Astronomia praktyczna

(Elementy geofizyki. Fizyka miasta. Fizykalne aspekty

środowiska i terenów

zurbanizowanych. Podstawy geofizyki, fizyki

środowiska i klimatologii

urbanistycznej.)

Wykład łączy elementy: geofizyki, fizyki miasta i fizyki środowiska.

Geofizyka – sejsmologia, hydrologia, fizyka atmosfery i meteorologia.

Fizyka miasta – dziedzina wiedzy technicznej, związana z naukami budowlanymi, zajmująca
się rozpoznawaniem, opisem oraz interpretacją współzależności między charakterem,
stopniem i strukturą zabudowy miast i osiedli a czynnikami determinującymi fizyczne aspekty
warunków życia na obszarach zurbanizowanych. - Leszek Laskowski

Fizyka miasta jest wyodrębionym elementem planowania urbanistycznego, szczególnie w
aspekcie kształtowania środowiska życia ludzi i racjonalnej gospodarki energetycznej.

Fizyka środowiska – bada zjawiska fizyczne występujące w środowisku życia człowieka,
zawiera elementy fizyki stosowanej i fizyki technicznej; pozwala analizować, zapobiegać i
łagodzić problemy zmian i degradacji środowiska.

Program zajęć:

Budowa Ziemi. Tektonika płyt (hipoteza Wegenera). Elementy sejsmologii: ognisko,
epicentrum, promień sejsmiczny, typy fal sejsmicznych, hodograf. Obszary sejsmiczne.
Skutki trzęsień ziemi w różnych obszarach. Magnituda trzęsienia (skala Richtera).
Elastyczność skorupy ziemskiej. Budownictwo sejsmiczne. Ruchy masowe gruntu.

Budowa, cyrkulacja i termodynamika atmosfery. Równanie stanu powietrza suchego.
Model atmosfery hydrostatycznej.

Równowaga pionowa i konwekcja termiczna. Para

wodna w atmosferze, para nasycona, miary wilgotności. Widmo promieniowania
słonecznego. Nasłonecznienie. Albedo powierzchni Ziemi. Pogoda: typy wiatru, fronty
atmosferyczne, zachmurzenie i opady. Zjawiska optyczne w atmosferze.

Elementy hydrologii. Cykl wodny. Oceany, falowanie, pływy. Tsunami. Prądy morskie i ich
wpływ na klimat. Urbanizacja a zmiany stosunków wodnych. Groźba powodzi. Wody
gruntowe -

znaczenie użytkowe, ochrona, wpływ na zabudowę. Obiekty hydrologiczne i

ich wpływ na środowisko.

Czynniki klimatu, bioklimat, pogoda. Klimat Polski. Zmiany klimatu: anomalie klimatyczne,
bilans energetyczny Ziemi, efekt cieplarniany, obserwacje współczesne a
paleoklimatologia. Zagrożenia bioróżnorodności.

Równania ruchu powietrza. Warstwa graniczna. Numeryczne prognozowanie pogody –
elementy. Efekt tunelowy. Aerodynamika budowli. Aerodynamika terenów zabudowanych.
Ochrona przed wiatrem. Charakterystyka aerodynamiczna obszarów o różnej
intensywności i strukturze zabudowy oraz jej konsekwencje bioklimatyczne i cieplne (np.
temperatura odczuwalna).

Specyficzne cechy klimatu miasta. Zjawisko wyspy ciepła. Bilans ciepła i wilgoci, znaczenie

fizyki cieplnej w zespołach miejskich. Konsekwencje termiczne i bioklimatyczne urbanizacji.

Rola zieleni i akwenów w kształtowaniu klimatu lokalnego.

7) Zanieczyszczenia

powietrza atmosferycznego., aerozole, smog. Rozprzestrzenianie się

zanieczyszczeń. Monitoring stanu powietrza. Jakość powietrza w wybranych aglomeracjach.
Elementy akustyki, hałas i jego miara. Akustyka urbanistyczna. Przenoszenie dźwięku a
budownictwo. Dopuszczalny poziom hałasu. Strefy hałasu, ochrona przed hałasem.
Odczuwanie wrażeń cieplnych, akustycznych i wizualnych. Akceptowalne i komfortowe
warunki środowiska cieplnego, wizualnego i akustycznego. Spektroskopia środowiska i inne
techniki pomiarowe. Oświetlenie i pola elektromagnetyczne jako czynnik środowiskowy.

Możliwości i ograniczenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii (słonecznej, wiatrowej,

geotermalnej i biomasy). Energia jądrowa i termojądrowa - szanse i zagrożenia.
Promieniowanie jonizujące w środowisku.

Fizyka miasta na usługach strategii zrównoważonego rozwoju. Różne koncepcje nisko-

energochłonnych struktur urbanistycznych. Osiedla proekologiczne. Bilans eko-energetyczny,
uwarunkowania i wskaźniki zrównoważenia. Racjonalizacja intensywności zabudowy oraz
wdrażania nowoczesnej technologii. Strategia zrównoważonego rozwoju.

Niekonwencjonalna infrastruktura techniczna.

10) Typologia i klasyfikacja miast oraz aglomeracji miejsko-

przemysłowych. Jakość środowiska

fizycznego w mieście. Charakterystyczne enklawy wielkomiejskie, mikro- klimat ulic i placów.
Insolacja i przewietrzanie głębokich kanionów ulic. Znaczenie zagadnień fizykalnych dla
współczesnej architektury i urbanistyki. Wymagania dotyczące obiektów środowiska
zbudowanego.

Zalecana literatura przedmiotu:

1  Barlik Marcin: Wybrane zagadnienie z geofizyki, Wydawnictwa PW, Warszawa, 1986
2. Bilski Edmund: Geofizyka, Wydawnictwa PW, Warszawa, 1971
3. Stenz Edward, Maria Mackiewicz: Geofizyka ogólna, PWN, Warszawa, 1964
4. Kożuchowski K. (red.): Meteorologia i klimatologia. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2005
5.  Alyn C. Duxbury, Alison B. Duxbury, Keith A. Sverdrup: Oceany świata. PWN. Warszawa, 2002
6. Steven M. Stanley: Historia Ziemi, PWN, Warszawa, 2005
7. Laskowski L.: Wybrane zagadnienia fizyki miasta. COIB, Warszawa 1987
8. Leszek Laskowski: Leksykon podstaw budownictwa niskoenergochłonnego. POLCEN, Warszawa

2009

9. Boeker E., Grondelle R.: Fizyka środowiska. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2002
10. Pr. zbior.: Klimat miasta - Vademecum urbanisty. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej,

Kraków 1991

11. Lewińska J.: Klimat miasta – zasoby, zagrożenia, kształtowanie. Instytut Gospodarki Przestrzennej i

Komunalnej, Kraków 2000

12. Pr. zbior.: Bioklimatologia człowieka. Instytut Geogr. i Przestrz. Zagospod. PAN, Warszawa 1997
13. Klemm K.: Kompleksowa ocena warunków mikroklimatu w luźnych i zwartych

strukturach urbanistycznych. KILiW PAN, Warszawa 2011

14. Woś Alojzy (2006). Meteorologia dla geografów, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań
15. Encyklopedia fizyki współczesnej (1983): Opracowanie zbiorcze, PWN, Warszawa
16. Andrews D.G.: (2000) An Introduction to Atmospheric Physics, Cambridge University
    Press, Cambridge
17. Iribarne J.V., Cho H.-R (1988): Fizyka atmosfery, PWN, Warszawa
18. Steven M. Stanley (2005): Historia Ziemi, PWN, Warszawa
19. Tjerd van Andel (2001): Nowe spojrzenie na starą planetę, PWN, Warszawa
20. Mizerski W. (2010): Geologia dynamiczna, PWN, Warszawa

Ziemia - podstawowe własności fizyczne:

Promień: 6371 km (średnio)
Spłaszczenie: 1/298.25
Odległość od Słońca: 149.6 mln km (147-151.5)
Rok (zwrotnikowy): 365.24 dni
Nachylenie do ekliptyki: 23º 26’
Prędkość orbitalna: 29.8 km/s
Dzień słoneczny 24 h
Dzień gwiazdowy 23h 56m 04s
Prędkość kątowa obrotu: 7,292115×10

-5

rad/s

Masa: 5980*10

Objętość: 1.083*10

Gęstość średnia: 5.515 t/m

Przyspieszenie siły ciężkości: g = 9.81 m/s

Prędkość ucieczki: 11.2 km/s
Albedo: 0.367
Temperatura średnia na powierzchni: 15º C (288 K)
Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni: 101.325 kPa

Układ współrzędnych elipsoidalnych (szerokość i długość geodezyjna)

– punkt na fizycznej

powierzchni Ziemi

– środek masy Ziemi

– wektor jednostkowy

normalnej do elipsoidy

– wektor jednostkowy

kierunku przyspieszenia
siły ciężkości

– szerokość geodezyjna

– długość geodezyjna



– odchylenie pionu

ELIPSOIDA ZIEMSKA

Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’80 – Geodetic Reference
System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i
Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 roku.

Stosowana rezolucja zaleca aby:

3986005





108263







• równikowy promień Ziemi: a = 6378137 m
• geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)

• dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje pływową (o tym

będzie później):

• kątowa prędkość Ziemi:

Wynikają z niej pochodne stałe zarówno geometryczne jak i fizyczne. Jedną z tych
stałych jest spłaszczenie elipsoidy

8118

0033528106



Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w układzie współrzędnych prostokątnych
ma postać:







Gdzie:

1 e













- kwadrat mimośrodu

a – duża półoś

f – spłaszczenie elipsoidy

sek

rad

7297115







