
Física Ambiental
Codi: 100185Crèdits: 6
| Titulació | Tipus | Curs |
|---|---|---|
| Física | OP | 4 |
Professor/a de contacte
- Nom :
- F. Xavier Alvarez Calafell
- Correu electrònic :
- xavier.alvarez@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu consultar aquesta informació al final del document.
Prerequisits
És recomanable haver cursat assignatures bàsiques de física i matemàtiques: física estadística, termodinàmica, física de les radiacions, càlcul diferencial i integral i, opcionalment, és aconsellable (tot i que no imprescindible) tenir una base de física de fluids.
Objectius
Proporcionar els elements necessaris per poder entendre els processos bàsics que intervenen, des de la perspectiva de la física, en alguns dels principals problemes ambientals actuals. L’assignatura, essencialment, és una presentació del que es coneix com a física dels fluids geofísics, tot i que es faran presentacions breus i puntuals d’altres àrees de la física en què hi ha problemes ambientals però que es cobreixen en altres assignatures: turbulència, eficiència energètica, etc.
Resultats d'aprenentatge
- Fer treballs acadèmics de manera independent usant bibliografia (especialment en anglès), bases de dades i col·laborant amb altres professionals.
- Comunicar eficaçment informació complexa de manera clara i concisa, ja sigui oralment, per escrit o mitjançant TIC, i en presència de públic, tant a públics especialitzats com generals.
- Raonar críticament, tenir capacitat analítica, usar correctament el llenguatge tècnic i elaborar arguments lògics.
- Treballar autònomament, tenir iniciativa pròpia, ser capaç d'organitzar-se per assolir uns resultats i planejar i executar un projecte.
- Treballar en grup, assumir responsabilitats compartides i interaccionar professionalment i de manera constructiva amb altres persones amb un respecte absolut als seus drets.
- Relacionar l'estructura molecular de determinats compostos atmosfèrics amb la resposta que el sistema climàtic realitza davant d'accions antropogèniques o naturals.
- Utilitzar els principis bàsics de la termodinàmica en l'anàlisi de l'eficiència energètica de determinats processos de generació d'energia, així com en l'estudi del balanç energètic global terrestre.
- Aplicar la física de fluids en sistemes en rotació a l'estudi de la dinàmica dels fluids geofísics.
- Avaluar críticament les implicacions que els avenços recents en paleoclimatologia tenen sobre el nostre coneixement sobre l'evolució futura a mitjà termini del sistema climàtic.
- Analitzar críticament les diferents escales espacials i temporals que intervenen en un problema i efectuar les corresponents simplificacions de les equacions diferencials que governen el procés.
- Avaluar les diferents variables que intervenen en la situació analitzada, així com la seva magnitud relativa, i obtenir una estimació aproximada dels resultats que puguin obtenir-se a posteriori després d'una anàlisi més detallada i rigorosa.
- Partint del conjunt més general de les equacions que governa la física dels fluids, obtenir la seva concreció en l'àmbit dels fluids geofísics.
- Comparar la importància relativa de cada un dels termes que intervenen en les equacions de Navier-Stokes i avaluar-ne la importància segons el procés o sistema a estudiar.
- Efectuar models de balanç energètic del sistema climàtic amb l'objectiu d'efectuar prediccions de l'evolució de la temperatura i comparar els resultats amb les mesures obtingudes en les últimes dècades.
- Resoldre les equacions diferencials associades a les cadenes de desintegració.
- Aplicar tècniques de convolució per obtenir l'espectre dels camps neutrònics detectats a partir de les mesures efectuades als espectròmetres.
- Avaluar els impactes ambientals de les diferents fonts d'energia utilitzades, el seu cost econòmic i els riscos associats a la seva utilització. Avaluar críticament el seu ús en funció de les circumstàncies i condicionants que actuïn en cada situació.
- Analitzar l'evolució en les emissions reals de CO2 (o altres gasos hivernacle) en relació amb les mesures o polítiques de contenció aprovades en els últims decennis i, en cas de desajust, proposar mesures alternatives i viables.
- Identificar situacions que necessiten un canvi o millora.
- Identificar les implicacions socials, econòmiques i mediambientals de les activitats academicoprofessionals de l'àmbit de coneixement propi.
- Explicar el codi deontològic, explícit o implícit, de l'àmbit de coneixement propi.
Continguts
1. Introducció a la Física de l’Atmosfera
1.1 Composició i estructura de l’atmosfera
1.2 Formació i evolució de l’atmosfera terrestre
1.3 Escales espacials i temporals en meteorologia i climatologia
1.4 Mesura de variables atmosfèriques: sensors i estacions meteorològiques
2. Termodinàmica de l’Atmosfera
2.1 Llei dels gasos ideals aplicada a l’atmosfera
2.2 Temperatura, pressió i densitat: gradients verticals
2.3 Humitat: humitat absoluta, relativa, mescla, punt de rosada
2.4 Temperatura virtual i densitat de l’aire humit
2.5 Ascens adiabàtic sec i humit. Nivell de condensació i inestabilitat
2.6 Equilibri de parcel·la d’aire: estable, inestable i neutre
2.7 Aplicacions en predicció meteorològica i formació de núvols
3. Física dels Aerosols
3.1 Definició i classificació dels aerosols
3.2 Pressió de vapor de saturació i llei de Clausius-Clapeyron
3.3 Tensió superficial i nucleació de gotes
3.4Corba de Köhler i activació de nuclis de condensació
3.5 Dinàmica dels aerosols: difusió browniana, sedimentació, deposició
3.6 Processos d’agregació i coalescència de partícules
3.7 Impactes climàtics i de salut dels aerosols
4. Radiació Atmosfèrica
4.1 Intensitat monocromàtica i espectral
4.2 Llei de Planck, Wien i Stefan-Boltzmann
4.3 Llei de Beer-Lambert i absorció en l’atmosfera
4.4 Absorció, emissió i escattering (Rayleigh, Mie)
4.5 Equilibri radiatiu de la Terra i efecte hivernacle
4.6 Transferència radiativa: equació i aproximacions
4.7 Aplicacions en teledetecció i balanç energètic planetari
5. Dinàmica de l’Atmosfera
5.1 Forces fonamentals: Pressió, Coriolis i fricció
5.2 Vent geostròfic i vent del gradient
5.3 Vent tèrmic i corrents en jet
5.4 Turbulència atmosfèrica i capa límit
5.5 Capa d’Ekman i transport d’Ekman
5.6 Ciclons i anticiclons. Sistemes frontals
5.7 Onatge atmosfèric: ones de gravetat i de Rossby
6. Fenòmens Planetaris i Variabilitat Climàtica
6.1 Circulació general de l’atmosfera (Hadley, Ferrel, Polar)
6.2 Ones de Rossby: formació, propagació i efectes
6.3 Oscil·lacions climàtiques: El Niño - Southern Oscillation (ENSO), Oscil·lació de l’Atlàntic Nord (NAO), Oscil·lació Madden-Julian (MJO)
6.4 Variabilitat i canvi climàtic: forçaments naturals i antropogènics
6.5 Impacte d’aquests fenòmens en la meteorologia regional i global
7. Aplicacions en Física Ambiental
7.1 Modelització meteorològica i climàtica
7.2 Qualitat de l’aire: dispersió de contaminants
7.3 Radiació solar i recursos energètics
7.4 Efectes dels aerosols i núvols en el clima
7.5 Riscos meteorològics i predicció de fenòmens extrems
Activitats formatives i Metodologia
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Treball personal de l'alumne | 93 | 3,72 | |
| Classes teòriques | 33 | 1,32 | |
| Classes de problemes | 16 | 0,64 |
Classes teòriques per introduir els conceptes bàsics.
Classes pràctiques on es resoldran problemes.
Exposicions orals dels alumnes de temes proposats, basats en publicacions científiques.
Avaluació
Activitats d'avaluació continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Examen final de recuperació | 70% | 2,5 | 0,1 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 |
| Exposicions Orals | 30 % | 0,5 | 0,02 | 1, 2, 3, 4, 5, 20, 21 |
| Examen segon parcial | 40 % | 2,5 | 0,1 | 7, 8, 10, 11, 12, 13 |
| Examen primer parcial | 30 % | 2,5 | 0,1 | 6, 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18, 19 |
Avaluació continuada
Primer parcial sobre els continguts estudiats fins aquell moment: 30% de la nota.
Exposició oral a classe de temes proposats en relació amb la matèria de l’assignatura: 30% de la nota.
Segon examen parcial, que abastarà tots els continguts de l’assignatura relacionats amb els temes de la segona meitat del curs: 40% de la nota.
Per poder fer mitjana i computar totes les activitats, cal que l’estudiant obtingui una nota mínima de 3,0 en cadascuna de les parts avaluables.
A més, per superar l’assignatura, la mitjana ponderada de les tres activitats ha de ser com a mínim de 5,0.
L’examen de recuperació constarà de dues parts, corresponents a cadascun dels parcials realitzats. L’alumne tan sols haurà de fer aquella part en què hagi obtingut menys d’un 3,0. L'exposició oral no és recuperable.
Aquells alumnes que no hagin participat en cap dels parcials ni les recuperacions, ni en la presentació del treball, obtindran com a qualificació final un “No Avaluable”.
No hi haurà examen per pujar nota per a aquells que ja hagin aprovat el curs.
Avaluació única
L’alumnat que s’hagi acollit a la modalitat d’avaluació única haurà de realitzar una prova final que consistirà en:
Primer parcial sobre els continguts estudiats fins aquell moment: 30% de la nota.
Segon examen parcial, que abastarà tots els continguts de l’assignatura relacionats amb els temes de la segona meitat del curs: 40% de la nota.
El lliurament de l’informe del treball escollit i realitzat durant el curs (30% de la nota). No hi haurà presentació oral.
Aquestes proves es duran a terme el mateix dia, hora i lloc que les proves del segon parcial de la modalitat d’avaluació continuada.
Per poder fer mitjana, cal obtenir com a mínim un 3,0 a cadascuna de les parts, i per superar l’assignatura, la mitjana ponderada de les tres activitats haurà de ser com a mínim de 5,0 sobre 10.
Si la nota final no arriba a 5, l’estudiant tindrà una altra oportunitat de superar l’assignatura mitjançant l’examen de recuperació, que se celebrarà en la data fixada per la coordinació de la titulació. En aquesta prova es podrà recuperar el 70% de la nota corresponent a les proves parcials. La part corresponent al treball no és recuperable.
Bibliografia
Llibres del curs
J.M.Wallace i P.V. Hobbs, Atmospheric Science, Academic Press, New York, 1977
B. Cushman-Roisin, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Prentice Hall, 1994
Altres referències básiques
S.Pond, G.L.Pickard, Introductory Dynamical Oceanography, Butterworth, 1997
John Houghton, The Physics of Atmospheres, 3rd ed. Cambridge University Press, 2002
C.D. Ahrens, Meteorology today (7th ed.), Brooks/ColePacific Grove, 2003
Raymond T. Pierrehumbert, Principles of planetary climate, Cambridge UniverssityPress, 2010
IPCC, 2022
Referencies Avançades
S. P. Arya, Introduction to micrometeorology, Academic Press, 1988
S. P. Arya, Air pollution. Meteorology and dispersion, Oxford University Press, New York, 1999
E. Boeker, R. van Grondelle, Environmental Physics, Wiley, London 1999
E. Boeker, R. van Grondelle, Environmental Science, Wiley, Chichester 2001
G.S. Campbell, J. M. Norman, An introduction to Environmental Biophysics, Springer, 1998.
W. Cotton, R. A. Pielke, Human Impacts on Weather and Climate, Cambridge, 1995.
S. Eskinazi, Fluid Mechanics and Thermodynamics of our Environment, Academic Press, 1975.
K. N. Liou, An introduction to atmospheric radiation, Academic Press, 2002
Programari
Aquesta assignatura no fa ús de cap programari en particular
Grups i idiomes de l'assignatura
La informació proporcionada és provisional fins al 30 de novembre. A partir d'aquesta data, podreu consultar l'idioma de cada grup a través d'aquest enllaç. Per accedir a la informació, caldrà introduir el CODI de l'assignatura
| Tipus de docència | Grup | Idioma | Semestre | Torn |
|---|---|---|---|---|
| (TE) Teoria | 1 | Català | segon quadrimestre | matí-mixt |
| (PAUL) Pràctiques d'aula | 1 | Català | segon quadrimestre | tarda |