T ίτλος του μαθήματος | Φυσική Ατμόσφαιρας Ι-Μετεωρολογία (+Εργαστήριο)
Κωδικός αριθμός μαθήματος | EEC421
Τύπος του μαθήματος | Υποχρεωτικό Κατεύθυνσης «Ενέργεια & Περιβάλλον»
Επίπεδο του μαθήματος | Προπτυχιακό
Έτος σπουδών | Τρίτο, Τέταρτο
Εξάμηνο | Πέμπτο , ΄Εβδομο
Πιστωτικές μονάδες ECTS | 5
Όνομα του διδάσκοντος/των διδασκόντων | Α. Αργυρίου, Αναπληρωτής Καθηγητής Α. Ράπτη, Λέκτορας
Επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος | Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα μπορεί να: Αναγνωρίζει τα δομικά χαρακτηριστικά του ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος και τους φυσικούς νόμους οι οποίοι καθορίζουν τη συμπεριφορά του. Εφαρμόζει τις αρχές της φυσικής στην επεξήγηση συνήθων μετεωρολογικών φαινομένων καθώς και προβλημάτων αιχμής στην ατμόσφαιρα, τη μετεωρολογία και την κλιματολογία. Στο τέλος του εργαστηρίου οι φοιτητές θα μπορούν να 1. Γνωρίζουν την δομή της ατμόσφαιρας, την μεταβολή με το ύψος της ατμοσφαιρικής πίεσης, θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας, ειδικής υγρασίας, τον σχηματισμό δρόσου, πάχνης και ομίχλης, τον σχηματισμό και τα είδη των νεφών, τα περιστατικά των κεραυνών, τις αέριες μάζες και την κυκλοφορία της Ατμόσφαιρας 2. Αναγνωρίζουν τις ηπειρωτικές και τις θαλάσσιες αέριες μάζες, την ταχύτητα και την διεύθυνση του ανέμου. 3. Υπολογίζουν την μερική πίεση των υδρατμών, την ειδική υγρασία, την αναλογία μίγματος των υδρατμών και την σχετική υγρασία από ατμοσφαιρικές μετρήσεις. 4. Εφαρμόζουν τις μετρήσεις ραδιοβολίδας στο θερμοδυναμικό Τεφίγραμμα. Εκτιμούν το ύψος του επιπέδου της υδροσυμπύκνωσης για τον σχηματισμό νεφών, και τον τύπο της αέριας μάζας.
Δεξιότητες | Στο τέλος αυτού του μαθήματος ο φοιτητής θα έχει περαιτέρω αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες: να επιδεικνύει γνώση και κατανόηση των ουσιωδών δεδομένων, εννοιών, αρχών και θεωριών που σχετίζονται με την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της και τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε αυτήν. να εφαρμόζει αυτή τη γνώση και κατανόηση στη λύση ποιοτικών και ποσοτικών προβλημάτων που σχετίζονται με τα περιεχόμενα του μαθήματος να κατέχει τη γνωστική βάση και εμπειρία για την πιθανή μελλοντική του ενασχόληση με μαθήματα επιλογής που εμβαθύνουν στη Φυσική της Ατμόσφαιρας, Μετεωρολογία, Κλιματολογία και Ατμοσφαιρική Ρύπανση. να έχει αποκτήσει στοιχειώδεις εισαγωγικές πειραματικές γνώσεις σε ότι αφορά τη μέτρηση βασικών μετεωρολογικών παραμέτων (οργανολογία – διαδικασίες μετρήσεως) να αλληλεπιδρά με άλλους σε προβλήματα φυσικής της ατμόσφαιρας ή διεπιστημονικής φύσης Στο τέλος του εργαστηρίου οι φοιτητές θα έχουν αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες: 1. Ικανότητα να εξηγούν τη μεταβολή με το ύψος των ατμοσφαιρικών παραμέτρων, όπως ατμοσφαιρικής πίεσης, θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας, ειδικής υγρασίας, αναλογίας μίγματος των υδρατμών, και να παρουσιάζουν την γραφική παράσταση με το ύψος. 2. Γνώση της εποχιακής μεταβολής των ατμοσφαιρικών παραμέτρων, και κατανόηση αυτών των φυσικών διαδικασιών 3. Ικανότητα να υπολογίζουν την ενεργό θερμοκρασία και την πυκνότητα του ατμοσφαιρικού αέρα. 4. Ικανότητα να εκτιμούν τις τάσεις μεταβολής των ατμοσφαιρικών παραμέτρων κατά την μετάβαση από την θερμή καλοκαιρινή εποχή στην ψυχρή χειμερινή εποχή. 5. Ικανότητα να υπολογίζουν το υετίσιμο ύδωρ από μετρήσεις ραδιοβολίδας.
Προαπαιτήσεις | Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Οι φοιτητές θα πρέπει να έχουν τουλάχιστον βασικές γνώσεις Κυματικής, Ρευστομηχανικής, Θερμοδυναμικής, Ηλεκτρομαγνητισμού, Οπτικής, Διαφορικού και Ολοκληρωτικού Λογισμού καθώς και βασικές εργαστηριακές δεξιότητες όσον αφορά τη μέτρηση φυσικών μεγεθών και υπολογισμό σφαλμάτων.
Περιεχόμενα (ύλη) του μαθήματος | 1 Η Ατμόσφαιρα της Γής (1) Γενικά Μέγεθος της ατμόσφαιρας Σύσταση κατώτερης ατμόσφαιρας Θερμοκρασία της ατμόσφαιρας 2 Η Ατμόσφαιρα της Γης (2) Κατακόρυφη κατανομή της Θερμοκρασίας Πίεση της Ατμόσφαιρας Γεωδυναμικό 3 Η Ατμόσφαιρα της Γης (3) Απλά ατμοσφαιρικά μοντέλα Οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα 4 Θερμοδυναμική της Ατμόσφαιρας (1) Καταστατική εξίσωση Πρώτο Θερμοδυναμικό αξίωμα 5 Θερμοδυναμική της Ατμόσφαιρας (2) Θερμοδυναμικές Μεταβολές στην Ατμόσφαιρα Ισοδύναμη Θερμοκρασία Δυνητική θερμοκρασία 6 Φυσική των νεφών Συμπύκνωση των υδρατμών Θεωρίες σχηματισμού της βροχής Ταξινόμηση των νεφών 7 Ευστάθεια της Ατμόσφαιρας Κατακόρυφη θερμοβαθμίδα ως μέτρο αστάθειας Θερμοκρασιακές αναστροφές Η ενέργεια της ατμόσφαιρας ως μέτρο της αστάθειας 8 Κίνηση Αερίων Μαζών (1) Δυνάμεις που καθορίζουν την κίνηση Εξισώσεις κίνησης (1) 9 Κίνηση Αερίων Μαζών (2) Εξισώσεις κίνησης (2) Κίνηση ανέμου στο οριακό στρώμα 10 Αέριες Μάζες (1) Χαρακτηριστικά αερίων μαζών Μέτωπα - Είδη μετώπων Μόνιμες μετωπικές επιφάνειες 11 Αέριες Μάζες (2) Υφέσεις Αντικυλώνες 12 Γενική Κυκλοφορία της Ατμόσφαιρας Άνεμοι στην επιφάνεια του πλανήτη Άνεμοι στην τροπόσφαιρα – Δακτύλιοι Η adley Μακρά κύματα στην τροπόσφαιρα (κύματα Rossby) 13 Κλίμα Περιεχόμενα (ύλη) του εργαστηρίου 1. Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας α) Προσδιορισμός της σταθεράς ψυχρομέτρου β) Προσδιορισμός της απόλυτης υγρασίας, ειδικής υγρασίας, αναλογίας μίγματος των υδρατμών και σχετικής υγρασίας γ) Προσδιορισμός της ενεργού θερμοκρασίας, του μοριακού βάρους, και της πυκνότητας του ατμοσφαιρικού αέρα. δ) Προσδιορισμός της ατμοσφαιρικής πίεσης στην επιφάνεια της θάλασσας. ε) Μεταβολή των ατμοσφαιρικών παραμέτρων με το ύψος βάσει μετρήσεων ραδιοβολίδας. Υπολογισμός του υετίσιμου ύδατος. στ) Εφαρμογή των μετρήσεων ραδιοβολίδας στο Τεφίγραμα. Υπολογισμός του επιπέδου συμπύκνωσης των υδρατμών. ζ) Μεταβολή των ατμοσφαιρικών παραμέτρων κατά την μετάβαση από την θερμή καλοκαιρινή εποχή στην ψυχρή χειμερινή εποχή. η) Εποχιακή μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης, ειδικής υγρασίας, και σχετικής υγρασίας. Γραφικές παραστάσεις. 2. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας Προέλευση και σύσταση της Ατμόσφαιρας. Κατανομή των ατμοσφαιρικών συστατικών με το ύψος. Μεταβλητά συστατικά. Κατανομή της θερμοκρασίας με το ύψος, ατμοσφαιρικές περιοχές. 3. Επίδραση της βαρύτητας στην ατμόσφαιρα Γεωδυναμικό. Υδροστατική εξίσωση της ατμόσφαιρας. Διάχυση των ατμοσφαιρικών συστατικών, κλίμακα ύψους 4. Ατμοσφαιρική θερμοδυναμική Ενεργός θερμοκρασία. Υψομετρική εξίσωση. Δυναμική θερμοκρασία. Εξίσωση Clausius-Clapeyron. Ειδική υγρασία, απόλυτη υγρασία, αναλογία μίγματος των υδρατμών, σχετική υγρασία. Σχηματισμός δρόσου, πάχνης, ομίχλης. Ξηρή αδιαβατική θερμοβαθμίδα. Ατμοσφαιρική θερμοβαθμίδα. Τεφίγραμα της Εθνικής Μετεωρολογικής Υπηρεσίας. 5. Φυσική των νεφών Είδη νεφών. Ατμοσφαιρικά αιωρήματα. Σχηματισμός νεφών. Ομογενής και ετερογενής υδροσυμπύκνωση. Σχηματισμός κρυστάλλων στα νέφη. 6. Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός Διαχωρισμός ιόντων στα νέφη. Κεραυνοί. 7. Δυναμική της ατμόσφαιρας Εξίσωση κίνησης των αερίων μαζών. Κλίμακες ατμοσφαιρικών κινήσεων. Άνεμοι. Ατμοσφαιρικές αέριες μάζες, και μέτωπα.
Συνιστώμενη βιβλιογραφία προς μελέτη | 1. Χ. Σ. Σαχσαμάνογλου, Τ. Ι. Μακρογιάννη, Γενική Μετεωρολογία, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1998. 2. Χ. Σ. Ζερεφού, Εισαγωγικά Μαθήματα στη Φυσική της Ατμόσφαιρας, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα, 2009. 3. Α. Α. Φλόκα, Μαθήματα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1994. 4. Κ. Βαρώτσου, K. Kondratyev, Φυσικοχημεία Περιβάλλοντος, Τόμος Ι, Εκδόσεις Π. Τραυλός, Αθήνα, 2000. Για το εργαστήριο: 1. 1 . Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας, Α. Σ. Ράπτη, 2002, Πανεπιστήμιο Πατρών. 2. Πανεπιστημιακές Παραδόσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας - Μετεωρολογίας, Γ. Π. Μαντά, Πανεπιστήμιο Πατρών. 3. Πανεπιστημιακές Παραδόσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας, Α. Σ. Ράπτη, 2008, Πανεπιστήμιο Πατρών.
Διδακτικές και μαθησιακές μέθοδοι | Παραδόσεις με παρουσιάσεις ηλεκτρονικών διαφανειών, φροντιστήρια με υποδειγματική επίλυση προβλημάτων, επίλυση ασκήσεων κρίσης από τους φοιτητές κατά τη διάρκεια των παραδόσεων, Παραδόσεις, και Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής της Ατμόσφαιρας βάσει ατμοσφαιρικών μετρήσεων και κλιματικών δεδομένων. .
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).
Γλώσσα διδασκαλίας | Ελληνική. Άμεση δυνατότητα παραδόσεων στην αγγλική γλώσσα, κατόπιν αποφάσεως των αρμοδίων οργάνων, στην περίπτωση που αλλοδαποί φοιτητές παρακολουθούν το πρόγραμμα.