Κλιματικές μεταβολές και αλλαγές στο παρόν και μελλοντικό κλίμα, κλιματικά μοντέλα, κλιματικά σενάρια, μελλοντικές προβολλές και προσομοιώσεις του κλίματος, επιπτώσεις στον άνθρωπο, στα οικοσυστήματα και το περιβάλλον.

Σύγχρονες στατιστικές μέθοδοι ανάλυσης κλιματικών δεδομένων και επιστημονικές προσεγγίσεις επεξεργασίας αυτών για την εξαγωγή απαοτελεσμάτων στη επιστήμη της Κλιματολογίας.

Αγρομετεωρολογία: εισαγωγικές έννοιες, εξέλιξη, προοπτικές και εφαρμογές της. Η ηλιακή ακτινοβολία και ο ρόλος της στην ανάπτυξη και παραγωγή των φυτών. Ο ρόλος της θερμοκρασία του περιβάλλοντος (αέρα και εδάφους) στην ζωή των φυτών. Θερμοκρασία και ανάπτυξη των φυτών: φαινολογία και εποχικότητα. Η ανταπόκριση των φυτών στην αύξηση του CO2. Μέθοδοι εκτίμησης διαθεσιμότητας ύδατος: πραγματική και δυνητική εξατμοδιαπνοή. Η ανταπόκριση της φυτικής ανάπτυξης και λειτουργίας στις μεταβολές του διαθέσιμου ύδατος. Σύνοψη των δεικτών ξηρασίας. Τα αγρομετεωρολογικά μοντέλα και οι εφαρμογές τους στην διαχείρηση των καλλιεργειών.

1) Εισαγωγή: Γενική περιγραφή αριθμητικών μοντέλων, Ιστορικά στοιχεία, Εφαρμογές, 2) Εξισώσεις: Οι Θεμελιώδεις Εξισώσεις, προγνωστικές και διαγνωστικές εξισώσεις, 3) Αριθμητικές μέθοδοι: σφάλματα στρογγύλευσης και αποκοπής, σχήματα πεπερασμένων διαφορών, εξίσωση γραμμικής μεταφοράς, εξίσωση διάχυσης, εξίσωση μη-γραμμικής μεταφοράς, συνθήκη ευστάθειας, λανθασμένη μεταφορά ενέργειας (aliasing) και μη-γραμμική αστάθεια, φασματικές μέθοδοι, χρονική διαφόριση, 4) Διακριτοποίηση: Οριζόντια πλέγματα, οριζόντια διακριτοποίηση, εναλλασόμενα πλέγματα του Arakawa, Γκαουσιανά πλέγματα, οριακές συνθήκες, επιλογή πλέγματος, τρόποι εμφώλευσης πλεγμάτων, κατακόρυφες συντεταγμένες (σίγμα – Eta – Ισεντροπικές συντεταγμένες), Οριακές συνθήκες στο έδαφος/θάλασσα (κατανομή ξηράς/θάλασσας, τοπογραφία, φυτοκάλυψη, χρήσεις γης), 5) Παραμετροποιήσεις φυσικών διεργασιών: ενεργειακό ισοζύγιο στην επιφάνεια, σχήματα εδάφους, ροές υγρασίας και θερμότητας στο έδαφος, διαδικασίες υγροποίησης (σχήματα μικροφυσικής, σχήματα κατακόρυφης μεταφοράς, χειρισμός χιονιού), αλληλεπίδραση ατμόσφαιρας/θάλασσας - ιξώδες υπόστρωμα, 6) Στοχαστική πρόγνωση (Ensemble Forecasting): ανάλυση, διαδικασίες επιχειρησιακής πρόγνωσης καιρού, αφομοίωση δεδομένων, σφάλματα προγνώσεων, στοχαστικές μέθοδοι (poor man’s ensemble, LAF, Ensemble Prediction System), Μοναδιαία διανύσματα, διαθέσιμα προγνωστικά προϊόντα.

Σύσταση της ατμόσφαιρας και βιογεωχημικοί κύκλοι των στοιχείων. Πηγές, καταβόθρες και χρόνος ζωής των ατμοσφαιρικών ρύπων. Εκπομπές αέριων ρύπων από φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Διαβάθμιση της αέριας ρύπανσης σε διάφορες χωρικές κλίμακες. Φυσικές διεργασίες μεταφοράς των αέριων ρύπων. Ατμοσφαιρική διάχυση και διασπορά. Ξηρή και υγρή εναπόθεση. Βασικές αρχές της χημείας στην τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα. Χημικές αντιδράσεις στην τροπόσφαιρα και στρατόσφαιρα. Φωτοχημικό νέφος και όξινη βροχή. Μακροχρόνιες και μεγάλης κλίμακας επιδράσεις της αέριας ρύπανσης στο πλανήτη: αραίωση του στρατοσφαιρικού όζοντος και τρύπα του όζοντος στην Ανταρκτική, ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Μεθοδολογία μετρήσεων ατμοσφαιρικών ρύπων.

Αρχές της Φυσικής 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, παγκόσμια σχήματα τηλεσύνδεσης (teleconnection patterns) και δείκτες τηλεσύνδεσης, τα θαλάσσια ρεύματα, αέριες μάζες, μέτωπα, κυκλωνικά συστήματα, τύποι κυκλοφορίας - τύπου καιρού, Κατατάξεις τύπων κυκλοφορίας για την Ευρώπη και την Ελλάδα

Κλιματικά μοντέλα, σύγχρονα θέματα του κλιματικού συστήματος και εφαρμογές.

Ηλιακή και Γήινη Ακτινοβολία και ο ρόλος τους στο κλιματικό ισοζύγιο 

Το μάθημα αυτό είναι στο Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τομέα Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας. Διδάσκεται στο εαρινό (2ο) εξάμηνο και καλύπτει τα θέματα της Μετεωρολογίας με βάση τη Φυσική και κυρίως τα Μαθηματικά.

1) Εισαγωγή, αέριες μάζες, μέτωπα, υφέσεις, αντικυκλώνες, αυλώνες, ράχες. 2) Xάραξη και χρήση μετεωρολογικών χαρτών (επιφάνειας, ανώτερης ατμόσφαιρας). 3) Ρευματογραμμές, τροχιές, γεωστροφικός άνεμος, άνεμος βαροβαθμίδας, απόκλιση και σύγκλιση, θερμικός άνεμος και θερμική μεταφορά, στροβιλισμός και μεταφορά στροβιλισμού. 4) Κατακόρυφη ταχύτητα, σχεδόν γεωστροφική εξίσωση Ομέγα, μορφή του Sutcliffe, σχέση κατακόρυφων κινήσεων και συνοπτικών συστημάτων (υφέσεων, αεροχειμμάρων). 5) Βαροτροπική/βαροκλινική ατμόσφαιρα, βαροτροπική/βαροκλινική αστάθεια, ενεργειακό διάγραμμα του Lorenz. 6) 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. 7) Κυκλογένεση, εκρηκτική κυκλογένεση, τύποι κυκλογένεσης, αυτο-ανάπτυξη, ανάλυση περιπτώσεων εκρηκτικής κυκλογένεσης. 8) Ανάλυση διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας σε θέματα: α) ιδεατών μοντέλων υφέσεων (νορβηγικό μοντέλο, μοντέλο Shapiro-Keyser), β) αεροχειμμάρων (υποτροπικός αεροχείμμαρος, Αφρικανικός ανατολικός αεροχείμμαρος), γ) εκρηκτικής κυκλογένεσης, δ) κυκλώνων με χαρακτηριστικά τροπικών κυκλώνων στη Μεσόγειο, ε) μετωπογένεσης, στ) Αφρικανικών Ανατολικών Κυμάτων.