25.03.08 – метеорология, климатология, агрометеорология

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 14 июля 2010 г. № 167
 

Цели и задачи программы-минимум:

  • обеспечить освоение аспирантом (соискателем) минимума необходимых знаний по метеорологии, климатологии и агрометеорологии, отражающих их современный понятийный аппарат, методический арсенал и накопленную информацию об основных закономерностях и зависимостях в предметных областях данных наук;
  • обеспечить знание основных глобальных и региональных проблем, связанных с воз­действием человека на атмосферу, международного и национального законодательства в об­ласти охраны воздушной среды и климата;
  • обеспечить приобретение аспирантом (соискателем) практических навыков исследо­ваний в области метеорологии, климатологии и агрометеорологии (освоение современных методов исследования, основных типов измерительного оборудования, программных средств, форматов данных и др.).

Основные темы:

1. Метеорология

Предмет метеорологии. Основные понятия и их определения: атмосфера, тропосфера, мезосфера, солнечная радиация, альбедо, радиационный баланс, тепловой баланс, погода, климат, воздушная масса, атмосферный фронт, ветер, циклон, антициклон.

1.1. Строение и состав атмосферы

Строение атмосферы. Понятие об атмосферных слоях. Состав атмосферного воздуха и его изменение с высотой. Водяной пар. Главные малые газовые составляющие. Свободные радикалы. Атмосферный аэрозоль. Первичные и вторичные аэрозоли в атмосфере. Техноген­ный аэрозоль. Стратосферный аэрозоль. Климатические эффекты аэрозоля.

Вертикальная структура метеорологических параметров в атмосфере. Вертикальное распределение температуры, давления, плотности. Стандартная атмосфера. Зональное и про­странственно-временное распределение. Тропопауза. Уравнение статики. Барометрическая формула и ее применение.

1.2. Солнечная и инфракрасная радиация в атмосфере

Понятие о солнечной радиации. Солнечная постоянная. Распределение энергии в сол­нечном спектре. Прямая и рассеянная радиация. Прозрачность атмосферы. Земное излучение и излучение атмосферы.

Инфракрасная радиация в атмосфере. Основные фотометрические величины. Физика радиационных процессов. Функция Планка. Излучение абсолютно черного тела. Основные законы излучения. Рассеяние и поглощение радиации в атмосфере.

Радиационный режим и тепловой баланс. Понятие о радиационном режиме и тепловом балансе земной поверхности. Общие характеристики радиационного режима. Прямая солнечная радиация. Рассеянная радиация. Суммарная радиация. Альбедо подстилающей поверхности. Радиационный баланс подстилающей поверхности. Парниковый эффект. Методы расчета турбулентных потоков явного и скрытого тепла в приземном слое атмосферы. Осно­вы теории подобия Монина—Обухова. Географическое распределение составляющих радиационного баланса. Распределение суммарной радиации на земном шаре. Распределение радиационного баланса. Географическое распределение средних многолетних характеристик альбедо подстилающей поверхности.

1.3. Динамика атмосферы

Термодинамика атмосферы. Понятие о термодинамических процессах в атмосфере. Сухоадиабатические процессы. Влажноадиабатические процессы. Термодинамическая ус­тойчивость атмосферы. Критерии устойчивости. Метод слоя. Фазовые переходы в атмосфере. Ядра конденсации. Ледяные ядра. Рост капель облаков. Рост кристаллов в облаках. Гло­бальный баланс влаги в атмосфере.

Общая циркуляция атмосферы, давление и ветер. Понятие об общей циркуляции атмосферы. Фундаментальные законы гидро- и термодинамики и их приложение к изучению атмосферных процессов. Барометрические формулы для политропной атмосферы и для больших высот. Барическое поле и ветер. Линии тока и траектории частиц воздуха. Изобары. Характеристики поля ветра: дивергенция, вихрь, циркуляция скорости. Геострофический ветер. Термический ветер. Понятие о воздушных массах. Термодинамическая и географическая классификация воздушных масс. Трансформация воздушных масс. Местные циркуляции: фены, бризы, горно-долинные ветры.

Пограничный слой атмосферы. Общие представления о строении пограничного слоя атмосферы. Типовые профили скорости ветра, температуры и влажности воздуха. Суточный ход температуры, ветра и влажности воздуха на разных высотах. Особенности строения пограничного слоя в условиях горизонтально неоднородной поверхности.

Численный анализ метеорологических полей. Понятие об уравнении движения, сохранения массы и притока тепла в локальных декартовых координатах. Критерии подобия. Сис­темы упрощенных уравнений, некоторые виды стационарных течений. Внутренние гравитационные волны, адаптация полей ветра и давления. Гидродинамическая неустойчивость зонального потока. Уравнение энергии, переходы одних видов энергии в другие. Кинетическая и доступная потенциальная энергия общей циркуляции атмосферы. Цикл Лоренца. Общие сведения о методах численного решения уравнений гидротермодинамики.

1.4. Вода в атмосфере

Влажность. Характеристики влажности. Вертикальное распределение влажности. Зональное распределение влажности. Пространственно-временное распределение влажности.

Облака. Общие сведения о формировании облаков. Конденсация и сублимация водяно­го пара в атмосфере. Микроструктура и водность. Классификации облаков и туманов. Основные атмосферные процессы, приводящие к образованию облаков различных форм. Повторяемость и пространственная структура облаков различных форм. Облачные системы те­плых фронтов. Облачные системы холодных фронтов. Облачные системы фронтов окклюзии. Вертикальная структура облаков различных форм.

Осадки. Общие сведения об образовании осадков. Географическое распределение осадков. Типы годового хода осадков. Основные закономерности пространственного распределе­ния годового количества осадков. Основные характеристики поля атмосферных осадков на континентах. Классификация осадков. Пространственно-временная структура полей осадков. Химический состав осадков, диффузия атмосферных примесей в пограничном слое и транс­граничный перенос. Кислотные дожди. Искусственное воздействие на облака и осадки. Снежный покров: физические свойства, географическое распределение и климатическое значение.

1.5. Средняя и верхняя атмосфера

Радиационные процессы в средней и верхней атмосфере. Поглощение. Коротковолно­вая область. Длинноволновая область. Рассеяние. Уравнение переноса излучения. Нагревание средней атмосферы коротковолновой (солнечной) радиацией. Фотодиссоциация. Солярный климат верхней границы атмосферы. Планетарное альбедо. Уходящее длинноволновое излучение. Тепловой баланс системы Земля-атмосфера.

Состав и химия средней атмосферы. Глобальное распределение атмосферного озона и его изменчивость. Вертикальное распределение озона. Метан. Формальдегид. Оксид углерода. Диоксид углерода. Углеводороды. Водяной пар. Закись азота. Фреоны. Свободные электроны в мезосфере.

Атмосферное электричество и атмосферная акустика. Распространение электромагнитных волн в атмосфере. Скорость звука в атмосфере. Поглощение звука в воздухе. Рефракция звука. Акустическое зондирование атмосферы.

1.6. Синоптическая метеорология

Предмет и метод синоптической метеорологии. Синоптическая метеорология и синоптический метод исследования и предсказания погоды. Основные приемы и принципы синоптического анализа.

Синоптические системы и явления погоды. Понятие об атмосферных фронтах. Теплый и холодный фронты, высотные фронтальные зоны и струйные течения. Циклоны и антициклоны. Тропические циклоны. Конвективные явления. Струйные течения. Смерчи. Местная циркуляция. Обледенение. Метели. Туманы. Пыльные бури. Град. Грозы.

Атмосферная циркуляция. Общее понятие об атмосферной циркуляции. Зональные различия атмосферной циркуляции. Атмосферная циркуляция в умеренных широтах: центры действия атмосферы, циклоническая деятельность, струйные течения. Внетропические циклоны и антициклоны, их возникновение, эволюция и прогноз перемещения. Внетропиче­ские муссоны. Атмосферная циркуляция в тропиках: пассаты, муссоны, внутритропическая зона конвергенции, Эль-Ниньо, тропические циклоны.

Прогноз погоды. Общее понятие о прогнозе погоды. Постановка задачи численного прогноза погоды. Прогноз перемещения фронта. Фронтогенез и фронтолиз. Методология краткосрочного прогноза температуры и осадков, ветров и опасных погодных явлений. Прогностические модели и системы усвоения данных. Методы статистической интерпретации численных прогнозов погоды. Согласование начальных данных для прогностических моде­лей, четырехмерное усвоение данных. Общие сведения о параметризации физических про­цессов в моделях прогноза (подсеточной турбулентности, радиационных потоков, крупномасштабной конденсации, конвекции).

1.8. Методы исследования атмосферы

Наземные методы. Состав наблюдений метеорологических параметров на метеостан­циях. Программы метеонаблюдений. Приборы и оборудование, используемые при наблюдении за солнечной радиацией, атмосферным давлением, температурой, осадками, влажностью. Метеорологические зонды. Методическое обеспечение метеонаблюдений.

Дистанционные методы. Основные понятия о дистанционных наблюдениях. Физические основы измерений со спутников. Излучение системы Земля-атмосфера как источник метеорологической информации при наблюдениях из космоса. Особенности получения спутниковой информации и ее преимущества по сравнению с наземной метеорологической сетью станций. Метеорологическое дешифрирование космических снимков земли. Дистан­ционное зондирование атмосферы и подстилающей поверхности. Пассивная и активная ра­диолокация. Лидары.

2. Климатология

Основные понятия и термины: климат, климатообразующий процесс, климатообра-зующий фактор, классификация климатов, климатическое районирование.

2.1. Климатическая система

Предмет климатологии. Понятие о климате и климатической системе. Общие закономерности формирования климата. Атмосфера и ее роль в климатической системе. Погода и климат. Климатообразующие факторы. Климатические функции мирового океана. Биота и биосфера, углеродный цикл, биологическая регуляция климата. Воздействие человека на климат. Классификация климатов Б.П.Алисова, В.Кеппена-Г.Треварта, М.И.Будыко-А.А.Григорьева, Л.С.Берга. Климатическое районирование.

История климата. Общие закономерности эволюции климата. Механизмы климатиче­ских изменений. Изменения климата в плейстоцене и голоцене. Изменения климата в историческую и современную эпохи и их проявления в термическом режиме, режиме увлажнения и поведения оледенения, изменения уровня Мирового океана и др. Атмосферные примеси в тропосфере и стратосфере и их воздействие на климат. Антропогенное воздействие на со­стояние глобального климата. Изменение климатообразующих факторов (содержания парниковых газов, атмосферного аэрозоля, величины солнечной постоянной) в современную эпо­ху.

2.2. Управление данными о климате. Моделирование климата.

Общие принципы сбора, обработки, контроля, хранения и распространения метеорологических и климатических данных. Моделирование климата. Постановка задачи численного моделирования. Основные типы климатических моделей: энергобалансовые модели, модели общей циркуляции атмосферы и океана, модели промежуточной сложности. Валидация климатических моделей. Прогноз изменений климата.

2.3. Прикладная климатология

Основные аспекты влияния климата на хозяйственную деятельность человека. Климат и его воздействие на сельское, лесное и водное хозяйство. Климат и энергетика. Климат и проблемы проектирования и строительства. Влияние метеорологических и климатических факторов на условия труда, быта, здоровья населения. Биоклиматология человека. Климат и транспорт. Климат и социально-экономические факторы. Адаптация различных отраслей экономики к изменениям климата.

3. Воздействия антропогенной деятельности на атмосферу и климат

Основные понятия и термины: источник загрязнения, фоновое загрязнение, мониторинг загрязнения, нормативы воздействия на атмосферный воздух, предельно допустимая концентрация, предельно допустимый выброс.

3.1. Источники воздействия на атмосферный воздух

Классификации источников воздействия на атмосферный воздух. Природные и антро­погенные источники выбросов. Стационарные и мобильные (передвижные) источники. Источники и стоки парниковых газов. Фоновое загрязнение атмосферы. Антропогенные изменения локального соотношения газовых и аэрозольных компонент в атмосферном воздухе.

Модели переноса и рассеяния загрязняющих веществ. Основные типы моделей переноса и рассеяния. Моделирование трансграничного переноса загрязняющих веществ.

Регулирование воздействий на атмосферный воздух. Законодательство Республики Бе­ларусь в области охраны атмосферного воздуха и климата. Закон об охране атмосферного воздуха. Нормативная техническая база охраны атмосферного воздуха в Беларуси.

3.2. Качество атмосферного воздуха

Критерии качества атмосферного воздуха. Нормирование. Предельно допустимые концентрации. Методы оценки качества атмосферного воздуха.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха в городах Беларуси. Приоритетные загрязняющие вещества в атмосферном воздухе городов. Различия городов по уровню загрязнения воздуха. Моделирование и расчет загрязнения атмосферного воздуха.

Мониторинг атмосферного воздуха. Цели и задачи мониторинга. Методы мониторинга качества атмосферного воздуха. Национальная система мониторинга окружающей среды Республики Беларусь и место в ней мониторинга качества атмосферного воздуха в Беларуси. Нормативная база мониторинга воздушной среды.

Международные соглашения и программы в области охраны атмосферного воздуха. Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Международные соглашения по борьбе с изменениями климата. Рамочная конвенция об изменении климата. Киотский протокол. Научные программы в области мониторинга атмосферы и климата. Программа ЕМЕП.

4. Агрометеорология и агроклиматология

Основные понятия и термины: агрофитоценоз, газообмен, фотосинтез, фотосинтетиче-ски активная радиация, продуктивность, фактор среды, фаза, экотип.

Агрометеорология как наука. Предмет и задачи агрометеорологии. Место в системе биологических, физических, географических и сельскохозяйственных наук. Основные представления о метеоклиматических факторах и процессах среды, влияющих на сельскохозяйственные растения и агрофитоценозы.

Энергетика продукционного процесса. Радиационный режим. Газообмен (фотосинтез, фотодыхание и дыхание) как процессы создания биомассы. Суточные продуктивные ресурсы для газообмена для различных экотипов растений в различных метеоклиматических усло­виях. Роль лучистой энергии и фотосинтетически активной радиации (ФАР) в отдельные периоды вегетации.

Водно-тепловой режим агрофитоценозов. Факторы среды (температура воздуха и поч­вы, влажность воздуха и почвы, испарение и испаряемость, транспирация растений, осадки, ветер), их изменчивость и дифференциация. Общие и продуктивные запасы влаги и их распределение по глубине почвы. Критические периоды по влаге. Экотипы растений по отношению к температуре и влаге. Жизненные формы как стратегии адаптации растений к среде. Агрометеорологические условия в холодное время года и перезимовка растений. Проблемы вымерзания, выпревания, вымокания растений. Снежный покров и ледяная корка. Возможности прогноза состояния растений в различные периоды.

Требования основных сельскохозяйственных культур к агрометеоклиматическим условиям. Основные потребности растений к условиям в зависимости от их типа. Возможности регуляции продуктивности и прогноза урожая.

Неблагоприятные стихийные гидрометеорологические явления. Заморозки, засухи, су­ховеи, град, ливни, ураганы, пыльные бури. Роль неблагоприятных явлений в разные периоды онтогенеза растений.

Агрометеорологические ресурсы, агрометеорологическое и агроклиматическое районирование. Методы оценки агрометеорологических ресурсов. Агрометеорологическая информация и требования к ней. Районирование и интродукция сельскохозяйственных культур. Агроклиматическое районирование Беларуси. Агрометеорологические прогнозы. Прогноз погоды и оценка климатических изменений как основа прогноза урожая. Информационное агрометеорологическое обеспечение сельского хозяйства. Агрометеослужба, агрометео-станции, агрометеорологические и агроклиматические бюллетени, справочники, карты.

Основная литература

  1. Аргунчинцев, В. К. Динамическая метеорология : учеб. пособие / 
    В. К. Аргунчинцев. -2-е изд., испр. и доп. - Иркутск : Изд-во ИГУ, 2009. - 161 с.
  2. Безуглая Э.Ю., Смиронова И.В. Воздух городов и его изменения. СПб, Астерион, 2008.
  3. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д.. Численные методы прогноза погоды. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1989.
  4. Воробьев В.И. Основные понятия синоптической метеорологии. Учебное пособие. Санкт-Петербург: РГГМУ, 2003.- 48 с.
  5. Журина Л.Л. Лосев А.П. Агрометеорология: Учебник для вузов. М.: 2004.

  6. Изменения климата Беларуси и их последствия / под ред. В.Ф. Логинова. Мн., «Тонпик», 2003. 330 с.
  7. Кислов А.В. Климат в прошлом, настоящем и будущем. М.: МАИК «Наука — Интерпериодика», 2001.
  8. Климат Беларуси /Под. ред. В.Ф.Логинова. Мн., 1996.

  9. Климатология. Под ред. О.А.Дроздова, Н.В.Кобышевой, Л., Гидрометеоиздат, 1989, 567с.
  10. Кондратьев К.Я. Глобальный климат. С.-Пб.: Наука, 1992. 357 с.

  11. Логинов В.Ф. Глобальные и региональные изменения климата: причины и  следствия. Мн., Тетрасистемс, 2008. 496 с.
  12. МатвеевЛ.Т.Физикаатмосферы СПб.: Гидрометеоиздат,2000.Мищенко З.А.Агроклиматология. Киев. КНТ, 2009. 512 с.
  13. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология: учебник. 7-е изд. М.: Наука, 2006. 582 с.

Дополнительная литература

  1. Алисов Б.П., Полтораус Б.В. Климатология. М.: Изд-во МГУ, 1974. Атмосфера. Справочник. /Ред.коллегия Седунов Ю.С. и др. Л., Гидрометеоиздат, 1991. 509 С.
  2. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнений атмосферы. Л.: Гидрометиздат,1985.
  3. Борисенков Е.П. Колебания климата за последнее тысячелетие. Л., Гидрометеоиздат,1988.
  4. Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы. М.: Мир, 1988.

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

  6. Долгосрочные метеорологические прогнозы / Н.А. Багров, К.В. Кондратович и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
  7. Дроздов О.А. Засухи и динамика увлажнения. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 96 с.

  8. Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометиздат, 1977.

  9. Какарека СВ. Трансграничное загрязнение атмосферного воздуха и его регулирование. Мн., Беларуская Навука, 2009. 320 с.
  10. Кароль И.Л. Введение в динамику климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 215 с.

  11. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Под ред. Безуглой Э.Ю. Справочное пособие. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1983.
  12. Монин А.С, Шишков Ю.А. История климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 408 с.

  13. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 144 с.

  14. Монин А. С. Введение в теорию климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 247 с.

  15. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Часть 1. под ред. С. Л. Белоусова и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1986 г.
  16. Шкляр А.Х. Климатические ресурсы Беларуси и их использование в сельском хозяйст­ве. Мн., 1973.