T ίτλος του μαθήματος | Φυσική της Ατμόσφαιρας ΙΙ (+Εργαστήριο)
Κωδικός αριθμός μαθήματος | EEΕ428
Τύπος του μαθήματος | Επιλογής
Επίπεδο του μαθήματος | Προπτυχιακό
Έτος σπουδών | Τρίτο, Τέταρτο
Εξάμηνο | ΄Εκτο, ΄Ογδοο
Πιστωτικές μονάδες ECTS | 5
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων | Α. Καζαντζίδης, Επ. Καθηγητής, (Θεωρία) Α. Σ. Ράπτη, Λέκτορας, (Εργαστήριο)
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος | Στο τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα μπορούν να 1. Αναγνωρίζει τις βασικές ατμοσφαιρικές παραμέτρους που επηρεάζουν τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας 2. Εφαρμόζει τις αρχές της διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην επεξήγηση προβλημάτων αιχμής Στο τέλος του εργαστηρίου οι φοιτητές θα μπορούν να 1. Παρουσιάζουν τις φυσικές διαδικασίες απορρόφησης και σκέδασης της ηλιακής ακτινοβολίας από τα ατμοσφαιρικά αέρια συστατικά και τα αιωρήματα, τις οπτικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, την συγκέντρωση των αέριων ρύπων, το ατμοσφαιρικό στρώμα του όζοντος, την θεωρία Chapman-εξίσωση Chapman, και το σχηματισμό της Ιονόσφαιρας. 2. N α εφαρμόζουν την εξίσωση διάδοσης ακτινοβολίας και να υπολογίζουν το ατμοσφαιρικό οπτικό πάχος, ατμοσφαιρική διαπερατότητα και ατμοσφαιρική θόλωση χρησιμοποιώντας μετρήσεις της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας σε σταθερό ύψος ήλιου από πυρηλιόμετρο τύπου Linke-Feussner. 3. Να προσδιορίζουν γραφικά την φασματική κατανομή του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους και της ατμοσφαιρικής διαπερατότητας λαμβάνοντας φασματικές μετρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας με πυρηλιόμετρο τύπουLinke-Feussner . 4. Να παριστούν γραφικά την φασματική κατανομή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας και της διάχυτης ακτινοβολίας του ουρανού. 5. Να συσχετίζουν γραφικά το ατμοσφαιρικό οπτικό πάχος με την ειδική υγρασία και το υετίσιμο ύδωρ, κατά την επικράτηση των ηπειρωτικών και θαλάσσιων αερίων μαζών.
Δεξιότητες | Στο τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα έχουν αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες 1. να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα 2. να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων που σχετίζονται με τα περιεχόμενα του μαθήματος 3. να κατέχει τη γνωστική βάση και εμπειρία για την πιθανή μελλοντική του ενασχόληση με μαθήματα μεταπτυχιακού επιπέδου που εμβαθύνουν στην αλληλεπίδραση ηλιακής ακτινοβολίας και ύλης 4. να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα φυσικής ή διεπιστημονικής φύσης Στο τέλος του εργαστηρίου οι φοιτητές θα έχουν αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες 1. Ικανότητα να παρουσιάζουν γνώση των εννοιών, αρχών, θεωριών, εξισώσεων και, κυρίως, των ατμοσφαιρικών παραμέτρων και δεδομένων που σχετίζονται με την διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας και με την Φυσική της Ατμόσφαιρας 2. Γνώση της συσχέτισης των οπτικών ιδιοτήτων της Ατμόσφαιρας με την ειδική υγρασία κατά την επικράτηση των ηπειρωτικών και θαλάσσιων αερίων μαζών. 3. Γνώση της εποχιακής μεταβολής της έντασης της φασματικής ηλιακής ακτινοβολίας και του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους κατά την επικράτηση ηπειρωτικών και θαλάσσιων αερίων μαζών. 4. Ικανότητα να λαμβάνουν μετρήσεις από πυρανόμετρο και να υπολογίζουν την ένταση της άμεσης και της διάχυτης ηλιακής ακτινοβολίας . 5. Ικανότητα να λαμβάνουν μετρήσεις της φασματικής ηλιακής ακτινοβολίας σε σταθερό ηλιακό ύψος, και να λύνουν προβλήματα της Φυσικής της Ατμόσφαιρας.
Προαπαιτήσεις | Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές πρέπει να έχουν αποκτήσει γνώσεις που σχετίζονται με τα μαθήματα «Εισαγωγή στην Περιβαλλοντική Φυσική» και «Φυσική Ατμόσφαιρας Ι»
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος | Θεωρία 1.Εισαγωγικές έννοιες Η ηλιακή ακτινοβολία και η σύσταση της ατμόσφαιρας της Γης 2. Θεωρία διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας Βασικές έννοιες, μέλαν σώμα, απορρόφηση-σκέδαση-εκπομπή, εξίσωση διάδοσης της ακτινοβολίας 3. Διάδοση της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα Μοριακή απορρόφηση και σκέδαση, σκέδαση Rayleigh και Mie, οπτικές ιδιότητες αιωρούμενων σωματιδίων και νεφών, φαινόμενα πολλαπλής σκέδασης 4. Φωτοχημεία στην ατμόσφαιρας Βασικές έννοιες, φωτοχημεία του στρατοσφαιρικού και τροποσφαιρικού όζοντος, ρυθμοί φωτόλυσης βασικών αερίων 5. Ενεργειακό ισοζύγιο στην ατμόσφαιρα Θερμική ακτινοβολία, ροή ενέργειας στην επιφάνεια και το όριο της ατμόσφαιρας, κλιματική αλλαγή και μελλοντικές εκτιμήσεις 6. Θεωρία των μετρήσεων της ακτινοβολίας Θερμικές διατάξεις, φωτοδέκτες, φασματοφωτόμετρα, βαθμονόμηση, φασματική και γωνιακή απόκριση οργάνων Εργαστήριο 1. Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας α) Προσδιορισμός του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους βάσει ηλιακών φασματικών μετρήσεων από πυρηλιόμετρο τύπου Linke-Feussner. β) Προσδιορισμός της ατμοσφαιρικής διαπερατότητας και θόλωσης. γ) Προσδιορισμός της φασματικής κατανομής της έντασης της άμεσης ακτινοβολίας. δ) Προσδιορισμός της φασματικής κατανομής της διάχυτης ακτινοβολίας. ε) Εξάρτηση του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους και της ατμοσφαιρικής διαπερατότητας από το μήκος κύματος. στ) Εξάρτηση του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους από την ειδική υγρασία. ζ) Εποχιακή μεταβολή του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους και της ατμοσφαιρικής διαπερατότητας. η) Μεταβολή του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους κατά την μετάβαση από τον χειμώνα στο καλοκαίρι 2. Η ηλιακή ακτινοβολία στην Ατμόσφαιρα Εκπομπή, απορρόφηση και μεταφορά της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Εξίσωση μεταφοράς της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Σχετική ατμοσφαιρική μάζα. Σκέδαση της άμεσης ακτινοβολίας από τα μόρια των αερίων συστατικών καθαρής και ξηρής ατμόσφαιρας (σκέδαση Rayleigh), και από τα αιωρήματα (σκέδαση Mie). Απορρόφηση φασματικής ηλιακής ακτινοβολίας. Θεωρία-εξίσωση Chapman. 3. A τμοσφαιρικό οπτικό πάχος Οπτικό πάχος καθαρής και ξηρής ατμόσφαιρας (ιδανική ατμόσφαιρα). Οπτικό πάχος θολής και υγρής ατμόσφαιρας (πραγματική ατμόσφαιρα). Εποχιακή μεταβολή του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους. Ατμοσφαιρική διαπερατότητα και θόλωση, εποχιακή μεταβολή. H εξίσωση μεταφοράς στη γενική μορφή. 4. Ατμοσφαιρικά αιωρήματα Πηγές των αιωρημάτων. T ροποσφαιρικά αιωρήματα. Ηπειρωτικά και θαλάσσια αιωρήματα. Επίδραση των υδρατμών στα ηπειρωτικά και θαλάσσια αιωρήματα. Εξάρτηση του ατμοσφαιρικού οπτικού πάχους από τους υδρατμούς και τα αιωρήματα. 5. Ατμοσφαιρική ρύπανση Πηγές των αέριων ρύπων. Διάχυση των αέριων ρύπων στην ατμόσφαιρα. Συγκέντρωση των αέριων ρύπων σε γεωργικές και βιομηχανικές περιοχές. 6. Ατμοσφαιρικό στρώμα του όζοντος Απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα. Η κλασσική θεωρία του όζοντος στη στρατόσφαιρα. Ανθρωπογενείς επιδράσεις στο ατμοσφαιρικό όζον. 7. Io νόσφαιρα Σχηματισμός και δομή της ιονόσφαιρας. Εφαρμογή της θεωρίας Chapman. Στοιχεία Φυσικής του πλάσματος.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη | Θεωρία 1. «Φυσικοχημεία Περιβάλλοντος, Τόμος Ι: Ακτινοβολία-Θερμοκήπιο- Κλιματική Αλλαγή, Κ. Βαρώτσος και Κ. Kontratyev, Εκδόσεις Π. Τραυλός, 2000 2. «Εισαγωγικά μαθήματα Φυσικής της Ατμόσφαιρας», Χ. Ζερεφός, Παπασωτηρίου, Αθήνα, 2009. 3. Radiation and Climate I.M. Vardavas, F.W. Taylor, Oxford University Press Inc., 2007 4. Atmospheric Radiation, I. Young Y.L., Oxford University Press Inc., 1989 Εργαστήριο 1) «Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας», Α. Σ. Ράπτη, 2001-2002, Πανεπιστήμιο Πατρών. 2) «Πανεπιστημιακές παραδόσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας», Α. Σ. Ράπτη, 2008, Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας, Πανεπιστήμιο Πατρών. 3) «Εισαγωγικά μαθήματα Φυσικής της Ατμόσφαιρας», Χ. Ζερεφός, Παπασωτηρίου, Αθήνα, 2009 " 4) «Πανεπιστημιακές παραδόσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας», Γ. Π. Μαντάς, Πανεπιστήμιο Πατρών . 5) In Radiation in the Atmosphere", K. Ya. Kondratyev, Academic Press, New York .
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι | Παραδόσεις με παρουσιάσεις powerpoint, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση ασκήσεων κρίσης από τους φοιτητές κατά τη διάρκεια των παραδόσεων Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας βάσει ατμοσφαιρικών και ηλιακών μετρήσεων.
Μέθοδοι αξιολόγησης/βαθμολόγησης | Γραπτή εξέταση στη θεωρία (60 % του τελικού βαθμού) + εβδομαδιαία εξέταση στις εργαστηριακές ασκήσεις και εξετάσεις εργαστηρίου με την ολοκλήρωσή του (40 % του τελικού βαθμού). Στη θεωρία, επίσης συμπεριλαμβάνονται υποχρεωτικά: 1. Εργασία παρουσίασης σύγχρονων θεμάτων που σχετίζονται με το αντικείμενο του μαθήματος (10% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5) 2. Εργασία με σκοπό την εξοικείωση με τη χρήση απλών μοντέλων διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας (10% του τελικού βαθμού, υπολογίζεται μόνον όταν στην τελική εξέταση ο φοιτητής εξασφαλίσει το βαθμό 5).
Γλώσσα διδασκαλίας | Ελληνικά. Mπορούν όμως να γίνουν οι παραδόσεις στην αγγλική γλώσσα στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα. Ελληνική. Επίσης, οι παραδόσεις και οι Εργαστηριακές Ασκήσεις μπορούν να γίνουν και στην Αγγλική.