Ookeani ja atmosfääri dünaamika seaduspärasuste omandamine, tuginedes ühtsele geofüüsikaliste voolamiste teoreetilisele raamistikule.

To gain the fundamentals of the dynamics of ocean and atmosphere, based on the common theoretical framework of geophysical flows.

Üliõpilane tunneb ookeani ja atmosfääri dünaamika põhilisi seaduspärasusi ning oskab püstitada ja lahendada teoreetilisi ülesandeid. Oskab tõlgendada vaatluste ja numbriliste mudelite tulemusi, kasutamisega õppe- ja teadustöös ning loodusvarade ja keskkonna haldamisel ja tehniliste lahenduste väljatöötamisel.

The student knows the basic principles of the dynamics of ocean and atmosphere and obtains the skills to set-up and solve theoretical problems. Has the skills for interpretation of the results from observations and numerical models, to be used for research and education as well as for management of natural resources and environment and for developing of technical solutions.

Kursus käsitleb ühtsetelt alustelt atmosfääri ja ookeani liikumiste teoreetilisi aluseid, tuginedes hüdromehaanika mitmemastaabilistele rakendustele õhukeses, pöörlevas ja stratifitseeritud kihis. Käsitletakse liikumiste laia spektrit, alates väikesemastaabilistest lainetest läbi mesomastaapsete ja sünoptiliste keeriste kuni planetaarse tsirkulatsiooni ja tema klimaatiliste muutusteni. Teemad: Ookeani ja atmosfääri põhilised omadused. Vedelike liikumise võrrandid, nende analüütiline ja numbriline lahendamine. Geofüüsikaliste voolamiste võrrandid, liikumise mastaabid ja olulised dimensioonitud suurused. Turbulentsed ja difusiooniprotsessid kombineerituna advektsiooniga. Geostroofilised voolamised ja pööriselisuse dünaamika. Ekmani kihid ookeanis ja atmosfääris. Barotroopsed lained ja nende ebastabiilsus. Stratifikatsioon kombineerituna pöörlemisega. Pikkade lainete dünaamika kihiliste mudelite raames. Siselained. Turbulents stratifitseeritud vedelikes. Stratifitseeritud pöörlevate voolamiste dünaamika. Termiline tuul, rannalähedane apvelling, atmosfääri ja ookeani frontogenees. Kvaasigeostroofiline dünaamika, planetaarsed ja topograafilised lained. Barokliinne ebastabiilsus ja keeriste tekkimine. Frondid, jugavoolud ja keerised. Atmosfääri, ookeani ja ääremerede üldtsirkulatsioon.

The course presents theoretical foundations of atmospheric and oceanic motions from a common point of view, based on the multi-scale applications of hydrodynamics in a thin, stratified and rotating layer. A wide spectrum of motions is considered, from small-scale waves through mesoscale and synoptic eddies to planetary circulation and its climatic changes. Specific topics: Basic properties of ocean and atmosphere. Equations of fluid motion, methods for analytical and numerical solution. Equations governing geophysical flows, scales of motion and important dimensionless numbers. Turbulent and diffusive processes in combination with advection. Geostrophic flows and vorticity dynamics. Ekman layers in the ocean and atmosphere. Barotropic waves and their instability. Stratification combined with rotation. Long wave dynamics governed by the layered models. Internal waves. Turbulence in stratified fluids. Dynamics of stratified rotating flows. Thermal wind, coastal upwelling, atmospheric and oceanic frontogenesis. Quasi-geostrophic dynamics, planetary and topographic waves. Baroclinic instability and generation of cyclones. Fronts, jets and vortices. General circulation of atmosphere, ocean and marginal seas.

Suuline eksam. Enne on vaja sooritada ülesanded.

Oral examination. Assignments have to be passed before the examination.

x

x

Cushman-Roisin, B. and Beckers, J.M., 2011. Introduction to geophysical fluid dynamics: physical and numerical aspects (Vol. 101). Academic Press.

Täiendavalt:
McWilliams, J.C., 2006. Fundamentals of geophysical fluid dynamics. Cambridge University Press.

Pedlosky, J., 2013. Geophysical fluid dynamics. Springer Science & Business Media.

Ilja Maljutenko, vanemteadur (LM - meresüsteemide instituut)