Studijní program P4F8 Fyzika atmosféry, meteorologie a klimatologie

Anotace programu

V rámci ČR tento program jako jediný poskytuje vzdělání v oblasti fyziky atmosféry, meteorologie a klimatologie. Je možné se zaměřit na řadu témat výzkumu atmosféry zahrnující například problematiku prognostických modelů, klimatu, klimatické změny a klimatického modelování, modelování atmosférické chemie a kvality ovzduší, modelování turbulentního proudění v malých měřítkách anebo výzkum vyšších vrstev atmosféry. Studovaná témata reflektují směřování základního výzkumu i aplikace v komerční a státní sféře. Podrobnosti o programu a pracovišti lze nalézt na http://kfa.mff.cuni.cz/ .

Oborová rada

Aktuální složení rady je na adrese http://mff.cuni.cz/phd/or/p4f8 .

Spolupracující ústavy

Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i.
Boční II/1401, 141 31 Praha 4
http://www.ufa.cas.cz/

– Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i.
Dolejškova 1402/5, 182 00 Praha 8
http://www.it.cas.cz/

Vypsaná témata

Jsou k nahlédnutí v SIS na adrese http://mff.cuni.cz/phd/temata/p4f8 .

Poskytovaná výuka

Požadavky k průběhu doktorského studia

Důrazně se doporučuje neprodlužovat délku studia nad dobu čtyř let. Prodloužení studia má smysl v jasně odůvodněných případech. Eventuální prodloužení studia nad tuto dobu bude individuálně posuzováno a pokračování bude doporučeno pouze v jasně odůvodněných případech. V harmonogramu individuálního studijního plánu (ISP) má být pro čtvrtý rok studia uvedena finalizace disertační práce.

Studenti a studentky mají mít při obhajobě svých disertačních prací minimálně tři recenzované publikace (publikované anebo přijaté k publikaci). Z toho u minimálně dvou má být daný student hlavním autorem a nejméně dvě mají být publikované v impaktovaném časopise. Předpokládaný harmonogram publikační aktivity má být součástí návrhu ISP.

Doporučuje se usilovat o získání studentských projektů u grantové agentury UK. Podání návrhu studentského projektu má být součástí návrhu ISP. Během studia se dále doporučuje absolvování stáže u zahraniční instituce v trvání nejméně tři měsíce. Absolvování zahraniční stáže má být součástí návrhu ISP, přičemž bude přihlédnuto i k individuálním podmínkám.

Doporučuje se zapisovat si předměty tematicky blízké zadání disertační práce v množství celkově čtyři a více předmětů. Doktorandi si zároveň mají každoročně zapisovat projektový seminář (NMET061, NMET062) po celou dobu studia. Každý doktorand alespoň jednou za rok na semináři přednese referát o řešení svojí disertace. Splnění tohoto předmětu je vázáno na pravidelnou účast a vystoupení s referátem o řešení práce. Zkoušku z angličtiny se doporučuje skládat hned během prvního roku studia. Složení státní doktorské zkoušky je doporučeno během druhého anebo třetího roku studia po splnění všech předmětů ISP.

Seznam požadavků ke státní doktorské zkoušce

Zkouška probíhá typicky ve 4. anebo 5. semestru studia a zahrnuje 3 okruhy otázek.

I. Širší základ
Předpokládá se znalost obecných zákonitostí a pojmů z fyziky. Znalosti z okruhu mechanika, molekulová fyzika a termika, termodynamika, hydrodynamika, mechanika kontinua a optika budou zkoušeny především v rámci otázek z předmětů profilujících obor.

II. Pokročilé partie oboru

II.1. Povinná část

II.1.1 Dynamická meteorologie
Termodynamika otevřených a uzavřených systémů, fázové přechody. Typy atmosférického proudění, interpretace ageostrofických složek, proudová funkce a divergenční potenciál. Teorie tlakových změn, interpretace základních rovnic dynamiky atmosféry, teorém potenciální vorticity, cirkulační teorémy, gravitační a inerční oscilace, vlny v zonálním proudění, baroklinní instabilita, transformace energie v atmosféře, prediktabilita atmosférických dějů, cirkulace v různých atmosférických měřítkách.

II.1.2 Synoptická meteorologie
Využití numerických předpovědních metod v prognóze počasí, zvlášnosti synoptických procesů nad střední Evropou, předpovědi nebezpečných jevů a stavů, regionální vlivy na atmosférické fronty a na počasí uvnitř vzduchových hmot, kvazigeostrofický přístup v synoptické analýze, využití konceptu PV thinking pro synoptickou analýzu, principy izentropické analýzy.

II.1.3 Mezní vrstva atmosféry
Turbulence v atmosféře, transformace kinetické energie v mezní vrstvě, řešení problému uzávěru, modely turbulence, Moninova a Obuchovova teorie podobnosti, stabilitní parametry, interakce mezi zemským povrchem a atmosférou, proudění přes horské překážky, transport a reakce znečišťujících příměsí v atmosféře.

II.1.4 Klimatologie
Klimatický systém, zpětné vazby, prediktabilita klimatu. Fyzikální a chemické procesy v klimatickém systému, horizontální a vertikální struktura atmosférické a oceánské cirkulace, interakce mezi atmosférou a oceánem. Variabilita v klimatickém systému, cirkulační indexy, módy variability. Struktura klimatických modelů, globální cirkulační modely, modely na omezené oblasti. Vlivy antropogenní činnosti na klimatický systém. Vliv urbanizace na klima.

II.2. Volitelná část
Doktorand si vybere jeden z uvedených tematických okruhů:

II.2.1 Numerické předpovědní metody
Typy parciálních diferenciálních rovnic používaných při formulaci meteorologických modelů (hyperbolické, parabolické a eliptické rovnice včetně okrajových úloh). Rovnice mělké vody, baroklinní modely. Matematická formulace meteorologických předpovědí, celokoulové modely a modely na omezené oblasti. Parametrizace a asimilace dat. Numerické řešení rovnic atmosférické dynamiky.

II.2.2 Fyzika oblaků a srážek
Fyzikální vlastnosti oblačných a srážkových částic, mikrofyzikální procesy v oblacích, dynamika vrstevnatých a konvekčních oblaků, mezosynoptické konvekční systémy, chemie oblaků a srážek, oblačná elektřina, využití meteorologických radiolokátorů při měření srážek, interakce aerosolů s oblačností a vliv na intenzitu srážek - nepřímé radiační vlivy aerosolů, parametrizace a modely tvorby oblačnosti a srážek.

II.2.3 Atmosférická optika a akustika
Rozptyl a absorpce elektromagnetického záření v atmosféře, výklad základních optických a akustických jevů v atmosféře, meteorologická aplikace radarů, sodarů a metod dálkového průzkumu.

II.2.4 Transport znečišťujících příměsí v atmosféře
Znečišťující příměsi a jejich zdroje, rozptyl znečištění, depozice na zemském povrchu, vymývání srážkami, základy chemismu atmosféry, chemie ozónu, monitoring znečištění ovzduší, metody měření emisí, modely šíření znečišťujících příměsí v různých prostorových měřítkách, ekologické důsledky znečišťování ovzduší, mikrofyzika a chemie aerosolů.

II.2.5 Vyšší vrstvy atmosféry
Střední atmosféra, její struktura a změny během roku. Cirkulace ve střední atmosféře, Brewer-Dobsonova cirkulace, polární cirkulace. Výměna mezi troposférou a stratosférou. Role vlnových procesů v dynamice střední atmosféry. Ozon ve stratosféře, destrukce ozonu a ozonová díra. Vliv vulkanických erupcí a sluneční aktivity.

II.2.6 Aplikovaná klimatologie
Klima města a specifika jeho modelování. Klimatologické aspekty solární a větrné energetiky. Biometeorologie – otázka tepelného komfortu, dopad vln veder a chladu na člověka a jeho zdraví. Základy fenologie. Vybrané partie technické klimatologie (klima vnitřních prostor, vliv klimatu a počasí na dopravu a průmysl).

Požadovaný obsah SDZ je možno upravit, event. doplnit ve vztahu ke konkrétnímu ISP doktoranda a k tématu jeho dizertace.

Doporučená literatura

–Andrews, D. G., Holton, J. R., Leovy, C. B.: Middle Atmosphere Dynamics. Academic Press, New York, 1987.

–Arya, Paul S. Introduction to micrometeorology. Vol. 79. Elsevier, 2001.

–Bigg, G. R.: The Oceans and Climate. Cambridge University Press, Cambridge, 1999.

–G. Brasseur, S. Solomon: Aeronomy of the middle atmosphere (third edition). Atmos. Oceanograph. Sci. Lib, Springer, Dordrecht, The Netherlands (2005), (369 ff.)

–Boucher: Atmospheric Aerosols: Properties and Climate Impacts. Springer, 2015.

–Cotton, W. R., Anthes, R. A.: Storm and Cloud–Dynamics. Int. Geoph. Series, vol. 44, Academic Press, New York, 1989.

–Curry, J. A., Webster, P. J.: Thermodynamics of Atmospheres and Oceans. Academic Press, New York, 1999.

–Dutton, J. A.: Dynamics of Atmospheric Motion. Dover, New York, 1995.

–Houze Jr., R. A.: Cloud Dynamics. International Geophysics Series, vol. 53, Academic Press, New York, 1993.

–Jacobson, M. Z.: Fundamentals of Atmospheric Modeling. Cambridge University Press, Cambridge, 1999.

–McGuffie, K., Henderson–Sellers, A.: A Climate Modelling Primer. John Wiley & Sons, New York, 1999.

–T. R. Oke, G. Mills, A. Christen, J. A. Voogt: Urban Climates. Cambridge University Press, 2017.

–Pedlosky, J.: Geophysical Fluid Dynamics. Springer–Verlag, Berlin, 1995.

–Pechala, F., Bednář, J.: Příručka dynamické meteorologie. Academia, Praha, 1991.

–Peixoto, J. P., Oort, A. H.: Physics of Climate. American Inst. of Physics, New York, 1992.

–Pruppacher, H. R., Klett, J. D.: Microphysics of Clouds and Precipitation. Atmospheric and oceanographic sciences library, vol. 18, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1997.

–Rayner, J. N.: Dynamic Climatology. Blackwell Publishers, Inc., Malden, Mass. USA, 2001.

–Seinfeld J.H., Pandis S. N.: Atmospheric Chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change. John Wiley and Sons, Inc., New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Toronto 1998

–Stull, Roland B.: An introduction to boundary layer meteorology. Vol. 13. Springer Science & Business Media, 2012.

–Vitaly I. Khvorostyanov,? Judith A. Curry: Thermodynamics, Kinetics, and Microphysics of Clouds. 1st Edition, Cambrigde University Press, 2014

Strukturu doporučené literatury je možno upravit, event. doplnit ve vztahu ke konkrétnímu ISP doktoranda a k tématu jeho dizertace.