МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
Новокузнецкий институт (филиал)
Факультет информационных технологий
Кафедра экологии и естествознания
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФИТ
Каледин В.О.
________________
«14» марта 2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
учебной дисциплины
ОПД.Ф.03 Учение об атмосфере
Для специальности 020804.65 Геоэкология
Специализация 013602 Региональное геоэкологическое проектирование
Для очной формы обучения
Составитель/разработчик программы: Стефанюк Б.М., д-р техн. наук, профессор
Новокузнецк
2013
2
Сведения о разработке и утверждении рабочей программы дисциплины
Рабочая программа дисциплины ОПД.Ф.03 «Учение об атмосфере» федерального
компонента цикла ОПД составлена в соответствии с требованиями Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования второго поколения
для специализации (020804) «Геоэкология».
Автор: Стефанюк Б.М., д-р техн. наук, профессор
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры экологии и естествознания
«25» декабря 2012 г.
Протокол №_5__
Заведующий кафедрой
______ _________ В.В. Сенкус
Рабочая программа одобрена методической комиссией факультета информационных
технологий
«15» января 2013 г. Протокол № 5
Председатель методической комиссии
_____________
_Н.Б. Ермак_
3
Пояснительная записка
Дисциплина «Учение об атмосфере» входит в цикл общепрофессиональных
дисциплин федерального компонента. По Государственному образовательному стандарту
подготовки специальности 020804.65, за дисциплиной закреплены следующие
дидактические единицы:
ОПД.Ф.03
1.1.
Учение об атмосфере
Радиационный и тепловой режим атмосферы; атмосферная
циркуляция и климатообразование; классификация климатов;
изменение климата.
150
Атмосфера Земли является основным фактором, обеспечивающим жизнь и
деятельность человека. Физические и химические процессы в атмосфере протекают в
условиях нестационарного (пульсирующего) влияния на Землю космического
пространства (Солнца, Луны, Млечного пути). Проявление физических и химических
законов в атмосфере обладает спецификой: не четкой величиной объема, переменного
давления, переменной температуры, изменяющейся надмолекулярной структурой газов,
составляющих атмосферу. Проявление этих законов происходило при постоянном
взаимовлиянии атмосферы с гидросферой, литосферой с биосферой. В то же время эти
процессы протекают в гармоническом равновесии природного гомеостаза
(саморегулирования). Загрязнение атмосферы жизнедеятельностью человека нарушает это
равновесие в большей или меньшей степени, что бумерангом отражается на жизни и
здоровье самого человека и окружающей его биосферы. Нередко на сложность этих
взаимоотношений влияет экономика в виде конфликтно - консенсусного отношения
экологии и экономики.
Курс дисциплины ОПД.Ф.03 «Учение об атмосфере» для специальности 020804
«Геоэкология» согласно ГОС должен содержать следующие разделы: Радиационный и
тепловой режим атмосферы; атмосферная циркуляция и климатообразование;
классификация климатов; изменение климата.
Целью курса является формирование у специалистов представления ор причинноследственных отношениях процессов, проистекающих в атмосфере и объяснения их
связанным ответом на вопросы: «что», «где», «когда» и «почему», опираясь на законы
природы и обоснованные научные гипотезы.
Задачи дисциплины:
1. Изучение состава и характеристик атмосферы
2. Изучение специфики применения (проявления) физических законов в
атмосфере
3. Изучение причин и характеристик движения воздушных масс
4. Изучение круговорота веществ в атмосфере
5. Изучение разнообразия загрязнений атмосферы и меры защиты от них
6. Изучение климата и прогнозирование погоды на разных широтах Земли.
Виды занятий и формы контроля
Курс «Учение об атмосфере» состоит из теоретических занятий, проводимых в
форме лекций. Практические занятия проводятся в лаборатории в форме групповых и
индивидуальных работ с измерительными проборами, определяющими содержание
примесей атмосфере, а также структуру воды и влаги. Самостоятельные работ студентов
осуществляются по заданной тематике курса в форме написания рефератов и их
обсуждения.
По дисциплине осуществляется текущий, промежуточный и итоговый контроль в
форме экзамена.
4
По учебному плану предусмотрено 36 часов лекций , 72 часа лабораторных работ,
индивидуальные работы студентов и их обсуждение (30 часов), консультации и экзамен
(12 часов).
Таблица 1- Объем часов по видам учебной работы
Виды занятий
Всего по учебному плану
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа
Самостоятельное изучение тем дисциплины
Написание реферата
Оформление и защита лабораторных работ
Дневное отделение (А)
150
72
36
36
78
22
20
36
Таблица 2- Виды и формы контроля знаний и умений студентов
Виды контроля
Формы контроля
Текущий
Отчеты лабораторных работ, устные опросы
Промежуточный
Написание рефератов и их обсуждение
Итоговый
Экзамен
Материалы, определяющие порядок и содержание проведения промежуточных и итоговых
аттестаций в соответствии с требованиями ГОС
Материалы, определяющие порядок проведения аттестации соответствуют требованиям ГОС,
приказам, распоряжениям и рекомендациям Федерального агентства по образованию РФ, учебнометодического управления КемГУ и учебно-методического отдела НФИ КемГУ.
Материалы, определяющие порядок и содержание промежуточных и итоговых аттестаций,
включают:
1. График самостоятельной работы, сроки выполнения и аттестации
2. Расписание зачетов, консультаций, экзаменов.
Материалы, определяющие содержание аттестации, включают:
1. Задание для самостоятельных работ
2. Вопросы на экзамены
Материалы для проведения аттестации включают:
1. Экзаменационные билеты установленной формы
2. Справочник гигиенических нормативов ПДК и ОБУВ (для проверки умения пользоваться
ими).
5
1 Учебно-тематический план рабочей программы дисциплины
№
темы
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 3- Учебно-тематический план аудиторной работы
Название темы и подтемы
Количество
часов
Атмосфера
6
1.1 Строение атмосферы
2
1.2 Состав воздуха тропосферы
2
1.3 Физические процессы
2
Загрязнение атмосферы
2
2.4 Свойства загрязнений атмосферы и их источники
2
Радиация в атмосфере
4
3.5 Солнечная радиация
2
3.6 Излучение земной поверхности
2
Тепловой режим атмосферы
4
4.7 Термодинамика в тропосфере
2
4.8 Тепловые режимы на стыке с гидросферой и
2
литосферой
Вода в атмосфере
4
5.9 Водяной пар и его влияние на характеристики
2
воздуха
5.10 Водяная аэрозоль в атмосфере. Облака и осадки
2
Циркуляция воздушных масс
6
6.11 Общая циркуляция в тропосфере
2
6.12 Барическое поле и ветер
2
6.13 Циклоны и антициклоны
2
Прогноз погоды
2
7.14 Анализ состояния тропосферы и прогноз погоды
2
Климат и климатообразование
6
8.15 Климатические системы
2
8.16 Влияние Солнца и Луны на климат Земли
1
8.17 Классификация климатов
2
8.18 Изменение климата
1
Итого:
36
Таблица 4- План лабораторных занятий
№ темы
Название темы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Измерение атмосферного давления
Измерение температуры воздуха
Измерение скорости ветра
Определение направления ветра
Измерение влажности воздуха
Измерение влагонасыщенности воздуха
Определение концентрации озона
Определение концентрации двуокиси серы
Определение концентрации окислов углерода
Определение концентрации окиси азота
Определение концентрации сероводорода
Определение концентрации аммиака
Определение концентрации углеродов
Определение концентрации фтористого водорода
Определение концентрации пыли в воздухе
Определение наличия надмолекулярной структуры
в воде
Воздействие на структуру воды магнитным полем
Воздействие на структуры воды электрическим
полем
Итого:
Количество
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
36
Формы
контроля
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1, ПР-4
Экзамен (5 семестр)
Формы
контроля
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
УО-1
6
2. Содержание дисциплины
2.1 Содержание частей, разделов и тем курса.
Введение
Метеорология и климатология в системе наук о Земле. Наблюдение за
физическими и химическими процессами в атмосфере, статический анализ,
моделирование. Метеорологическая сеть и карты погоды. Всемирные и государственные
метеорологические службы и их значение для народного хозяйства.
1. Атмосфера
Строение атмосферы. Градиент температуры как основа деления атмосферы на
сферы и паузы, их основные характеристики. Приземная сфера – тропосфера, ее
характеристики: давление, плотность, температура, статическая вязкость. Стандартная
атмосфера, градиент температуры, градиент плотности. Формула приведения давления к
уровню моря.
2. Загрязнение атмосферы
Виды загрязнения: газы, аэрозоли, пыль. Туманы и смоги. Атмосферная диффузия
и устойчивость загрязняющих аэрозолей. Глобальные и трансграничные загрязнения.
Гигиенические нормативы загрязнения воздуха ПДК и ОБУВ. Их специфика и роль в
защите атмосферы.
3. Радиация в атмосфере
Солнечная радиация, ее спектральный состав. Солнечная постоянная. Рассеяние
солнечной радиации в атмосфере. Озонный слой. Цвет неба и световые явления: сумерки,
заря, белые ночи. Прозрачность атмосферы. Поглощение и отражение радиации. Альбедо.
Излучение земной поверхности. Проникновение длинноволновой радиации в верхние
слои. Парниковый эффект. Влияние загрязнений на парниковый эффект.
4. Тепловые режимы атмосферы
Суточный ход температуры воздуха и его изменение с высотой. Причины
изменения температуры воздуха. Годовой ход температуры, годовая амплитуда
температуры. Географическое распределение температуры, влияние суши, моря,
орографии, морских течений. Распределение температуры у поверхности суши (почвы).
Различие тепловых режимов почвы и суши, их влияние на температурный режим
тропосферы. Влияние снежного покрова, растительности и ледников на температурный
режим. Вечная мерзлота.
5. Вода в атмосфере
Водяной пар в атмосфере, зависимость точки росы от температуры. Относительная
влажность и влагонасыщенность воздуха. Влияние влаги на плотность воздуха и давление.
Аэрозоли влаги – облака. Типы облаков и их характеристики. Осадки. Круговорот воды в
природе. Электрические явления в облаках: гроза, молнии, гром. Наземные гидрометеоры
(роса, иней, изморозь, гололед). Распределение осадков на земном шаре.
6. Циркуляция воздушных масс
Зональная циркуляция воздушных масс. Обмен теплом между различными
широтами. Пассаты. Муссоны. Барические поле. Барический горизонтальный градиент.
Карта изобар. Барический ветер: бриз, фѐн, бора, смерчи. Инверсии и воздушные фронты.
Циклоны и антициклоны. Влияние вязкости воздуха и вращения Земли на направление
ветров.
7. Прогноз погоды
Служба погоды. Типы прогнозов. Методы анализа и прогноза погоды.
Синоптический прогноз погоды. Погода теплого фронта. Погода холодного фронта.
7
Предсказание погоды методом славян. Предсказание погоды методом шорцев. Влияние
фаз Луны на погоду умеренных широт.
8. Климат и климатообразование
Климатическая система, глобальный и локальный климаты. Географические
факторы климата. Влияние суши и моря на климат. Орография и климат. Влияние
растительного и снежного покрова на климат. Ледники и климат. Континентальность
климата. Принципы классификации климатов. Генетическая классификация климатов Б.П.
Алисова. Климатические зоны по Л.С. Бергу. Классификация климата В. Кепнека – Г.Т.
Треверта. Климат Умеренных широт, Арктики, Антарктики. Непостоянство климата,
возможные причины его колебаний. Непреднамеренное влияние человека на климат.
Вероятные изменения климата. Микроклимат как явление локального пространства
нижнего слоя тропосферы. Влияние на микроклимат рельефа, растительности, водоемов,
застроек, предприятий. Климат городов на примере г. Новокузнецка, классификация
климатов, изменения климата на локальном и глобальном уровнях.
2.2 Примерная тематика рефератов, эссе, контрольных и курсовых работ.
Темы рефератов:
Атмосфера как среда обитания. Химический состав атмосферы на различных
высотах.
2. Антропогенное загрязнение атмосферы
3. Солнце и биосфера земли
4. Парниковый эффект
5. Смог и кислотные дожди
6. Облака и осадки
7. Циклоны и антициклоны
8. Климат и погода
9. Источники загрязнения атмосферы
10. Климат большого города
11. Озон и его роль в атмосфере
12. Атмосфера и защита человека от атмосферных загрязнений
13. Живые синоптики в природе
14. Народные приметы о погоде
15. Оптические явления в атмосфере
16. Углекислый газ в атмосфере
17. Атмосферное электричество, молнии
18. Автотранспорт и атмосфера
19. Промпредприятия и атмосфера
20. Опасные природные явления
21. Вода в атмосфере
22. Атмосферное давление и ветры
23. Ультрафиолетовые лучи в атмосфере
24. Климат умеренных широт
25. Климат Арктики
26. Климат субтропиков
27. Влияние Луны на погоду
28. Надмолекулярная структура газов тропосферы
29. Надмолекулярная структура воды
1.
8
3. Учебно-методические обеспечение по дисциплине
3.1 Основная и дополнительная учебная литература
Основная литература
1.
Метеорология и климатология: Учебное пособие [Текст]/ Г.И. Пиловец. - М.: НИЦ
Инфра-М; Мн.: Нов. знание, 2013. - 399 с.
2.
Метрология: учебник [Электронный ресурс] / А.А. Брюховец, О.Ф. Вячеславова,
Д.Д. Грибанов и др.; Под общ. ред. С.А. Зайцева. - М.: Форум, 2009. - 464 с.
(http://www.znanium.com/bookread.php?book=163438)
Дополнительная литература
3.
Волошина А.П. Руководство к лабораторным занятиям по методологии и
климатологии. [Текст] / Волошина А.П., Евневич Т.В., Земцова А.И. – М.: МГУ, 1975. –
186с.
4.
Хромов С.П. Методология и климатология. [Текст]/ Хромов С.П., Петросян М.А. –
М.: МГУ, 1994. – 412с.
5.
Хргиан А.И. Физика атмосферы. [Текст]/ Хргиан А.И. – М.: МГУ, 1986. – 342с.
6.
Стефанюк Б.М. Статистическая вязкость воздуха [Текст]// Вестник КемГУ.Кемерово, 2005. – вып.3 (23) С.66-68.
7.
Стефанюк Б.М., Стефанюк Я.Б. Об устойчивости аэрозолей, загрязняющих
атмосферу. [Текст]// Перспективы развития технической переработки вторичных ресурсов
в Кузбассе/ Труды II Всероссийской научно – практической конференции 4-6 октября
2006г. – г. Новокузнецк: НФИ КемГУ, 2006. С.79-80.
8.
Стефанюк Б.М., Стефанюк Я.Б. Вязкость как интегральное свойство структуры
газов. [Текст]// Природные условия, история и культура Западной Монголии и
сопредельных регионов./ Материалы VIII Международной конференции г. ГорноАлтайск, 19-23 сентября 2007г. Т.II – г. Горно-Алтайск: РИО Горно-Алтайского
госуниверситета, 2007. С.292-295.
4. Формы текущего, промежуточного и рубежного контроля
4.1 Формы и порядок проведения контроля. Критерии оценки знаний
студентов.
По дисциплине осуществляется текущий, промежуточный и итоговый контроль в
форме экзамена.
В результате изучения курса студент должен знать:
 Теоретические основы физических и химических законов, протекающих в
атмосфере;
 Основные виды движения воздушных масс;
 Виды загрязнения атмосферы;
 Умение пользоваться гигиеническими нормативами ПДК и ОБУВ;
 Народные методы прогнозирования погоды;
 Круговорот воды и углекислого газа в природе и их влияние на климат
Земли;
 Климатические зоны и и их характеристики;
Знания и умения студентов проверяются при текущем, промежуточном и итоговом
контроле и оцениваются
 по лабораторным работам: зачтено/не зачтено;
 по рефератам: зачтено/не зачтено;
 по
экзаменам:
«отлично»,
«хорошо»,
«удовлетворительно»,
«неудовлетворительно».
Оценка «отлично» выставляется студенту, если он глубоко и прочно усвоил
программный материал, исчерпывающе глубоко, последовательно логически отвечает на
9
вопросы «что», «где», «когда» и «почему», умеет безошибочно пользоваться справочной
литературой.
Оценка «хорошо» выставляется студенту, если он твердо знает материал, не
допускает существенных неточностей, отвечая на вопрос «почему» при изложении
предложенной темы.
Оценка «удовлетворительно» выставляется студенту, если он имеет знания
основного материала, но в деталях при ответе допускает неточности, нарушает
логическую последовательность изложения заданной темы.
Оценка «неудовлетворительно» выставляется студенту, которые не знает
значительной части программного материала, допускает существенные ошибки,
неуверенно отвечает на вопросы. Для дальнейшего обучения, такому студенту
необходимы дополнительные занятия по всему или существенной части программного
материала.
К итоговому экзамену допускаются студенты, освоившие в полной мере
учебный план (выполнившие правильно лабораторные работы, защитившие рефераты).
Итоговый контроль знаний проводится в форме экзамена.
4.2 Вопросы и задания для индивидуальной и самостоятельной работы.
Целью самостоятельной работы студентов является приобретение навыков
исследований, обобщений полученной информации. По дисциплине «Учение об
атмосфере» студенты проводят самостоятельное углубленное изучение выбранной темы.
Результатом этой работы является реферат.
Требования к реферату:
Реферат – это краткое изложение материала, без повторов и структурных
подробностей, дающий четкое представление о сущности выбранной темы.
Реферат включает: Титульную страницу
Содержание
Основной текст с введением и заключением
Использованием источников информации
Допускаются краткие приложения (1-2 страницы)
Приложение А – фотографии, иллюстрирующие текст
Приложение Б – таблицы статистического характера
Приложение В – графики закономерностей
В реферате должны быть ответы на четыре вопроса: «Что?», «Где?», «Когда?» и
«Почему?».
Ответом на последний вопрос может быть: 1) Причинно – следственная зависимость
2) Проявление общего физического закона
3) Научная гипотеза
4) Многолетние наблюдения фактов, ждущих
своего объяснения
В последнем случае студент вправе предложить свою гипотезу.
Реферат после проверки подлежит обсуждению.
Сроки для выполнения реферата – 2 месяца.
4.3 Примерный перечень вопросов к экзамену.
1.
2.
3.
4.
5.
Строение атмосферы: основные слои и их особенности
Тропосфера: химический состав воздуха
Физические характеристики воздуха
Стандартная атмосфера
Температурная ступень тропосферы
10
6. Особенности применения закона Клайперона – Менделеева к процессам в
атмосфере
7. Зависимость плотности воздуха от высоты над уровнем моря
8. Зависимость давления воздуха от высоты над уровнем воздуха
9. Зависимость статической вязкости воздуха от высоты над уровнем моря
10. Зависимость плотности воздуха от температуры
11. Влияние влажности на величину плотности воздуха
12. H2O в атмосфере: виды проявления
13. Аэрозоли H2O в атмосфере
14. Солнечная постоянная. Виды излучения в атмосфере
15. Тепловой режим почвы и водоемов Альбедо
16. Спектральный состав солнечной радиации
17. Поглощение и рассеяние солнечной радиации в тропосфере
18. Суточный и годовой ход температуры в тропосфере
19. Влагооборот в атмосфере
20. Озонный слой и его функции в атмосфере
21. Катализаторы разрушения озонного слоя
22. Электрические явления в атмосфере
23. Осадки в тропосфере
24. Классификация облаков по ярусам
25. Дымка, туман, смог
26. Наземные гидрометеоры: роса, иней, изморозь
27. Цвет неба и его разновидности
28. Световые явления в атмосфере
29. Сумерки и зори
30. Основополагающие причины, вызывающие изменение атмосферного давления
31. Низкое и высокое давление, места их появления, физическая характеристика
32. Поле давления. Картографирование изобар
33. Градиент изобар. Движение воздушных масс
34. Барические законы ветра
35. Суточный ветер. Бриз
36. Сезонный ветер. Муссон
37. Влияние рельефа на циркуляцию воздуха
38. Фѐн в Альпах и Карпатах
39. Бора в горах Кавказа
40. Экваториальные ветры. Пассаты
41. Температурная инверсия в тропосфере
42. Циклоны и антициклоны. Перенос воздушных масс
43. Воздушные фронты и их типы
44. Физические условия выпадения осадков
45. Эволюция циклонов
46. Смерчи. Физические условия возникновения
47. Вещества, загрязняющие атмосферу
48. Газовые загрязнения атмосферы
49. Аэрозольное загрязнение атмосферы
50. Оценки опасности загрязнения атмосферы
51. Система ОБУВ, ПДК и ПДВ, их физическое объяснение
52. Объяснение ПДК максимально разовая
53. Объяснение ПДК средне-суточная
54. Объяснение ПДК средне сменная
55. Объяснение ПДК рабочей зоны
56. Объяснение ПДК промплощадки
11
57. Объяснение ПДК атмосферного воздуха
58. Объяснение ПДК санитарно-курортной зоны
59. Глобальные и региональные загрязнения атмосферы
60. Парниковый эффект. Влияние на климат
61. Загрязнение атмосферы городов. Метод защиты
62. Автомобильный транспорт в больших городах, его влияние на загрязнение
атмосферы
63. Климат как среднестатистическая характеристика тропосферы региона
64. Климатические зоны по Бергу Л.С.
65. Генетическая классификация климатов Алисова Б.П.
66. Климат умеренных широт
67. Воздействие человека на климат
68. Географические факторы климата
69. Возможные причины колебания (изменения) климата
70. Зависимость климата Земли от цикличности процессов на Солнце
71. Климат города Новокузнецка
72. Роль зеленых насаждений в городе
73. Процессы, содействующие очищению атмосферы от загрязнений
74. Влияние растительного и снежного покрова на микроклимат
75. Влияние рельефа на климат
76. Главные признаки изменения погоды
77. Чем угрожает человеку глобальное изменение климата
78. Влияние Луны на климат Земли
79. Особенности климата полярных зон Земли
80. Тропические циклоны (тайфуны)
81. Растения – индикаторы погоды