ.
4) http://www.zamg.ac.at - Венский институт геодинамики,
концептуальные модели синоптических спутниковых систем, теория и описание
отдельных случаев.
5) http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/production - МИСЗ высокого
разрешения "Terra", "Aqua" , 36 каналов, разрешение от 250 до 4 км.
6) http://ntzomz.ru -Научно-исследовательский Центр мониторинга Земли
из Космоса
7)
http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/monitoring/satellite/goe
s- данные МИСЗ ГОЕС
8)
http://www.ecmwf.int/products/forecasts/d/charts/monitoring/satellite/air
s - данные ИСЗ Терра и Аква
9) http://www.eumetsat.int - сайт европейской организации
метеорологических спутниковых исследований и оперативного обеспечения
информацией.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

1. Учебная аудитория на 10 - 20 мест с мультимедийным проектором для
проведения лекционных занятий.
2. Станция приема спутниковой информации с МИСЗ.
3. Компьютерный класс с доступом в Интернет, к комплексу «Метеогамма», к
приемной станции.

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного
стандарта МГУ по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология».

Программа одобрена на заседании кафедры метеорологии и климатологии

Протокол ?___ от ______20__г.
Заведующий кафедрой Кислов А.В. ____________________________

подпись

Разработчик:
Горлач И.А., ведущий научный сотрудник, к.г.н., с.н.с., географический
факультет МГУ имени М.В.Ломоносова

Эксперт:
Сорокина В.Н., доцент, к.г.н., доцент, географический факультет МГУ
имени М.В.Ломоносова