Моделирование климата городов

Бакалавриат 2023/2024

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс по выбору (География глобальных изменений и геоинформационные технологии)

Направление: 05.03.02. География

Кто читает: Факультет географии и геоинформационных технологий

Где читается: Факультет географии и геоинформационных технологий

Когда читается: 4-й курс, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Варенцов Михаил Иванович

Язык: русский

Кредиты: 9

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс «Моделирование климата городов» входит в группу предметов по выбору и доступен студентам всех трех специализаций программы «География глобальных изменений и геоинформационные технологии». Курс предполагает знакомство студентов с набором вопросов на стыке метеорологии и климатологии, урбанистики, геоинформатики, статистического и физико-математического моделирования, возникающих в фундаментальных и прикладных климатических исследованиях для современных городов. Теоретическая часть курса посвящена вопросам влияния урбанизации на атмосферные процессы, влияния особенностей городского климата на население и экономику, современным подходам к моделированию этих эффектов и их учету в прикладных задачах. Практическая часть курса предполагает знакомство с применяемыми в городской климатологии методами анализа данных и моделирования, включая численные модели прогноза погоды и климата, а также основанные на методах машинного обучения статистические модели.The course introduces students to a set of questions at the intersection of meteorology and climatology, urban planning, geoinformatics, statistical and physical-mathematical modeling, which arise in fundamental and applied climate research for modern cities. The theoretical part of the course is devoted to the issues of the influence of urbanization on atmospheric processes, the influence of urban climate features on population and economy, modern approaches to modeling these effects, and their consideration in applied tasks. The practical part of the course involves familiarizing students with the methods of data analysis and modeling used in urban climatology, including numerical weather and climate forecast models, as well as statistical models based on machine learning methods.

Цель освоения дисциплины

Получение фундаментальных зданий об особенностях погоды и климата урбанизированных территорий, их влияния на население и экономическую деятельность
Ознакомление с современными методами инструментами моделирования погоды и климата, применяемых для городов на различных пространственных масштабах
Знакомство с источниками данных, релевантных для задач моделирования климата городов, и современными методами их обработки

Планируемые результаты обучения

Иметь современные представления об особенностях погоды и климата урбанизированных территорий, их влияния на природу, общество и экономику
Иметь представления о применимости различных видов данных наблюдений и различных климатических моделей для городских условий
Уметь выбирать данные и модели для решения прикладных задач в области городской климатологии и смежных наук
Владеть базовыми навыками работы с основными видами данных наблюдений и моделирования, используемых в городской климатологии

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Введение. Краткое повторение основных понятий метеорологии и климатологии.
Тема 2. Мониторинг городского климата.
Тема 3. Моделирование погоды и климата для городов.
Тема 4. Комфортность городского климата.

Элементы контроля

Эссе
Задается в виде домашнего задания после первого занятия и выполняется в рамках самостоятельной работы. Сдача эссе осуществляется путем отправки документа на электронную почту преподавателя. Описание: тема эссе «как знания о городском климате можно использовать для решения проблем населения и экономики?». В рамках эссе необходимо: Сформулировать проблему, которая: имеет социально-экономическое значение для крупных современных городов (важна для населения / инфраструктуры / бизнесе и т.д.) решение которой может требовать знания о погоде и/или климате эффективность решения, которой можно повысить, есть получить детальные данные о погоде и климате в городе X Сформировать, какой именно эффект (финансовый, экологический и пр.) может быть достигнут Предложить, как можно получить необходимые метеорологические данные Исходить из следующих предположений: город Х с населением более 100 тысяч человек расположен в умеренных или субарктических широтах одной из развитых стран; не учитывается в моделях прогноза погоды и климата, не освещен данными стандартных метеорологических наблюдений в городской среде Чтобы помочь с выбором темы эссе, на первом семинаре курса (занятие №2) проводится блиц-обсуждение таких проблем. Студенты делятся на команды, и каждая команда должна путем «мозгового штурма» сформулировать проблему и предложить, как именно использование детализированных климатических данных. Окончательная тема эссе определяется путем очных или дистанционных консультаций с преподавателем между I и II лекциями (до занятия №3). Ориентировочный объем эссе должен составлять 3-5 стр. Обязательно наличие ссылок на литературные источники.
Практические работы
Проводится: выполняются в течение семинаров и в рамках самостоятельной работы в течение всего курса. Описание: В рамках курса предполагается выполнение 6 практических заданий по следующими темам: 1)Анализ данных мониторинга и моделирования для городов 2)Пространственные данные для моделирования городского климата 3)Мезомасштабное моделирования городского климата 4)Микромасштабное моделирование городского климата 5)Моделирование биоклиматической комфортности в городской среде 6)Моделирование градостроительных и архитектурных сценариев Каждый студент выполняет практические задания на примере различных городов, которые выбираются ими в начале курса (не позднее второго семинара по теме №2). Каждый студент выбирает свой город, города не должны повторяться. В случае возношения объективных сложностей (например отсутствие необходимы данных) город возможно поменять. Исключением является задание №3, оно может выполняться для других городов на основе данных, предоставляемых преподавателем. В рамках выполнения практических работ предполагается использования языка Python для анализа и визуализации данных там, где это необходимо. Альтернативные способы анализа и визуализации данных обсуждаются индивидуально. Результатом выполнения каждой практической работы является: набор графических материалов (графики, карты и пр.), оформленных в виде единого документа или презентации, снабженных необходимыми подрисуночными подписями и подтверждающих, что студент овладел рассматриваемые в рамках курса методы работы с данными и моделями исходный код, использованный студентами для подготовки графических материалов (если задание предполагает программирование) Результаты выполнения таких заданий отправляются преподавателю по электронной почте, или показываются ему в ходе контактной работы на семинарах. В ходе обсуждения результатов выполнения заданий необходимо ответить на вопросы по теме задания. Каждая из практических работ оценивается отдельно. Итоговая оценка определяется как среднее арифметическое среди оценок за отдельные практические работы. СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ: № 1 Тема практической работы Анализ данных мониторинга и моделирования для городов Срок выполнения 3 недели Начало выполнение работы Занятие №4 (I семинар раздела №2) Контроль Занятие №6 (II семинар раздела №3)Срок сдачи До занятия №9 (II семинар раздела №2) №2 Тема практической работы Пространственные данные для моделирования городского климата Срок выполнения 1 неделя Начало выполнение работы Занятие №9 (II семинар раздела №3)Контроль Нет Срок сдачи До занятия №11 (IV семинар раздела №3) № 3 Тема практической работы Мезомасштабное моделирования городского климата Срок выполнения 1 неделя Начало выполнение работы Занятие №11 (IV семинар раздела №3) Контроль Нет Срок сдачи До занятия №13 (VII семинар раздела №3) № 4 Тема практической работы Микромасштабное моделирование городского климата Срок выполнения 1 неделя Начало выполнение работы Занятие №13 (VII семинар раздела №3) Контроль Нет Срок сдачи До занятия №15 (I лекция раздела №4) № 5 Тема практической работы Моделирование биоклиматической комфортности в городской среде Срок выполнения 1 неделя Начало выполнение работы Занятие №15 (I лекция раздела №4) Контроль Нет Срок сдачи До занятия №17 (II семинар раздела №4) № 6 Тема практической работы Моделирование градостроительных и архитектурных сценариев Срок выполнения 1 неделя Начало выполнение работы Занятие №17 (II семинар раздела №4) Контроль Нет Срок сдачи До занятия №19 (IV семинар раздела №4)
Защита курсового проекта
Курсовой проект является результатом объединения нескольких выполняемых в рамах курса практических работ (как минимум двух) в логически связанное аналитическое исследование. Используя данные и инструменты из двух и более практических работ, необходимо выполнить аналитическое исследование по выбранной теме, и представить его результаты. Проект выполняется в течение всего курса, начиная с момента выбора темы (не позднее занятия №11)

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 3 модуль
0.2 * Защита курсового проекта + 0.6 * Практические работы + 0.2 * Эссе

Список литературы

Авторы

Варенцов Михаил Иванович

Программа дисциплины