Sylabus
1. Termodynamický systém v atmosféře a oceánu: složení a struktura atmosféry a oceánu, suchý a vlhký vzduch; stavová rovnice a stavové veličiny, ideální plyn, kinetická teorie ideálního plynu; stavová rovnice pro atmosféru, plynová konstanta, virtuální teplota; stavová rovnice pro oceán; vertikální struktura atmosféry a oceánu, vertikální gradienty stavových veličin
2. Hlavní věty termodynamiky:
0., I. a II. věta termodynamiky, aplikace v atmosféře; rovnovážný stav v termodynamice; suchoadiabatické procesy v atmosféře; další důsledky a aplikace v atmosférických procesech
3. Termodynamika vlhkého vzduchu a oblačné systémy: charakteristiky vlhkosti vzduchu; stav nasycení, fázové přechody; Clausius-Clapeyronova rovnice; pseudoadiabatický děj; tlak nasycené vodní páry nad ledem, nad zakřiveným povrchem, nad roztoky (Raoultův zákon); další důsledky a aplikace v atmosférických procesech (vodní a ledový oblak, …)
4. Hydrostatická rovnováha, aproximace zemské atmosféry: gravitace, tíže a geopotenciál; síla tlakového gradientu, rovnice hydrostatické rovnováhy, p-systém; integrace rovnice hydrostatické rovnováhy, barometrická formule, hypsometrická formule; aproximace zemské atmosféry, standardní atmosféra
5. Statická stabilita atmosféry a oceánu: potenciální teplota, vertikální gradient teploty a potenciální teploty; zvrstvení a vertikální stabilita atmosféry, metoda částice, „gravitační“ (buoyancy) vlny v atmosféře, Brunt-Vaisala frekvence; konvekce, dostupná konvektivní potenciální energie (CAPE); termodynamické diagramy; výška konvektivních oblaků, metoda vrstvy, metoda vtahování; zvrstvení a vertikální stabilita oceánu
6. Popis pohybu atmosféry na rotující Zemi: souřadné systémy (pravoúhlé a křivočaré souřadnice, absolutní a relativní souřadný systém, přirozené souřadnice, vertikální souřadnice); síla horizontálního tlakového gradientu, Coriolisova síla; divergence, vorticita, rovnice kontinuity; proudnice, trajektorie, Blatonova rovnice; Helmholtzův teorém, proudová funkce, rychlostní potenciál
7. Základní pohybové rovnice atmosféry: v kartézských souřadnicích; v geografických souřadnicích; v přirozených souřadnicích; měřítková analýza jednotlivých členů; obecná vertikální souřadnice, p-systém,sigma-systém, theta-systém; pohybové rovnice, rovnice kontinuity a hydrostatické rovnováhy v jednotlivých systémech vertikální souřadnice
8. Typy proudění: základní formy (cyklonální vs. anticyklonální, barické vs. antibarické, Rossbyho číslo); geostrofické; gradientové; cyklostrofické; inerční; eulerovské; ageostrofické složky větru; Lamb-Gromekův tvar pohybových rovnic, pseudo-geostrofický vítr
9. Vertikální struktura pohybového a termobarického pole: proudění v mezní vrstvě; střih větru, termální vítr; tlakové útvary mírných šířek, hřeben, brázda, výše, níže; sklon tlakových útvarů, sklon izotermických a izobarických ploch; barotropní, baroklinní instabilita; cyklogeneze, anticyklogeneze; rovnice tlakové tendence; rovnice tendence relativní topografie
10. Atmosférické fronty: pojem a charakteristiky atmosférické fronty; frontální vektor, kinematická a dynamická podmínka frontálního rozhraní; frontogeneze, frontolýza; tlakové, teplotní pole a pole proudění v blízkosti frontálního rozhraní; vybrané typy rozhraní, Margulesova formule pro sklon frontálního rozhraní
11. Divergence, vorticita a cirkulace: integrální vyjádření divergence; nedivergentní proudění, divergence vybraných typu proudění; integrální vyjádření vorticity, absolutní a relativní vorticita; vorticita vybraných typu proudění; cirkulace vektoru rychlosti proudění; cirkulační teorémy absolutní a relativní cirkulace; potenciální vorticita
12. Časové změny v atmosféře: časové tendence meteorologických parametrů; rovnice vorticity a její aproximace; řešení rovnice vorticity, Rossbyho vlny; rovnice divergence
13. Proudění a termobarické pole synoptického měřítka v atmosféře: balanční rovnice; kvazi-geostrofický koncept, popis proudění v beta-rovině; vertikální rychlosti v atmosféře, (kinematická, adiabatická metoda, Richardsonova rovnice); omega-rovnice; Q-vektor
14. Kompletní popis atmosférické dynamiky a termodynamiky: uzavřený systém rovnic popisu atmosféry; využití v předpovědi počasí a modelování klimatu; důsledky pro všeobecnou cirkulaci atmosféry; tropická cirkulace, mezo-synoptická cirkulace, tropická cyklóna; cirkulace ve stratosféře
Anotace
Základy termodynamiky a dynamiky atmosféry. Výhodou pro absolvování předmětu jsou znalosti v rozsahu přednášky Hydrodynamika (NMET034).