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Introdução a Física Atmosférica, PGF5321

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.

Justificativa

O estudo do funcionamento do sistema climático global é uma área multidisciplinar onde os físicos, por sua formação sólida em matemática e física, tem tido uma participação cada vez maior. É necessário estabelecer os fundamentos dessa área de pesquisa, sob o ponto de vista dos físicos. Oferecemos aqui uma oportunidade ímpar a estudantes de Bacharelado e de Pós-graduação em Física, que podem interagir e trocar experiências durante o semestre. Trata-se de uma abordagem moderna, por mesclar aulas expositivas e oficinas de atividades práticas. Os tópicos abordados ilustram a complexidade do sistema climático terrestre, ao mesmo tempo em que discutem-se metodologias de análise utilizadas hoje dia em pesquisas de ponta em Física Atmosférica. Acreditamos que esta disciplina poderá contribuir significativamente para uma exposição conceitual e prática dessa linha de pesquisa aos estudantes do IFUSP.

Programa

  • Estrutura física da atmosfera: perfis verticais de pressão atmosférica, temperatura, umidade. Equações básicas da atmosfera. (4 aulas)
  • 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. (3 aulas)
  • 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. (3 aulas + 1sim)
  • Composição química da atmosfera. Ciclos do carbono, nitrogênio, enxofre e halógenos. Reações químicas e processos de fotólise na atmosfera. (3 aulas + 1sim)
  • 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. (3 aulas + 1sim)
  • Processos de formação de nuvens. Núcleos de condensação de nuvens. Crescimento de gotas em nuvens. Interações entre aerossóis e nuvens. (3 aulas + 1sim)
  • Satélites e medidas de sensoriamento remoto para estimativa de grandezas, propriedades da atmosfera e da superfície terrestre. (2 aulas)

Os alunos desenvolverão atividades práticas supervisionadas pelos docentes ao longo do semestre, utilizando computadores para efetuar exercícios com modelos físicos e/ou químicos, e para análise de dados de satélites.

Avaliação

A avaliação da disciplina será através das 3 apresentações que cada aluno fará ao longo do semestre. As listas de exercício abaixo, por tanto, servem como guia de estudos e para vocês verificarem que aprenderam o assunto:

  1. Listas de exercício 1 - Exercício de termodinâmica
  2. Listas de exercício 2 - Exercícios conceituais sobre o sistema climático

Cronograma

Notas de aula e apresentações

Modelos computacionais

Programas e guias que precisaremos para as aulas praticas

Bibliografia

Textos Principais:

  1. Seinfeld, J.H. e Pandis, S.N. - Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change, John Wiley & Sons, New York, 1998, 1326p.
  2. Wallace, J.M. e Hobbs, P.V. - Atmospheric Science: An Introductory Survey. Academic Press, New York, 2006, 467p.
  3. Mark Z. Jacobson, Fundamentals of Atmospheric Modeling, 2nd edition, Cambridge University Press, 2005. capítulo 2 capítulo 3

Outros:

  1. Feynman, Lectures on Physics, Volume 1
  2. Halliday and Resnick, Fundamentals of Physics, 4th edition
  3. Houghton, H.G. - Physical Meteorology, MIT Press, 1985, 442p.
  4. Tsonis, A.A. - An introduction to atmospheric thermodynamics, Cambridge University Press, New York, 2002, 171p.
  5. Daniel Jacob, Introduction to Atmospheric Chemistry, Princeton University Press, 1999.
  6. Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., - Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, 1999, 654p.
  7. Graedel, T.E., Crutzen, P.J. - Atmospheric Change – An Earth System Perspective, W.H. Freeman and Company, New York, 1993, 446p.
  8. Liou, K.N. - An Introduction to Atmospheric Radiation. International Geophysics Series 84, Academic Press, 2002, 583p.
  9. Kidder, S.Q.; Vonder Haar, T.H. - Satellite Meteorology: An Introduction. Academic Press, 1995, 466p.
  10. Rogers, R.R. e Yau, M.K. - A Short Course in Cloud Physics, Pergamon Press, 1976, 235p.
  11. Coulson, K.L. - Solar and Terrestrial Radiation: Methods and Measurements. Academic Press, 1975, 322p.
  12. Thomas, G.E. e Stamnes, K. – Radiative Transfer in the Atmospheric and Ocean, Cambridge University Press, 1999, 517p.
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