Atmosfäärifüüsika Labor
Õpetamine
Õpetame keskkonnafüüsika üldkursusi ning atmosfääri ning kliimateadustega seotud aineid nii füüsikutele kui ka erinevatele keskkonna valdkonna üliõpilastele.
Meie loetavad õppeained Tartu Ülikoolis:
Kursus tutvustab atmosfääris ning kogu kliimasüsteemis aset leidvaid põhilisi füüsikalisi ning keemilisi protsesse ja nende protsesside omavahelisi seoseid, nende kirjeldamiseks kasutatavat matemaatilist aparaati ning nende mõõtmiseks kasutatavaid meetodeid.
Praktiline kursus keskkonnafüüsikas, kursuse raames läbi viidav projekt keskendub ühele teaduslikult aktuaalsele keskkonnafüüsika probleemile. Projekti võib täita individuaalselt või rühmatööna. Juhendaja ja projekti teema valitakse lähtuvalt üliõpilase huvist ja lõputöö teemast.
Praktiline kursus atmosfääriteaduse kaasaegsetest probleemidest ning nende lahendustest. Kursusel käsitletakse atmosfääri koostise ning kliima uurimisel kastutatavaid mõõtmis- ja modelleerimismeetodeid. Kursuse läbimiseks tuleb sooritada 8 praktilist tööd ning koostada aruanne.
Loengukursus annab esmase ülevaate Maailmamerest selle tähtsusest, avastamisloost, mikro- ja makrofüüsikalisest struktuurist, liikumisvõrrandist. Käsitletakse Läänemere erilisust (väike veevahetus, riimveesi, suur reostuskoormus).
Sissejuhatav kursus, mille eesmärk on anda ülevaade maa-, õhu- ja veekeskkonna seisundi seire füüsikalistest alustest, meetoditest ja tehnoloogiatest, kaasnevast andmehõive meetodikast ning sellel rajanevatest looduskeskkonna seisundi modelleerimise meetodeist. Käsitlemist leiavad: Seires mõõdetavad ja registreeritavad keskkonna füüsikalised parameetrid. Mõõtmisvahendid. Kontakt- ja kaugseire tehnoloogia. Andmehõive tehnoloogia. Keskkonnaseisundi füüsikalis-matemaatilised mudelid.
Maa kliimasüsteem. Kiirgusbilanss, soojusbilanss. Atmosfääri soojusmasin. Aastatevaheline muutlikkus kliimasüsteemis. Kliima matemaatiline modelleerimine. Kliimamuutused ja tuleviku kliima. Kasvuhoonegaaside inventuur. Kliimamuutuse mõjud keskkonnale. Rahvusvaheline kliimapoliitika. Kyoto mehhanismid. Rahvuslik kliimapoliitika. Kliimamuutuse pehmendamine.
Hüdrodünaamika kirjeldab vedelike ja gaaside liikumist ja on osa teoreetilisest mehhaanikast. Vedelikke ja gaase käsitletakse kui pidevaid voolavaid keskkondi, võrrandites ei kajastu aine molekulaarne struktuur. Küll aga kasutatakse aine molekulaarset ehitust vedeliku või gaasi mõnede omaduste, näiteks sisehõõrdeteguri, selgitamiseks. Loengukursuses on vaatluse all lihtsaid hüdrodünaamikateadmisi nõudvad igapäevaelu probleemid: hoonete katuste tuulekahjustused, kõrgemate korruste veevarustus, purskamis-, kastmis- ja ümbervalamisülesanded, vererõhu mõõtmine. Atmosfääri- ja merefüüsika rakendusi silmas pidades käsitletakse tsüklonaalset ja antitsüklonaalset liikumist ja mõnede hoovuste kujunemist, aga samuti turbulentset liikumist.
Loengursus füüsikaliste mõõtmiste alustest, mehhaanikast ja hüdrostaatikast pidades silmas erinevate keskkondade (atmosfäär, veekogud, elusorganismid) füüsikalist kirjeldamist.
Üldfüüsika kursus mehhaanilistest võnkumistest ja lainetest ning molekulaarfüüsikast ja termodünaamikast rakendatuna loodus- ja tehiskeskkondadele (atmosfäär, veekogud, elusorganismid, rajatised).
Praktiline kursus meteoroloogilistest mõõtmistest. Tutvutakse õhu temperatuuri, rõhu, niiskuse, tuule, sademete ning kiirguse mõõteriistade ehituse ja kasutamisega. Õpitakse tundma esmase meteoroloogilise andmetöötluse meetodeid.
Loengukursus annab ülevaate õhusaaste tekkimise, klassifitseerimise ja piiramise vahendite kohta; käsitleb saaste leviku protsesse atmosfääris, saastelevi modelleerimist; kirjeldab peamisi õhusaaste mõõtemeetodeid; annab alused otstarbeka seireprogrammi loomiseks.
On sissejuhatavaks kursuseks meteoroloogia ja klimatoloogia süvendatud õppimisel. Antakse ülevaade atmosfääri ehitusest ja koostisest. Kirjeldatakse soojusülekande protsesse atmosfääris ning temperatuurivälja ajalist ja ruumilist kujunemist. Tutvustatakse kiirgusseadusi ning kiirguslikke protsesse ning optilisi nähtusi atmosfääris. Käsitletakse vee faasiüleminekutega kaasnevaid nähtusi atmosfääris: kaste, udu, pilved, sademed. Uuritakse atmosfääri stratifikatsiooni. Vaadeldakse atmosfääri tsirkulatsiooni peamisi mehhanisme ja nende osa kliima kujunemisel. Kirjeldatakse aluspinna erisuste mõju üldkliima ja mikrokliima kujundajana, peamisi kliima klassifikatsioone ja kliimatüüpe maakeral ning maakera kliima pikaajalisi muutusi.
Antakse ülevaade olulisematest geofüüsikalistest ja kosmilistest objektidest, nende uurimise füüsikalistest meetoditest, nende tekke ja arengu füüsikast. Detailsemalt käsitletakse Maa sisemuse, atmosfääri ja Maailmamere füüsikalisi omadusi ja keemilist koostist. Kosmilistest objektidest vaadeldakse lähemalt Päikest ja Päikesesüsteemi komponente, käsitletakse tähtede parameetreid ja arengufaase, meie Galaktika, teiste galaktikate ning Universumi struktuuri ja arengut. Tutvustatakse kosmoloogia aluseid, tuuakse välja globaalfüüsika seosed teiste füüsikakursustega.
Aine raames antakse ülevaade matemaatilise modelleerimise olemusest ja põhimeetoditest. Tutvustatakse diferentsiaalvõrrandi komponente ja koostamise aluseid. Käsitletakse süsteemi tasakaalu ja stabiilsuse mõisteid, õpitakse tasakaaluolekuid (ja ühekomponendilise süsteemi puhul ka nende stabiilsust) analüütiliselt hindama. Õpitakse modelleerimist maatriksarvutuse meetoditega. Arvutipraktikumides õpitakse loengutes käsitletud süsteeme numbriliselt modelleerima. Käsitletakse põhilisi rakendusi reoveepuhastusprotsesside, pinnases toimuvate protsesside, atmosfäärisaaste ning ökotehnoloogiliste protsesside modelleerimisel.
Tutvutakse tõenäosusteooria põhimõistetega, käsitletakse looduses ja täppisteaduses sagedamini esinevate juhuslike suuruste jaotusseadusi ning omandatakse juhuslike andmete statistilise analüüsi meetodeid. Antakse ülevaade mõõtemääramatustest ja nende põhjendamisest tõenäosusteooria vahenditega.
Aine koosneb kahest osast. Esimeses neist toimuvad loengud, mille käigus antakse ülevaade olulisematest teadusarvutusülesannetest, lahendusalgoritmidest ning arvutusmeetoditest. Tutvustatakse teadusarvutusklastrite (HPC) ja pilvekeskkondade põhilisi omadusi. Detailsemalt käsitletakse levinumaid/kättesaadavamaid tarkvaraprogramme ja teeke suuremahuliste andmete töötluseks ja visualiseerimiseks. Teine aine osa toimub probleemipõhise õppe vormis, kus mõneüliõpilaselised rühmad lahendavad tegelikke teadusprobleeme kirjutades lihtsamaid programme teadusarvutuslike ülesannete lahendamiseks ning kasutades levinumaid/kättesaadavamaid tarkvaraprogramme ja teeke suuremahuliste andmete töötluseks ja visualiseerimiseks. Kursus lõppeb ettekandeseminariga, kus rühmad esitavad ning analüüsivad oma projekti tulemusi.
