GMCM 101Y Συνοπτική και Δυναμική Μετεωρολογία

Περιεχόμενο Μαθήματος: Εισαγωγή, αέριες μάζες, μέτωπα, υφέσεις, αντικυκλώνες, αυλώνες, ράχες, χάραξη και χρήση μετεωρολογικών χαρτών (επιφάνειας, ανώτερης ατμόσφαιρας). Μετεωρολογικά συστήματα συντεταγμένων, παράγωγος κατά Lagrange και κατά Euler, εξισώσεις της κίνησης στην ατμόσφαιρα, ρευματογραμμές, τροχιές, δύναμη Coriolis, ανάλυση κλίμακας, γεωστροφικός άνεμος, άνεμος βαροβαθμίδας, κυκλοστροφικός άνεμος, εξίσωση της συνέχειας, απόκλιση/σύγκλιση, θερμικός άνεμος και θερμική μεταφορά, στροβιλισμός και μεταφορά στροβιλισμού. Κατακόρυφη ταχύτητα, σχεδόν γεωστροφική εξίσωση Ομέγα, μορφή του Sutcliffe, σχέση κατακόρυφων κινήσεων και συνοπτικών συστημάτων (υφέσεων, αεροχειμάρρων). Βαροτροπική/βαροκλινική ατμόσφαιρα, βαροτροπική/βαροκλινική αστάθεια, ενεργειακό διάγραμμα του Lorenz. Δυναμικός στροβιλισμός, δυναμικός στροβιλισμός και διαβατικές διαδικασίες, ισεντροπική ανάλυση, αρχές που διέπουν το δυναμικό στροβιλισμό, κατανομή του δυναμικού στροβιλισμού, εφαρμογές του δυναμικού στροβιλισμού για τη διάγνωση δυναμικών και διαβατικών διεργασιών, δυναμική τροπόπαυση και ανωμαλίες της δυναμικής τροπόπαυσης. Κυκλογένεση, εκρηκτική κυκλογένεση, τύποι κυκλογένεσης, αυτο-ανάπτυξη, ανάλυση περιπτώσεων κυκλογένεσης. Ανάλυση των επικρατούντων μετεωρολογικών συνθηκών. Παρουσιάσεις από τους/ις μεταπτυχιακούς/ες φοιτητές/ριες επιλεγμένων άρθρων με κριτές από τη διεθνή επιστημονική βιβλιογραφία.

GMCM 102Y Φυσική της Ατμόσφαιρας

Περιεχόμενο Μαθήματος: Θερμοδυναμικά συστήματα. Θερμοδυναμικοί νόμοι και θερμοδυναμικές διαδικασίες για το ξηρό και υγρό ατμοσφαιρικό αέρα. Αδιαβατικές και μη αδιαβατικές μεταβολές στην ατμόσφαιρα. Εξίσωση Clausius-Clapeyron. Αδιαβατική θερμοβαθμίδα για ξηρή, υγρή ακόρεστη και υγρή κορεσμένη αέρια μάζα. Εξίσωση Poisson, δυνητική θερμοκρασία, εντροπία και ενθαλπία του ατμοσφαιρικού αέρα. Θερμοδυναμικά διαγράμματα, Τεφιγράμματα. Συνθήκες στατικής ισορροπίας στην ατμόσφαιρα. Μέθοδος του δείγματος αέρα. Εμπειρικοί δείκτες αστάθειας. Τροχιακές κινήσεις ήλιου, Ηλιακό Φάσμα, Ηλεκτρομαγνητικά κύματα και πεδία, Aκτινομετρικά μεγέθη, Θερμική ακτινοβολία, Ενεργός θερμοκρασία πλανήτη, Φαινόμενο Θερμοκηπίου, Θερμοκρασία Λαμπρότητας, Νόμοι Ακτινοβολίας, Φαινόμενα αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας-ύλης στην ατμόσφαιρα (ανάκλαση, διάθλαση, σκέδαση), Απλό μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας, Eφαρμογές. Διαδικασίες συμπύκνωσης και κορεσμού. Νεφικοί πυρήνες συμπύκνωσης, παγοπυρήνες και ατμοσφαιρικά αιωρήματα. Ηπειρωτικής και θαλάσσιας προέλευσης νέφη. Ομογενής και ετερογενής πυρηνοποίηση. Καμπύλη Köhler. Σχηματισμός βροχής μέσου σύγκρουσης και συνένωσης (warm rain). Κατάσταση υπέρψυξης. Ανάπτυξη παγοκρυστάλλων και σχηματισμός βροχής (cold rain process). Σύγκρουση και συγκόλληση παγοκρυστάλλων (συσσωμάτωση). Μηχανισμοί δευτερογενούς παραγωγής παγοπυρήνων. Μορφές παγοκρυστάλλων.

 

GMCM 103Y Προγραμματισμός στις Ατμοσφαιρικές Επιστήμες

Περιεχόμενο Μαθήματος: FORTRAN τα βασικά στοιχεία ενός προγράμματος και η δομή της Fortran, Μεταβλητές – Σταθερές ποσότητεςΚανόνες σύνταξης κώδικα, Ενσωματωμένες αριθμητικές συναρτήσεις, Εντολές ελέγχου, Λογικές εκφράσεις, (IF, SELECT CASE), Σχεσιακοί τελεστές, Λογικοί τελεστές, Εντολές – Βρόχοι επαναλήψεων, Εντολές αλλαγής ροής, Πίνακες, Ενσωματωμένες συναρτήσεις με όρισμα πίνακες. Συναρτήσεις – Υπορουτίνες. R: εισαγωγικές έννοιες προγράμματος και δομή της R, Αντικείμενα δεδομένων (Πίνακες, λίστες, πλαίσια δεδομένων) Μαθηματικοί υπολογισμοί (συναρτήσεις, διαγράμματα, φίλτρα, συγκεντρωτικός πίνακας). Στατιστική υπολογισμοί (ιστογράμματα, θηκογράμματα, βασικές στατιστικές μεθόδους, μη παραμετρικές μεθόδους, συσχετίσεις, κατανομές), δημιουργία χαρτών  μέθοδοι παρεμβολής, post maps, classified post maps, contour maps Python-a) Εισαγωγικές έννοιες, Μεταγλώττιση Python, Τύποι δεδομένων: Αριθμοί, Συμβολοσειρές, Συμβολοσειρές Unicode, Πίνακες, Λίστες. Αριθμητικές και λογικές εκφράσεις: Δομές Ελέγχου ροής προγράμματος (if statement, if…else statement, if…elif), συναρτήσεις  επανάληψης (for, break, continue), συναρτήσεις – βιβλιοθήκες Python. B) Έξοδος εισόδου δεδομένων Python – Μορφοποίηση εξόδου fancier, μορφοποίηση παλαιών συμβολοσειρών, αρχεία ανάγνωσης και γραφής, μέθοδοι αντικειμένων αρχείων, σφάλματα και εξαιρέσεις. Γ) Πακέτα Python για ανάγνωση και γραφή διαφορετικών μορφών δεδομένων. Ανάγνωση αρχείου NetCDF σε Python (xarray), Τροποποίηση και επιλογή μεταβλητών με χρήση xarray, Ρύθμιση χάρτη με cartopy, Σχεδίαση χαρτών με ισοπληθείς (contours) και γέμισμα (filled contour). Χρησιμοποιείται Climate Data Operators (CDO) για την επεξεργασία κλιματικών δεδομένων.

 

GMCM 104Y Κλιματικές Αλλαγές – Ακραία Καιρικά Φαινόμενα

Περιεχόμενο Μαθήματος: Γεωλογική κλίμακα χρόνου. Γεωλογικοί αιώνες και εξέλιξη του κλίματος. Εναλλακτικά Δεδομένα. Μέθοδοι Χρονολόγησης των Εναλλακτικών Δεδομένων. Φυσικές Κλιματικές Αλλαγές. Μετακινήσεις των ηπείρων στην επιφάνεια της γης. Θεωρία του Wegener. Ηφαίστεια- Ηφαιστειακές Εκρήξεις. Αλλαγές στη θέση και κίνηση της γης – Αστρονομική θεωρία του Milankovitch. Ηλιακή Δραστηριότητα – Ηλιακές Κηλίδες. Κλιματικές Αλλαγές στο Μέλλον. Ανθρωπογενείς Επιδράσεις. Σενάρια. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Ο ρόλος των κλιματικών μοντέλων στη δημιουργία κλιματικών σεναρίων. Στατιστικός και δυναμικός υποβιβασμός κλίμακας. Εκτιμήσεις μελλοντικών αλλαγών σε πλανητική κλίμακα. Εκτιμήσεις μελλοντικών αλλαγών στη θερμοκρασία και τη βροχόπτωση για την περιοχή της Ευρώπης και της Μεσογείου. Κλιματικές αλλαγές και νερό. Ορισμός των Ακραίων Καιρικών Φαινομένων (ένταση, συχνότητα, σφοδρότητα). Φυσικά και ανθρωπογενή αίτια Ακραίων Καιρικών Φαινομένων. Γεωγραφική Κατανομή των Ακραίων Καιρικών Φαινομένων. Επιπτώσεις στον άνθρωπο, στο περιβάλλον και στα οικοσυστήματα. Μελλοντικές Εκτιμήσεις των Ακραίων Καιρικών Φαινομένων – Μελέτη των δυνητικών αλλαγών των χαρακτηριστικών τους. Μελλοντικές Επιπτώσεις. Μέτρα πρόληψης και προσαρμογής στις νέες συνθήκες.

 

GMCM 105Y Ατμοσφαιρικό Περιβάλλον

Περιεχόμενο Μαθήματος: Σύσταση της ατμόσφαιρας. Βιογεωχημικοί κύκλοι του άνθρακα, θείου και αζώτου. Πηγές, καταβόθρες και χρόνος ζωής των ατμοσφαιρικών ρύπων. Αρρύπαντη και ρυπασμένη ατμόσφαιρα – ρυπογόνοι παράγοντες. Εκπομπές αέριων ρύπων από φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Διαβάθμιση της αέριας ρύπανσης σε διάφορες χωρικές κλίμακες. Στοιχεία μετεωρολογίας για την μεταφορά αέριων ρύπων σε διάφορες χωρικές κλίμακες. Χαρακτηριστικά της τύρβης στην ατμόσφαιρα. Η δομή του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος. Οι τυρβώδεις όροι στις βασικές εξισώσεις της ατμόσφαιρας στο οριακό στρώμα. Η εξίσωση της τυρβώδους κινητικής ενέργειας (ΤΚΕ), ο αριθμός Richardson και το μήκος Obukhov. Ο λογαριθμικός νόμος και ο νόμος της δύναμης για την ταχύτητα του ανέμου με το ύψος στο στρώμα επιφανείας, και η σπείρα του Eckman στο στρώμα ανάμειξης. Ατμοσφαιρική διάχυση και διασπορά. Ξηρή και υγρή εναπόθεση. Χημικές αντιδράσεις στην τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα. Καπνομίχλη, φωτοχημικό νέφος και όξινη εναπόθεση. Μακροχρόνιες και μεγάλης κλίμακας επιδράσεις της αέριας ρύπανσης στο πλανήτη: αραίωση του στρατοσφαιρικού όζοντος και τρύπα του όζοντος στην Ανταρκτική, ανθρωπογενής ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου και η παγκόσμια υπερθέρμανση.

 

GMCM 201Y Μέθοδοι Στατιστικής Ανάλυσης στις Ατμοσφαιρικές Επιστήμες

Περιεχόμενο Μαθήματος: Εισαγωγικές έννοιες και Περιγραφική Στατιστική. Στατιστικές Μεταβλητές – Χαρακτηριστικά Θέσης (μέση τιμή, διάμεσος, τεταρτημόρια κλπ.) – Χαρακτηριστικά Διασποράς (διακύμανση, τυπική απόκλιση κλπ) – Χαρακτηριστικά Μορφής (συντελεστές λόξωσης και κύρτωσης). Μέθοδοι γραφικής αναπαράστασης και επεξήγησης αυτών (διαγράμματα, ιστογράμματα, θηκογράμματα, διαγράμματα αθροιστικών συχνοτήτων). Βασικές αρχές των πιθανοτήτων. Τυχαίες Μεταβλητές. Βασικές Θεωρητικές Κατανομές και Στοχαστικές διαδικασίες (Κατανομή Bernoulli. Διωνυμική Κατανομή. Κατανομή Poisson. Υπεργεωμετρική κατανομή. Κανονική κατανομή Ν(μ, σ2) – Κατανομή Gauss. Γεωμετρική κατανομή. Αρνητική διωνυμική κατανομή (Polya). Αλυσίδες Markov (k τάξης)). Περιγραφικές και επεξηγηματικές μέθοδοι για ζεύγη χρονοσειρών (διαγράμματα διασποράς, συσχέτιση, συντελεστές συσχέτισης, γραμμική παλινδρόμηση, συνδιακύμανση). Εισαγωγή στην θεωρία της Στατιστικής Υπόθεσης (έλεγχος υποθέσεων, συντελεστές προσδιορισμού στατιστικής υπόθεσης). – Έλεγχοι Υποθέσεων Ομοιογένειας –Τεστ Ομοιογένειας Alexandersson test, Μέθοδος διπλής αθροιστικής καμπύλης Bartlett’s test. Τάσεις σε χρονοσειρές μετεωρολογικών – κλιματολογικών δεδομένων, Διακυμάνσεις, Απότομες κλιματικές αλλαγές, Κινητός Μέσος, Αθροιστικές Διαφορές, T-test Mann Kendall. Μέθοδοι ανάλυσης πολυμεταβλητών δεδομένων: Ανάλυση σε Κύριες Συνιστώσες, Μέθοδοι αξιολόγησης κλιματικών μοντέλων (καμπύλες ROC, διαγράμματα Taylor κ.α.)

 

GMCM 202Y Αριθμητική Πρόγνωση Καιρού

Περιεχόμενο Μαθήματος: Εισαγωγή: γενικά χαρακτηριστικά αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης καιρού, ιστορικά στοιχεία, εφαρμογές. Εξισώσεις: Οι Θεμελιώδεις Εξισώσεις, προγνωστικές και διαγνωστικές εξισώσεις, υδροστατικά και μη-υδροστατικά μοντέλα. Αριθμητικές μέθοδοι: σφάλματα στρογγύλευσης και αποκοπής, σχήματα πεπερασμένων διαφορών, εξίσωση γραμμικής μεταφοράς, εξίσωση διάχυσης, μη-γραμμική μεταφορά, έλεγχος ευστάθειας, λανθασμένη μεταφορά ενέργειας (aliasing) και μη-γραμμική αστάθεια, φασματικές μέθοδοι, χρονική διαφόριση. Οριζόντια πλέγματα και Κατακόρυφη δομή: Η έννοια του σημείου πλέγματος, οριζόντια διακριτοποίηση, εναλλασσόμενα πλέγματα του Arakawa, Γκαουσιανά πλέγματα, οριακές συνθήκες, επιλογή περιοχής ολοκλήρωσης, τρόποι εμφώλευσης πλεγμάτων, κατακόρυφες συντεταγμένες, οριακές συνθήκες στο έδαφος/θάλασσα (κατανομή ξηράς/θάλασσας, τοπογραφία, χρήσεις γης). Παραμετροποιήσεις φυσικών διεργασιών: ενεργειακό ισοζύγιο στην επιφάνεια, σχήματα εδάφους, ροές υγρασίας και θερμότητας από την επιφάνεια, ιξώδες υπόστρωμα, διαδικασίες υγροποίησης (σχήματα μικροφυσικής, σχήματα κατακόρυφης μεταφοράς, χειρισμός χιονιού). Στοχαστική πρόγνωση: η πλεγματική ανάλυση, διαδικασίες επιχειρησιακής πρόγνωσης καιρού, αφομοίωση δεδομένων, σφάλματα προγνώσεων, στοχαστικές μέθοδοι πρόγνωσης καιρού, μοναδιαία διανύσματα, διαθέσιμα προγνωστικά προϊόντα. Ανάλυση των τελευταίων διαθέσιμων αριθμητικών προγνώσεων καιρού.

 

GMCM 203Y Συνοπτική και Δυναμική Κλιματολογία

Περιεχόμενο Μαθήματος: Αρχές της Συνοπτικής και Δυναμικής Κλιματολογίας. H ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της γης, άνεμοι, κατακόρυφη κίνηση του αέρα, σύγκλιση-απόκλιση, τα μεγάλα κέντρα δράσης (μόνιμα εποχικά), τo γενικό σχήμα της κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας, Δακτύλιος Hadley – Ferrel, Αεροχείμαρρος, Συστήματα Blocking,  παγκόσμια σχήματα τηλεσύνδεσης (teleconnection patterns- ENSO, NAO, AO etc) και δείκτες τηλεσύνδεσης, τα θαλάσσια ρεύματα, αέριες μάζες κατατάξεις αερίων μαζών, μέτωπα, κυκλωνικά συστήματα, τύποι κυκλοφορίας – τύπου καιρού,  Κατατάξεις τύπων κυκλοφορίας για την Ευρώπη και την Ελλάδα.

 

GMCM 204Y Δορυφορική Μετεωρολογία και Κλιματολογία

Περιεχόμενο Μαθήματος: Αρχές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης: νόμοι και μεγέθη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με το γήινο σύστημα, δορυφορικοί αισθητήρες, είδη δορυφόρων. Αρχές επεξεργασίας μετεωρολογικών δορυφορικών εικόνων: θεμελιώδη χαρακτηριστικά μιας εικόνας, ραδιομετρική και γεωμετρική διόρθωση, απεικόνιση και ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων, οπτική ερμηνεία των εικόνων, ενίσχυση της αντίθεσης της εικόνας, χωρική ενίσχυση της εικόνας. Βασικές αρχές ερμηνείας των μετεωρολογικών δορυφορικών εικόνων: ερμηνεία εικόνων στα κανάλια της ηλιακής ακτινοβολίας, εγγύς, μέσου και θερμικού υπερύθρου και υδρατμών, συνδυασμοί καναλιών. Αναγνώριση και ανάλυση των νεφών: αναγνώριση νεφών, αναγνώριση νεφικών συστημάτων μέσης και συνοπτικής κλίμακας, χαρακτηριστικά των μέσης κλίμακας κατακόρυφης ανάπτυξης νεφικών συστημάτων. Εκτίμηση μετεωρολογικών και κλιματικών παραμέτρων: βροχόπτωση, άνεμος, ραδιοβολίσεις.

 

GMCM 205Y Φυσική Κλιματολογία και Κλιματικά Μοντέλα

Περιεχόμενο Μαθήματος: Θεωρία: Ενεργειακά και Υδατικά Ισοζύγια. Μεταβλητότητα κλίματος. Στοιχεία κλιματικού συστήματος (ωκεανοί, κρυόσφαιρα, βιόσφαιρα) και αλληλεπιδράσεις. Κλιματικός εξαναγκασμός. Κλιματικά μοντέλα: Τύποι και χαρακτηριστικά μοντέλων. Εξισώσεις κλιματικών μοντέλων. Μέθοδοι επίλυσης εξισώσεων.  Κλιματικά σενάρια και προβολές. Kλιματική ευαισθησία και αναδράσεις. Διεθνή πρότυπα κλιματικών προσομοιώσεων. Εφαρμογές: Αναζήτηση και παρουσίαση κλιματικών δεδομένων από παγκόσμιες βάσεις.

 

GMCM 206Y Εφαρμοσμένη Μετεωρολογία και Κλιματολογία

Περιεχόμενο Μαθήματος: Επιπτώσεις της Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας στην Γεωργία (επιπτώσεις της θερμοκρασίας, ηλιακής ακτινοβολίας και εδαφικού νερού στα φυτά, αγρομετεωρολογικά μοντέλα), Βιολογία (επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στην βιολογία και οικολογία χερσαίων οικοσυστημάτων, με έμφαση σε φυτά και μικρόβια: βιοποικιλότητα, βιομάζα κι αναπαραγωγική ικανότητα, φαινολογία άνθισης, άμεσες κι έμμεσες επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία) Επιπτώσεις της Κλιματολογίας και του συνεχώς μεταβαλλόμενου κλίματος (κλιματική αλλαγή) στο αστικό μικροκλίμα και την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, στην ανθρώπινη υγεία κλπ. Σύνδεση της κλιματικής αλλαγής με το ευρωπαικό «Πράσινο Δίκαιο» τα μέτρα μετριασμού και προσαρμοστικότητας στο μεταβαλλόμενο κλίκα και στην «Κλιματική Δικαιοσύνη».

 

GMCM 301Y Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία

Η Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία  είναι υποχρεωτική, ορίζεται στο δεύτερο εξάμηνο του Π.Μ.Σ. και πρέπει να ολοκληρωθεί για την απόκτηση του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης (Μ.Δ.Ε.)

 

Πρακτική Άσκηση

Στο Γ΄ εξάμηνο περιλαμβάνεται και πρακτική άσκηση στο Γραφείο Καιρού του Αεροδρομίου Μακεδονία και/ή στο Κ.Ε.Μ.Ε. του ΕΛ.Γ.Α.