Objetivos
Apresentar ao aluno uma visão geral introdutória sobre Física Atmosférica, a partir de exposição teórica complementada por exercícios numéricos e práticos. Ao concluir a disciplina o aluno conhecerá aspectos fundamentais sobre Física Atmosférica, tendo a oportunidade de utilizar na prática ferramentas e métodos de análise que constituem o estado-da-arte nessa área de pesquisa.
Grupo de discussão
Temos um grupo de discussão através do qual vocês serão avisados de mudanças de horário, aulas, provas, etc. O grupo pode e deve ser usado também para discutir temas pertinentes à disciplina e tirar dúvidas. O grupo foi criado no Google-Groups e chama-se "fisatmos". A pagina para se inscrever eh: http://groups.google.com.br/group/fisatmos?hl=pt-BR
Escopo
Estrutura física da atmosfera: perfis verticais de pressão atmosférica, temperatura, umidade. Equações básicas da atmosfera. Sistema de coordenadas. Composição química da atmosfera. Ciclos do carbono, nitrogênio, enxofre e halógenos. Reações químicas e processos de fotólise na atmosfera. Efeito estufa natural. Gases intensificadores do efeito estufa. Aquecimento global e mudanças climáticas. Reconstruções paleoclimáticas. Registros instrumentais de temperatura no globo. Influência da variabilidade solar, vulcões e oceanos sobre o clima. Influência humana sobre o clima. Propriedades físico-químicas de aerossóis atmosféricos. Distribuição de tamanhos por número, área e volume de partículas. Aerossóis urbanos, marinhos, continentais e de queimadas. Variações temporais e espaciais de concentrações de aerossol. Remoção de aerossóis via deposição seca e úmida. Propriedades ópticas de aerossóis. Espalhamento e absorção de radiação solar por partículas de aerossol. Processos de formação de nuvens. Núcleos de condensação de nuvens. Crescimento de gotas em nuvens. Interações entre aerossóis e nuvens. Radiação solar na atmosfera. Radiação de corpo negro e leis de radiação. Irradiância solar no topo da atmosfera e à superfície terrestre. Absorção e espalhamento de radiação por gases e aerossóis. Equilíbrio radiativo planetário. Equação de transferência radiativa e aproximação de dois fluxos. Satélites e medidas de sensoriamento remoto para estimativa de grandezas, propriedades da atmosfera e da superfície terrestre
Avaliação
A avaliação da disciplina será através de uma prova (individual), listas de exercício (individuais) e uma apresentação oral (em grupo). Todas as avaliações terão pesos iguais.
Apresentação em trabalho. Vocês devem se organizar em trios e escolher um tema relacionado ao nosso curso. As apresentações terão 30min com mais 5min para perguntas. Vocês podem pensar em um tema, ou escolher um dos sugeridos abaixo:
- Fotossíntese
- Circulação termoalina
- Fenômeno El Niño
- Ciclos de Milankovitch
- Ciclo do Nitrogenio
- Ciclo do Carbono
- Economia do Carbono
- Fontes renováveis de energia
- Fontes não renováveis de energia.
- Efeitos da poluição na saúde
- Atmosfera de outros planetas
- Eletrificação de tempestades
- Geo-engenharia
- Fenômenos ópticos na atmosfera: arco-iris, aurora, halo, etc.
- Ciclos e manchas solares
Cronograma
- 2019/Ago/5 - Aula 01 - Introdução ao curso, e apresentação geral sobre física das mudanças climáticas
- 2019/Ago/7 - Aula 02 - Equações que regem a atmosfera e modelagem numérica
- 2019/Ago/12 - Aula 03 - Composição da atmosfera. Densidade e pressão. Lei de Boyle, de Charles, de Avogrado e de Dalton. Razão de mistura em massa e volume e umidade específica.
Leitura: Jacobson, cap.2 ate item 2.5; Wallace & Hobbs, cap.3 até item 3.2
Complementar: Halliday & Resnick capítulos 19 e 20; Feynman caps. 39, 44.1, 44.2, 43.1, 43.2 - 2019/Ago/14 - Aula 04 - Calor e temperatura. Calor específico por massa e por mol. Distribuição de velocidades em um gás e escala dos movimentos atmosféricos.
- 2019/Ago/19 - Aula 05 - Variação da temperatura com a vertical. Camada limite, troposfera livre, estratosfera, mesosfera e termosfera.
- 2019/Ago/21 - Aula 06 - Aula especial sobre o evento do dia 19 a tarde.
- 2019/Ago/26 - Aula 07 - Transformações de fase, calor latente e entalpia. Clausius-Clapeyron. Pressão de vapor de saturação e umidade relativa. Dew and frost points.
Leitura: Jacobson, cap.2 item 2.6 até o fim; Wallace & Hobbs, cap.3 item 3.3 até o fim - 2019/Ago/28 - Aula 08 - Primeira lei da termodinâmica. Equação termodinâmica. Temperatura equivalente e potencial. Adiabática seca.
Leitura: Jacobson, cap.2 item 2.6 até o fim; Wallace & Hobbs, cap.3 item 3.3 até o fim
Complementar: Halliday & Resnick capítulos 20 e 21; Feynman caps. 42.1, 43.5, 45 - 2019/Set/2 a 7 - Semana da Pátria (não haverá aula)
- 2019/Set/9 - Aula 09 - Derivação da equação da continuidade a partir do princípio de conservação de massa. Comparação com outras leis de conservação. Formas de divergência do fluxo, divergência da velocidade e da concentração específica. Termos de difusão molecular (lei de Fick). Fontes e sumidouros.
Leitura: Jacobson, cap.3 até item 3.3
Complementar: Jacob, cap.1 até item 1.3.1 - 2019/Set/11 - Aula 10 - Ciclo hidrológico. Transporte de umidade na America do Sul. Papel da Amazônia na precipitação nos subtrópicos. Redes complexas aplicadas ao clima.
- 2019/Set/13 (sexta) - Entrega da Lista #1
- 2019/Set/16 (segunda) - Aula 11 - Prova
- 2019/Set/18 - Aula 12 - Espectro solar e terrestre. Radiância e irradiância. Lei de Beer. Lei de Kirchoff. Extinção e emissão de radiação, por moléculas e partículas.
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.4 até item 4.4
Complementar: Jacobson, cap.9 item 9.1 a 9.6 - 2019/Set/23 - Aula 13 - Variabilidade solar. Balanço de energia. Forçante radiativa.
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.4 do item 4.5 até o fim
** Notas de aula - Aula 13 - 2019/Set/25 - Aula 14 - Aerossois atmosféricos naturais e antrópicos (parte 1).
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.5 até itens 5.4
Complementar: Jacobson, cap.13 - 2019/Set/30 - Aula 15 - Conceitos básicos de química atmosférica, gases traço, e poluição do ar (parte 1).
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.5 até itens 5.1 a 5.3 e 5.5
Complementar: Jacobson, cap.10 item 10.1 a 10.4 - 2019/Out/2 - Aula 16 - Química atmosférica (parte 2)
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.5 itens 5.6 e 5.7
Complementar: Jacobson, cap.11 - 2019/Out/7 - Aula 17 - Paleoclima
- 2019/Out/9 - Aula 18 - Aerossois atmosféricos naturais e antrópicos (parte 2).
Leitura: Wallace & Hobbs, cap.5 item 5.4
Complementar: Jacobson, cap.14 - 2019/Out/14 - Aula 19 - Aerossois: processos de remoção e transformação (parte 3).Leitura: Wallace & Hobbs, cap.5 item 5.4
Complementar: Jacobson, cap.15, 16 e 20 - 2019/Out/16 - Aula 20 - Dispersão de poluentes na atmosfera. Exposição. Tipos de plumas. Plume rise. Modelos de dispersão gaussiana
- 2019/Out/18 (sexta) - Entrega da Lista #2
- 2019/Out/21 - Aula 21 - Nuvens. Mecanismos de formação. Níveis de condensação e convecção livre. Classificação de nuvens.
- 2019/Out/23 - Aula 22 - Microfísica de nuvens quentes, Interações aerossóis-nuvens
- 2019/Out/28 - (Feriado)
- 2019/Out/30 - Aula 24 - Sensoriamento remoto de aerossóis e nuvens com laser
- 2019/Nov/4 - Aula 25 - Sensoriamento remoto de aerossóis e nuvens com satélites
- 2019/Nov/6 - Aula 26 - Apresentações grupos
- 2019/Nov/11 - Aula 27 - Apresentações grupos 5, 6 e 7
- 2019/Nov/13 - Aula 28 - Apresentações grupos 8, 9 e 10
- 2019/Nov/18 - Aula 29 - Apresentações grupos 13, 14 e 15
- 2019/Nov/20 - Aula 30 - (Feriado)
- 2019/Nov/25 - Aula 31 - Aula final
Bibliografia
- Seinfeld, J.H. e Pandis, S.N. - Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change, John Wiley & Sons, New York, 1998, 1326p.
- Wallace, J.M. e Hobbs, P.V. - Atmospheric Science: An Introductory Survey. Academic Press, New York, 2006, 467p.
- Mark Z. Jacobson, Fundamentals of Atmospheric Modeling, 2nd edition, Cambridge University Press, 2005.
- Feynman, Lectures on Physics, Volume 1
- Halliday and Resnick, Fundamentals of Physics, 4th edition
- Houghton, H.G. - Physical Meteorology, MIT Press, 1985, 442p.
- Tsonis, A.A. - An introduction to atmospheric thermodynamics, Cambridge University Press, New York, 2002, 171p.
- Daniel Jacob, Introduction to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, 1999.
- Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., - Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, 1999, 654p.
- Graedel, T.E., Crutzen, P.J. - Atmospheric Change – An Earth System Perspective, W.H. Freeman and Company, New York, 1993, 446p.
- Liou, K.N. - An Introduction to Atmospheric Radiation. International Geophysics Series 84, Academic Press, 2002, 583p.
- Kidder, S.Q.; Vonder Haar, T.H. - Satellite Meteorology: An Introduction. Academic Press, 1995, 466p.
- Rogers, R.R. e Yau, M.K. - A Short Course in Cloud Physics, Pergamon Press, 1976, 235p.
- Coulson, K.L. - Solar and Terrestrial Radiation: Methods and Measurements. Academic Press, 1975, 322p.
- Thomas, G.E. e Stamnes, K. – Radiative Transfer in the Atmospheric and Ocean, Cambridge University Press, 1999, 517p.