PRESENTACIÓ FÍSICA DE LA ATMOSFERA (Optativa, Grau de Física) Romualdo Romero March

Transcripción

1 PRESENTACIÓ FÍSICA DE LA ATMOSFERA (Optativa, Grau de Física) Romualdo Romero March

2 INTRODUCCIÓN La Física de la Atmósfera tiene como objetivo el estudio de la física, dinámica y composición química de la atmósfera, incluyendo los efectos relacionados con la presencia de la superficie terrestre Fin último: Comprensión completa y predicción precisa de los fenómenos atmosféricos Carácter pluridisciplinar Fenómenos atmosféricos que definen el tiempo meteorológico y su dependencia temporal CLIMATOLOGÍA Propiedades de la atmósfera que de un modo estadístico, a través del tiempo, definen el clima

3 ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA FÍSICA No explícitamente relacionada con los movimientos atmosféricos. Estudia la estructura y composición de la atmósfera, la transferencia de radiación electromagnética y ondas acústicas, la formación de nubes y precipitación, la electricidad atmosférica SINÓPTICA Descripción, análisis y predicción de los movimientos atmosféricos de gran escala. A partir de los modelos empíricos surgidos de la red sinóptica de observación DINÁMICA Estudio de los movimientos atmosféricos y su evolución temporal, utilizando un enfoque basado en los principios de la dinámica de fluidos

4 ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA FÍSICA SINÓPTICA DINÁMICA No explícitamente relacionada con los movimientos atmosféricos. Estudia la estructura y composición de la atmósfera, la transferencia de radiación electromagnética y ondas acústicas, la formación de nubes y precipitación, la electricidad atmosférica Macrometeorología (L > 2000 km) Descripción, análisis y predicción de los movimientos Estudio de los movimientos atmosféricos y su evolución atmosféricos de gran escala. A temporal, utilizando un Ondas partir de ultra-largas los modelos de Rossby, Ciclones enfoque extratropicales basado en los empíricos surgidos de la red principios de la dinámica de sinóptica de observación fluidos Mesometeorología (2 km < L < 2000 km) Tormentas, líneas de turbonada, frentes, bandas de precipitación de ciclones extratropicales y tropicales, ondas inercialesgravitatorias, ondas de montaña, brisas Micrometeorología (L < 2 km) Ondas gravitatorias cortas, células convectivas, capa fronteriza

5 ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA FÍSICA SINÓPTICA DINÁMICA Termodinámica No explícitamente Atmosférica relacionada Radiación con los Atmosférica movimientos Meteorología atmosféricos. Satélite/Radar Estudia la (Teledetección) estructura y composición de la Óptica atmósfera, Atmosférica la transferencia de Acústica radiación Atmosférica electromagnética y ondas Electricidad acústicas, Atmosférica la formación de Física nubes de y Nubes precipitación, (Microfísica la y Dinámica) electricidad atmosférica Simulación y Predicción Numérica del Tiempo Macrometeorología (L > 2000 km) Descripción, análisis y Estudio de los movimientos predicción de los movimientos atmosféricos y su evolución atmosféricos Circulación de General gran escala. A temporal, utilizando un Teoría Ondas partir Cuasigeostrófica de ultra-largas los modelos de / Rossby, PV thinking Ciclones enfoque extratropicales basado en los empíricos Inestabilidad surgidos barotrópica de la red y baroclina principios de la dinámica de Dinámica sinóptica Tropical de observación fluidos O Dinámica de la Atmósfera Media Mesometeorología (2 km < L < 2000 km) Tormentas, Teoría Semigeostrófica líneas de turbonada, frentes, bandas de precipitación D Inestabilidad de ciclones Simétrica, extratropicales Simétrica y tropicales, Condicional, ondas etc inercialesgravitatorias, de Tormentas ondas de montaña, brisas Dinámica CISK / Teoría de Interacción Aire-Mar A Micrometeorología (L < 2 km) Ondas Turbulencia gravitatorias Atmosférica cortas, células convectivas, capa fronteriza N S

6 FÍSICA DE LA ATMÓSFERA EN EL GRADO Cálculo Vectorial BAS 1º / 6 ECTS Termodinámica OBL 2º / 6 ECTS Fís. Asist. por Ordenador BAS 1º / 6 ECTS Ec. Diferenciales I OBL 2º / 6 ECTS Ec. Diferenciales II OBL 2º / 6 ECTS Física de los Medios Continuos OBL 3º / 6 ECTS Física Computacional OBL 3º / 6 ECTS Física del Medio Ambiente OPT 3º-4º / 3 ECTS Física del Clima OPT 3º-4º / 6 ECTS English for Science OPT 3º-4º / 6 ECTS Física de la Atmósfera OPT 3º-4º / 6 ECTS Trabajo fin de grado 6 ECTS Física Experimental II OBL 3º / 6 ECTS Sistemas Dinámicos OPT 3º-4º / 6 ECTS Oceanografía Física OPT 3º-4º / 6 ECTS Prácticas Externas OPT 4º / 6 ECTS

7 FÍSICA DE LA ATMÓSFERA EN EL GRADO Cálculo Vectorial BAS 1º / 6 ECTS Termodinámica OBL 2º / 6 ECTS Fís. Asist. por Ordenador BAS 1º / 6 ECTS Ec. Diferenciales I OBL 2º / 6 ECTS Ec. Diferenciales II OBL 2º / 6 ECTS Física de los Medios Continuos OBL 3º / 6 ECTS Física Computacional OBL 3º / 6 ECTS Física de la Atmósfera OPT 3º-4º / 6 ECTS Física Experimental II OBL 3º / 6 ECTS Composición y estructura atmosférica Física del Medio Ambiente Sistemas Dinámicos OPT 3º-4º / Estructura 3 ECTS y evolución de los sistemas meteorológicos de latitudes OPT medias 3º-4º / 6 ECTS Termodinámica atmosférica Física del Clima OPT 3º-4º El / 6 movimiento ECTS atmosférico La ecuación de vorticidad English for Science Trabajo fin de grado OPT 3º-4º Teoría / 6 cuasigeostrófica ECTS 6 ECTS Predicción numérica del tiempo Oceanografía Física OPT 3º-4º / 6 ECTS Prácticas Externas OPT 4º / 6 ECTS

8 OBJETIVO DE LA ASIGNATURA Adquisición de unos conocimientos sobre Física de la Atmósfera, tanto teóricos como prácticos, que se ajusten en la mayor medida posible a las necesidades actuales del ámbito laboral o de investigación afín Conceptos y aplicaciones de Meteorología Dinámica de Latitudes Medias (Predicción Numérica del Tiempo) Oposiciones a los cuerpos de ayudantes y meteorólogos de la AEMET Organismos, agencias y empresas relacionadas con el Medio Ambiente... Investigación atmosférica o climática (p.e. Grupo de Meteorología de la UIB) Formación básica de los estudiantes en Meteorología Dinámica y su aplicación numérica, a través de la caracterización de los sistemas meteorológicos de latitudes medias, la presentación de los principales elementos físico-matemáticos que los describen, la derivación y aplicación de las teorías clásicas que permiten explicar su comportamiento y evolución, y una introducción teórica y práctica al problema de la Predicción Numérica del Tiempo

9 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( CONTENIDOS TEÓRICOS ) Tema 1. Termodinámica atmosférica 1.1 Estructura y composición de la atmósfera 1.2 Índices de humedad 1.3 Termodinámica del aire seco y aire húmedo no saturado 1.4 Curvas de equilibrio para las fases del agua 1.5 Saturación en la atmósfera 1.6 Termodinámica del aire húmedo: procesos pseudoadiabáticos 1.7 Estabilidad: el método de la partícula 1.8 Diagrama termodinámico oblicuo Bibliografía Emanuel, K. A., 1994: Atmospheric convection, Oxford University Press Iribarne, J. V. y W. L. Godson, 1981: Atmospheric thermodynamics, 2 nd Edition, D. Reidel Publishing Company

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11 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( CONTENIDOS TEÓRICOS ) Tema 2. El movimiento atmosférico 2.1 Cinemática del campo de viento 2.2 Ecuaciones básicas 2.3 Coordenada vertical generalizada: Casos isobárico e isentrópico 2.4 Coordenadas naturales: Aplicación a un flujo de balance 2.5 Análisis de escala para movimientos de escala sinóptica en latitudes medias 2.6 Geostrofía, balance hidrostático y viento térmico 2.7 Viento ageostrófico: Componentes isalobárica e inercial-advectiva 2.8 Velocidad vertical: Método cinemático y método adiabático 2.9 Presión superficial: Ecuación de la tendencia hidrostática Bibliografía Bluestein, H. B., 1992: Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes, Volumen I, Oxford University Press Holton, J. R., 1992: An introduction to dynamic meteorology, 3 rd Edition, Academic Press

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13 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( CONTENIDOS TEÓRICOS ) Tema 3. Vorticidad y Circulación 3.1 Ecuación de vorticidad en coordenadas de altura: Vorticidad potencial barotrópica de Rossby 3.2 Teoremas de la circulación 3.3 Efecto de la fricción turbulenta en la capa fronteriza: Perfil de Ekman y pumping / succión 3.4 Ecuación de vorticidad en coordenadas isobáricas 3.5 Velocidad vertical: Método de la ecuación de vorticidad 3.6 Ecuación de vorticidad en coordenadas isentrópicas: Vorticidad potencial baroclina de Ertel Bibliografía Bluestein, H. B., 1992: Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes, Volumen I, Oxford University Press Holton, J. R., 1992: An introduction to dynamic meteorology, 3 rd Edition, Academic Press

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15 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( CONTENIDOS TEÓRICOS ) Tema 4. Teoría Cuasigeostrófica 4.1 Características de la circulación de escala sinóptica en latitudes medias 4.2 Aproximación cuasigeostrófica: Ecuaciones de vorticidad y termodinámica 4.3 Ecuación de la tendencia cuasigeostrófica: Interpretación matemática y física 4.4 Ecuación ω cuasigeostrófica: Interpretación matemática y física 4.5 Ecuación ω: Formulación de Tremberth y del vector Q 4.6 Ecuación de la vorticidad potencial cuasigeostrófica: Principios de conservación e invertibilidad 4.7 PV thinking de los desarrollos sinópticos extratropicales Bibliografía Bluestein, H. B., 1992: Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes, Volumen I, Oxford University Press Bluestein, H. B., 1992: Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes, Volumen II, Oxford University Press Carlson, T. N., 1991: Mid-latitude weather systems, HarperCollins Academic

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18 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( CONTENIDOS TEÓRICOS ) Tema 5. Predicción Numérica del Tiempo 5.1 Objetivo y desarrollo histórico 5.2 Base física de los modelos filtrados: modelos cuasigeostróficos 5.3 Modelo barotrópico 5.4 Modelos barotrópico equivalente 5.5 Modelo baroclino multinivel Bibliografía Haltiner, G. J. y R. T. Willians, 1980: Numerical prediction and dynamic meteorology, John Wiley & Sons Holton, J. R., 1992: An introduction to dynamic meteorology, 3 rd Edition, Academic Press

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20 PROGRAMA DE LA ASIGNATURA ( PRÁCTICAS ) Práctica 1. Análisis automático de un sondeo observado: - Estudio de la inestabilidad convectiva y latente Práctica 2. Determinación de la velocidad vertical por el método cinemático: - Ajuste de O Brien Práctica 3. Teoría cuasigeostrófica I: - Cálculo numérico de vorticidades y advecciones geostróficas Práctica 4. Teoría cuasigeostrófica II: - Resolución de la ecuación ω según la formulación de Holton Práctica 5. Predicción numérica I: - Modelo barotrópico Práctica voluntaria. Predicción numérica II: - Modelo barotrópico equivalente

21 CONTINUIDAD EN EL MÁSTER FAMA Dinámica de fluidos geofísicos FLU GEO / 3 ECTS Análisis espacial y asimilación de datos FLU GEO / 3 ECTS Ondas e inestabilidades en fluidos geofísicos FLU GEO / 3 ECTS Fundamentos de meteorología y oceanografía física FLU GEO / 3 ECTS Técnicas tratamiento masivo de datos COMPLEM / 6 ECTS Computación distribuida COMPLEM / 3 ECTS Egresados del Grado en Física 60 ECTS Trabajo fin de Máster 24 ECTS Métodos de simulación por volúmenes finitos MAT APL / 3 ECTS Turbulencia y capa límite atmosférica FLU GEO / 3 ECTS Simulación numérica de fluidos geofísicos FLU GEO / 3 ECTS Predecibilidad y predicción probabilística FLU GEO / 3 ECTS Circulaciones de mesoescala FLU GEO / 3 ECTS

22 ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA FÍSICA SINÓPTICA DINÁMICA Termodinámica Atmosférica Radiación Atmosférica Meteorología Satélite/Radar (Teledetección) Óptica Atmosférica Acústica Atmosférica Electricidad Atmosférica Física de Nubes (Microfísica y Dinámica) Simulación y Predicción Numérica del Tiempo Mesometeorología (2 km < L < 2000 km) Teoría Semigeostrófica Inestabilidad Simétrica, Simétrica Condicional, etc Dinámica de Tormentas CISK / Teoría de Interacción Aire-Mar Turbulencia Atmosférica Macrometeorología (L > 2000 km) Circulación General Teoría Cuasigeostrófica / PV thinking Inestabilidad barotrópica y baroclina Dinámica Tropical Dinámica de la Atmósfera Media Micrometeorología (L < 2 km) O N D A S

23 ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA FÍSICA SINÓPTICA DINÁMICA Termodinámica Atmosférica Radiación Atmosférica Meteorología Satélite/Radar (Teledetección) Óptica Atmosférica Acústica Atmosférica Electricidad Atmosférica Física de Nubes (Microfísica y Dinámica) Simulación y Predicción Numérica del Tiempo Mesometeorología (2 km < L < 2000 km) Teoría Semigeostrófica Inestabilidad Simétrica, Simétrica Condicional, etc Dinámica de Tormentas CISK / Teoría de Interacción Aire-Mar Turbulencia Atmosférica Macrometeorología (L > 2000 km) Circulación General Teoría Cuasigeostrófica / PV thinking Inestabilidad barotrópica y baroclina Dinámica Tropical Dinámica de la Atmósfera Media Micrometeorología (L < 2 km) O N D A S

24 GRÀCIES PER LA VOSTRA ATENCIÓ!!!