ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА
По направлению 03.04.02 Физика
Магистерская программа
Физика атмосферы и околоземного космического пространства
Год
ОБЩАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ
1. Состав и строение атмосферы. Общие характеристики атмосферы.Состав нижних и высоких слоев атмосферы. Вертикальное расслоение атмосферы по характеру изменения температуры с высотой. Разделение атмосферы на слои по нетемпературным признакам. Приземный и пограничный слои атмосферы. Горизонтальная неоднородность атмосферы. Понятие о воздушных масс и атмосферных фронтах.
2. Радиационный режим атмосферы. Спектр солнечной радиации. Солнечная постоянная. Оптическое окно. Рассеяние и поглощение солнечной радиации в атмосфере. Факторы, влияющие на приход прямой и рассеянной радиации к земной поверхности. Оптическая масса атмосферы. Оптическая толщина атмосферы. Коэффициент прозрачности. Фактор мутности. Радиационный баланс атмосферы, деятельной поверхности и системы Земля-атмосфера.
3. Тепловой режим атмосферы. Распределение температуры по высоте в приземном слое. Инверсии. Первое начало термодинамики применительно к атмосфере. Адиабатический процесс. Сухоадиабатический градиент температуры. Потенциальная температура. Влажноадиабатические процессы. Устойчивость атмосферы по отношению к сухоадиабатическому и влажноадиабатическому процессам. Метод частицы. Метод слоя. Понятие и простейшие характеристики турбулентности.
4. Атмосферная оптика. Оптические явления, обусловленные преломлением света в атмосфере.Астрономическая рефракция. Земная рефракция. Оптические явления, обусловленные рассеянием света в атмосфере. Явления, обусловленные дифракцией света на каплях и кристаллах. Оптические явления, обусловленные преломлением и отражением световых лучей в каплях и кристаллах.
5. Атмосфернаяакустика. Скорость звука в атмосфере. Формула Лапласа. Влияние влажности, температуры и ветра на скорость звука. Преломление, отражение и ослабление звука в атмосфере. Эхо. Зона молчания. Зона аномальной слышимости. Звуки метеорологического происхождения.
6. Атмосферное электричество. Электрическое поле атмосферы. Ионизационное состояние атмосферы. Электризация облачных элементов и осадков. Распределение зарядов в облаках. Электрические заряды осадков. Грозовые разряды и молнии. Электрические токи в атмосфере. Тихие разряды. Атмосферики. Полярные сияния.
ФИЗИКА ОБЛАКОВ
1. Фазовые переходы воды в атмосфере. Зависимость скрытой теплоты фазового перехода и упругости насыщения от температуры. Другие факторы, влияющие на упругость насыщения. Давление насыщенного пара над водой и надо льдом. Закон Рауля. Формула Томсона. Ядра конденсации. Распределение числа ядер конденсации в атмосфере по высоте. Число ядер конденсации в облаке и околооблачном пространстве. Классификация ядер конденсации в атмосфере.
2. Теория образования кристаллов льда в атмосфере. Ядра конденсации. Понятие о равновесном и метастабильном состоянии. Основы теории образования кристаллов льда в атмосфере. Гомогенный и гетерогенный фазовый переход. Критический радиус зародыша. Работа образования зародыша. Особенности спонтанного образования ледяных зародышей в переохлажденной воде. Формула Мейсона. Естественная кристаллизация облаков и туманов.
3. Физические условия образования облаков разных видов. Классификация облаков по фазовому составу.Генетическая классификация облаков. Фронтальные облака. Конвективные облака. Облака термической конвекции. Облака динамической конвекции. Облака турбулентности. Механизм образования волнистообразных облаков. Волны Гельмгольца. Ячейковая циркуляция. Ячейки Бенара.
4. Морфологическая классификация облаков. Облака верхнего яруса.Облака среднего яруса. Облака нижнего яруса. Облака вертикального развития. Фронтальные макро- и мезосистемы облаков. Система облаков теплого фронта. Системы облаков холодных фронтов. Системы облаков фронтов окклюзии. Внутримассовые системы облаков. Стратосферные и мезосферные облака.
5. Атмосферные осадки. Виды атмосферных осадков.Классификация осадков. Процессы укрупнения облачных элементов. Конденсационный рост облачных элементов. Коагуляционный рост капель. Образование дождя и снега. Образование крупы и града. Распределение капель облаков и осадков по размерам. Установившаяся скорость падения твердых и жидких частиц в атмосфере.
СИНОПТИЧЕСКАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ
1. Воздушные массы. Основные понятия. Термодинамическая классификация воздушных масс.Условия формирования воздушных масс.Характеристики теплых, холодных и нейтральных воздушных масс.Характеристики географических типов воздушных масс Северного полушария.Трансформация воздушных масс.Факторы, влияющие на изменение устойчивости воздушных масс.
2. Основные объекты синоптического анализа. Типы циклонов и стадии их развития.Погодные условия при циклонической обстановке. Регенерация циклонов. Типы антициклонов и стадии их развития. Блокирующие антициклоны. Погодные условия при антициклонической обстановке.Фронтогенез и фронтолиз. Главный и вторичный фронт. Анафронт и катафронт. Высотные фронтальные зоны и струйные течения.
3. Температурно-ветровое зондирование атмосферы. Аэрологический код КН-04.Аэрологическая телеграмма. Бланки и принципы построения аэрологической диаграммы. Стандартные уровни высот основных изобарических поверхностей. Кодирование точки росы. Построение кривой состояния и кривой стратификации на аэрологической диаграмме.Определение уровня конвекции по аэрологической диаграмме.Определение энергии неустойчивости атмосферы по аэрологической диаграмме.
4. Синоптический метод прогноза погоды:анализ карт барической топографии. Классификация метеорологических прогнозов.Методы краткосрочных прогнозов погоды. Сущность синоптического метода прогноза.Типизация синоптических карт.Обработка карт абсолютной барической топографии.Анализ карт относительной топографии.Анализ вспомогательных карт.Анализ высотных карт погоды.