2st_1_2rok_FM_Dynamika morza_11012010

Nazwa przedmiotu
Kod ECTS:
Dynamika morza
Nazwa jednostki prowadzącej kierunek:
Wydział Oceanografii i Geografii UG
Instytut Oceanografii
Nazwa specjalności: Fizyka morza
Nazwa kierunku:
Oceanografia
Nazwisko osoby prowadzącej (osób prowadzących): prof. UG, dr hab. Witold Cieślikiewicz
Liczba godzin zajęć 150, w tym:
90 wykład
60 ćw. aud.
Liczba punktów ECTS: 13
Rodzaj studiów: stacjonarne II stopnia
Rok i semestr studiów: I, 1 i II, 4
Status przedmiotu:
Język wykładowy: polski
obligatoryjny/fakultatywny dla
pozostałych specjalności
Metody dydaktyczne:
Formy i warunki zaliczania przedmiotu:
wykład: wykład przy tablicy oraz
(po kaŜdym semestrze)
prezentacje multimedialne; ćwiczenia:
wykład: egzamin pisemny i ustny;
zadania rachunkowe oraz przykłady
ćwiczenia: kolokwium zaliczeniowe
obliczeniowe przy uŜyciu programów
MATLAB oraz Mathematica
Określenie przedmiotów wprowadzających wraz z wymaganiami wstępnymi:
matematyka (rachunek róŜniczkowy i całkowy, elementy algebry liniowej, rachunek wektorowy,
rachunek prawdopodobieństwa), fizyka (mechanika punktu materialnego i termodynamika).
Oceanografia fizyczna (elementy dynamiki morza i meteorologii morskiej), wprowadzenie do
dynamiki morza, metody matematyczne w oceanografii.
ZałoŜenia i cele przedmiotu:
Poznanie metod i podstawowych równań geofizycznej mechaniki płynów. Zrozumienie
teoretycznych podstaw dynamiki morza. Dogłębne poznanie zagadnień związanych z fizyką
falowania morskiego i cyrkulacją wielkoskalową. Opanowanie materiału powinno pozwolić
studentom na nabranie wprawy w posługiwaniu się metodami analizy pól i rachunkiem
tensorowym. Jednym z głównych celów przedmiotu jest zainteresowanie studentów współczesną
dynamiką morza i umoŜliwienie im dalszych, samodzielnych studiów wybranych zagadnień w tej
dziedzinie.
Treści programowe:
Wykład: Równania geofizycznej dynamiki płynów: przyspieszenie Coriolisa, liczba Rossby’ego i
tendencja Ŝyroskopowa, równanie zachowania masy, równanie zachowania pędu. Wirowość i
krąŜenie w układzie inercjalnym oraz planetarne i względne. Twierdzenie Kelvina, potencjalna
wirowość oraz twierdzenie Ertel’a. Ruch laminarny i turbulentny: liczba Reynoldsa, średnie i
fluktuacyjne składowe ruchu turbulentnego. Przepływy w warstwie granicznej: natura warunków
brzegowych, laminarna warstwa graniczna. Siły wywierane przez przepływ cieczy: siły oporu,
siły bezwładności, siły nośne, ciała opadające w cieczy. Ruch falowy — teoria fal małej
amplitudy: fale na wodzie o stałej głębokości, refrakcja i dyfrakcja fal, załamanie fal. Fale
wywołane działaniem wiatru: podstawowe mechanizmy generacji falowania, parametry
statystyczne i spektralne fal generowanych wiatrem. Fale tsunami i ekstremalne (freak waves).
Fale wewnętrzne. Pływy: siły generujące pływy i teoria równowagi płynów, dynamiczne teorie
pływów. Prądy w morzach i oceanach: pole wiatru na Ziemi, wiatr geofizyczny, sztormy i
cyklony tropikalne, przepływ geofizyczny, główne prądy oceaniczne. Planetarne warstwy
graniczne — barotropowe przepływy stacjonarne przy załoŜeniach małej liczby Rossby’ego:
rozwiązanie zagadnienia brzegowego granicznej warstwy atmosfery, hodograf Ekmana w
granicznej warstwie atmosfery, oceaniczne warstwy graniczne — powierzchniowa i przydenna,
rozwiązanie zagadnień brzegowych oceanicznych warstw granicznych, spirala Ekmana, warunki
zszycia atmosferycznej i oceanicznych warstw granicznych, napręŜenia styczne na powierzchni
rozdziału, transport Ekmana. Wielkoskalowe, barotropowe przepływy wód oceanicznych: relacja
Sverdrupa, pompowanie Ekmana, wznoszenie (upwelling) i opadanie (downwelling) mas
wodnych, cyrkulacja wód w wyidealizowanym, prostokątnym basenie oceanicznym generowana
wiatrem strefowym — przybliŜenie płaszczyzny β i analityczne rozwiązanie równań w ramach
modeli Sverdrupa, Stommela oraz Munka, intensyfikacja zachodnia prądów oceanicznych.
cyrkulacja termohalinowa. El Nino i Oscylacja Południowa, Oscylacja Północnoatlantycka i jej
wpływ na klimat północnej Europy.
Ćwiczenia: zadania rachunkowe ugruntowujące materiał prezentowany na wykładach,
przekształcenia i wyprowadzenia wybranych równań, przykłady numeryczne i wizualizacje na
komputerach, przy pomocy interaktywnego oprogramowania obliczeniowego (MATLAB i
Mathematica).
Umiejętności i kompetencje: Dogłębne zrozumienie podstaw teoretycznych oraz specyfiki
geofizycznej mechaniki płynów. Poznanie podstaw teorii fal wodnych i jej zastosowania w
przypadku róŜnego rodzaju fal morskich. Poznanie zasadniczych zagadnień cyrkulacji
wielkoskalowej w morzach i oceanach. Zaznajomienie się z metodami badawczymi stosowanymi
we współczesnej dynamice morza. Umiejętność korzystania z metod matematycznych w
oceanografii.
Wykaz literatury
— podstawowej:
Crapper G.D., 1984. Introduction to water waves, John Wiley & Sons
Druet Cz., 2000, Dynamika morza, Wyd. Uniwersytetu Gdańskiego
Massel S.R., 1999. Fluid Mechanics for Marine Ecologists, Springe
Mellor G.L., 1996, Introduction to physical oceanography, Wyd. AIP Press
Pedlosky J., 1979. Geophysical Fluid Dynamics, Springer Verlag
Średniawa B., 1977. Hydrodynamika i teoria spręŜystości, PWN Warszawa
— uzupełniającej:
Knauss J.A. 1996. Introduction to physical oceanography. Prentice Hall
Massel S., 1992, Poradnik hydrotechnika, Wyd. Morskie, Gdańsk
Druet C., Kowalik Z. 1970, Dynamika morza, Wyd. Morskie, Gdańsk
Druet C., 1994, Dynamika stratyfikowanego oceanu, Wyd. PWN, Warszawa
Druet C., 1995, Elementy hydrodynamiki geofizycznej, Wyd. PWN, Warszawa
Lisicki A., 1996, Pływy na morzach i oceanach, Wyd. GTN, Gdańsk