Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Modelowanie procesów środowiskowych
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
DGEI-2-202-MI-n
Wydział:
Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Modelowanie informacji o środowisku
Kierunek:
Geoinformacja
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Niestacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Bogacki Marek (bogacki@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Studenci po ukończeniu modułu będą posiadać kompetencje do pozyskiwania, przetwarzania, modelowania i prezentacji danych środowiskowych ze szczególnym uwzględnianiem umiejętności modelowania procesów meteorologicznych, hydrologicznych i zachodzących w środowisku glebowym.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 zasady pozyskiwania wiarygodnych danych środowiskowych z ogólnodostępnych hurtowni danych oraz innych źródeł informacji GEI2A_W01, GEI2A_W03 Wynik testu zaliczeniowego
M_W002 zasady tworzenia i obsługi programów bazodanowych służących do akwizycji, przetwarzania i wizualizacji danych przestrzennych i środowiskowych GEI2A_W04, GEI2A_W05 Wynik testu zaliczeniowego
M_W003 podstawowe pojęcia z zakresu fizyki atmosfery, meteorologii, hydrologii i procesów zachodzących w środowisku glebowym oraz zna narzędzia informatyczne służące do modelowania procesów środowiskowych GEI2A_W04, GEI2A_W06 Wynik testu zaliczeniowego
M_W004 sposoby parametryzacji procesów środowiskowych oraz zaawansowane narzędzia informatyczne służące do ich modelowania GEI2A_W04, GEI2A_W06 Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności: potrafi
M_U001 pozyskiwać wysokiej jakości dane o środowisku, przetwarzać je i prezentować w atrakcyjnej formie graficznej GEI2A_U08, GEI2A_U06, GEI2A_U01 Wykonanie projektu
M_U002 pracować w zespole projektowym, oszacować czas potrzebny na realizację danego zadania oraz dostosować harmonogram i tempo prac do czasu przeznaczonego na ich wykonanie GEI2A_U09 Wykonanie projektu
M_U003 tworzyć, adaptować, modyfikować, automatyzować algorytmy/procesy obliczeniowe (w tym pracujące w środowisku GIS) dla celów związanych z modelowaniem procesów środowiskowych GEI2A_U04, GEI2A_U02, GEI2A_U07, GEI2A_U05 Wykonanie projektu
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 zachowania etycznej postawy poprzez uczciwość w stosunku do współwykonawców projektu oraz odbiorcy końcowego projektu, dbając o możliwie jak najwyższą jakość projektu GEI2A_K01 Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
27 9 0 0 18 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 zasady pozyskiwania wiarygodnych danych środowiskowych z ogólnodostępnych hurtowni danych oraz innych źródeł informacji + - - + - - - - - - -
M_W002 zasady tworzenia i obsługi programów bazodanowych służących do akwizycji, przetwarzania i wizualizacji danych przestrzennych i środowiskowych + - - + - - - - - - -
M_W003 podstawowe pojęcia z zakresu fizyki atmosfery, meteorologii, hydrologii i procesów zachodzących w środowisku glebowym oraz zna narzędzia informatyczne służące do modelowania procesów środowiskowych + - - + - - - - - - -
M_W004 sposoby parametryzacji procesów środowiskowych oraz zaawansowane narzędzia informatyczne służące do ich modelowania + - - + - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 pozyskiwać wysokiej jakości dane o środowisku, przetwarzać je i prezentować w atrakcyjnej formie graficznej - - - + - - - - - - -
M_U002 pracować w zespole projektowym, oszacować czas potrzebny na realizację danego zadania oraz dostosować harmonogram i tempo prac do czasu przeznaczonego na ich wykonanie - - - + - - - - - - -
M_U003 tworzyć, adaptować, modyfikować, automatyzować algorytmy/procesy obliczeniowe (w tym pracujące w środowisku GIS) dla celów związanych z modelowaniem procesów środowiskowych - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 zachowania etycznej postawy poprzez uczciwość w stosunku do współwykonawców projektu oraz odbiorcy końcowego projektu, dbając o możliwie jak najwyższą jakość projektu - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 27 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 15 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (9h):
  1. Modelowanie procesów meteorologicznych

    Przypomnienie podstawowych pojęć z zakresu fizyki atmosfery oraz meteorologii. Numeryczne modele meteorologiczne (rodzaje, budowa, skala). Dane wsadowe do modeli (zasady pozyskiwania danych, źródła informacji/danych, jakość danych, rozdzielczość czasowo-przestrzenna danych, formaty). Cechy modeli globalnych, regionalnych, mezoskalowych. Parametryzacja procesów zachodzących w atmosferze w różnej skali przestrzenno-czasowej. Weryfikacja, korekcja i adjustacja wyników obliczeń. Wizualizacja pól parametrów meteorologicznych. Opracowanie i interpretacja wyników obliczeń. Obszary zastosowania wyników obliczeń.

  2. Modelowanie procesów hydrologicznych

    Modelowanie złożonych procesów hydrologicznych, kształtowanych przez czynniki środowiskowe, społeczne i gospodarcze. Analiza systemów (ang. system dynamics), modelowanie koncepcyjne (ang. mental models, mental mapping). Przykłady modelowania złożonych procesów środowiskowych oraz społeczno-ekonomiczno-środowiskowych. Aktualny stan wiedzy w zakresie modelowania komputerowego zjawisk i procesów hydrologicznych. Metody i narzędzia przewidywania przebiegu zjawisk i ich skutków. Opis matematyczny procesów. Metody tworzenia modeli. Model a rzeczywistość. Modelowanie zasobów wodnych. Model opad-odpływ. Predykcja elementów bilansu wodnego w zlewni i ich wartości. Dostępność wody dla ludzi i roślin. Zagrożenia powodziowe i erozyjne. Modelowanie jakości zasobów wodnych oraz symulacja wpływu różnych opcji inwestycyjnych lub planowanych form użytkowania i/lub pokrycia terenu. Wspomaganie komputerowe zarządzania zlewniowego. Modelowanie przepływu wód podziemnych oraz transportu zanieczyszczeń.

  3. Modelowanie procesów zachodzących w środowisku glebowym

    Modelowanie zagrożenia gleb erozją.
    Opis zjawiska, rodzaje erozji, czynniki sprzyjające erozji. Model USLE i jego modyfikacje jako narzędzie szacowania strat gleby w wyniku procesów erozyjnych.

    Modelowanie zmian zawartości węgla organicznego w glebie.
    Znaczenie materii organicznej, przemiany glebowej materii organicznej, chemia związków organicznych występujących w glebie. Modele RothC, DAISY.

    Zastosowanie metod spektralnych do szacowania zawartości węgla organicznego w glebie.
    Podstawy spektroskopii w bliskiej podczerwieni, budowa i kalibracja modeli.

Ćwiczenia projektowe (18h):
  1. Projekt w zakresie modelowania pól parametrów meteorologicznych z wykorzystaniem modelu WRF

    Zapoznanie się ze strukturą mezoskalowego modelu meteorologicznego WRF (Weather Research and Forecasting model) w wersji co najmniej 3.9. Poznanie komponentów oprogramowania, a także wymaganych danych wejściowych do symulacji (ich typu, struktury oraz źródeł). Pozyskanie oraz przygotowanie danych do przykładowej symulacji retrospekcyjnej w modelu WRF przy wykorzystaniu narzędzi preprocesora WPS. Przeprowadzenie symulacji warunków meteorologicznych dla przykładowego epizodu za pomocą modelu WRF. Analiza uzyskanych danych przy pomocy programów umożliwiających ich wizualizację oraz narzędzi NCL.

  2. Projekt z zakresu modelowania procesów hydrologicznych

    Przestrzenne analizy wpływu użytkowania i pokrycia terenu na obieg wody (szczególnie dla przypadku zwiększenia odpływu powierzchniowego) oraz skutków tych zmian na możliwość prowadzenia różnych form aktywności ludzkiej, ochronę przyrody i środowiska naturalnego oraz ochronę przeciwpowodziową. Modelowanie jakości wód powierzchniowych, określenie wpływu najważniejszych czynników ją kształtujących (zrzuty oczyszczonych ścieków komunalnych, rozproszone źródła niezorganizowane, spływ powierzchniowy). Modelowanie przepływu wód podziemnych oraz migracji w nich zanieczyszczeń. Zintegrowane zarządzanie zlewnią – analizy przestrzenne integrujące wszystkie wcześniej poznane narzędzia.

  3. Projekt z zakresu modelowania procesów zachodzących w środowisku glebowym

    1. Szacowanie strat gleby dla wybranego rejonu z zastosowaniem modelu USLE.
    2. Budowa i kalibracja modelu predykcyjnego zawartości węgla ( C ) w glebie na podstawie widm w bliskiej podczerwieni.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem niezbędnym do zaliczenia wykładów jest zaliczenie kolokwium z treści przekazanych na wykładzie.
Warunkiem niezbędnym do zaliczenia ćwiczeń projektowych jest:
• obecność na co najmniej 70% zajęć,
• co najwyżej 1 nieobecność nieusprawiedliwiona,
• wykonanie i zaliczenie wszystkich wymaganych projektów.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK) z przedmiotu liczona jest wg następującego wzoru:
OK = 0,4*W + 0,2*PA+0,2*PH+0,2*PG
gdzie:
W – ocena uzyskana z wykładów (kolokwium zaliczeniowego)
PA – ocena uzyskana z projektu z zakresu modelowania zjawisk zachodzących w atmosferze
PH – ocena uzyskana z projektu z zakresu modelowania zjawisk zachodzących w hydrosferze
PG – ocena uzyskana z projektu z zakresu modelowania zjawisk zachodzących w środowisku glebowym

W przypadku braku pozytywnej oceny z kolokwium zaliczeniowego z wykładów lub z któregokolwiek projektu nie wystawiana jest ocena końcowa.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

W sytuacji nieobecności na zajęciach z przyczyn losowych student ma możliwość uzupełnienia zaległości w formie konsultacji u prowadzącego zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagania wstępne: znajomość środowiska systemu operacyjnego Linux, obsługi narzędzi GIS (Windows) oraz formatu plików NetCDF.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  1. Andrews J.E., Brimblecombe P., Jickells T.D., Liss P.S.: Wprowadzenie do chemii środowiska. WNT, Warszawa 2000.
  2. Boeker E., van Grondelle R.: Fizyka środowiska. PWN, Warszawa 2002.
  3. Burns D.A., Ciurczak E.W.: Handbook of Near Infrared Analysis. New York, Basel, Marcel Dekker, 2001.
  4. Chapra S.C., Pelletier G.J., Tao H.: QUAL2K: A Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality, Version 2.12: Documentation and Users Manual. Civil and Environmental Engineering Dept., Tufts University, Medford, MA, 2012.
  5. Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J. et al.: The ERA-Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system. Q. J. R. Meteorol. Soc. 137, pp. 553–597, 2011.
  6. Dworak T.Z.: Fizyka środowiska atmosferycznego. Wyd. AGH. Kraków 1994.
  7. Fetter C.W.: Applied Hydrogeology. Prantice Hall, 2001.
  8. Flügel W.A.: River Basin Impact Assessment of Changing Land Use and Climate by Applying the ILWRM Approach in Africa and Asia [w:] Sharma N. (red.) River System Analysis and Management, Springer, 2017.
  9. Gryboś R., Tomaszek S.: Procesy klimatotwórcze nad terenem uprzemysłowionym. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.
  10. Jasiński J.M., Kroszczyński K., Rymarz C., Winnicki I.: Satelitarne obrazy procesów atmosferycznych kształtujących pogodę. PWN, Warszawa 1999.
  11. Kalnay E.: Atmospheric Modeling, Data Assimilation and Predictability. Cambridge University Press, New York 2003.
  12. Kossowska-Cezak U., Martyn D., Olszewski K., Kopacz-Lembowicz M.: Meteorologia i klimatologia. Pomiary, obserwacje, opracowania. PWN, Warszawa – Łódź 2000.
  13. Kożuchowski K.: Atmosfera – klimat – ekoklimat. PWN, Warszawa 1998.
  14. Kożuchowski, K. (ed.): Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa 2008.
  15. Lewińska J.: Klimat miasta. Zasoby, zagrożenia, kształtowanie. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej, Oddział w Krakowie. Kraków 2000.
  16. Lynch P.: The origins of computer weather prediction and climate modelling. Journal of Computational Physics. University of Miami. 227 (7), pp. 3431–44, 2008.
  17. Ojrzyńska H., Kryza M., Wałaszek K., Szymanowski M., Werner M., Dore A.J.: High-Resolution Dynamical Downscaling of ERA-Interim Using the WRF Regional Climate Model for the Area of Poland. Part 1: Model Configuration and Statistical Evaluation for the 1981–2010 Period. Pure Appl. Geophys, 2016.
  18. Prochal P., Maślanka K., Koreleski K.: Ochrona środowiska przed erozją wodną. Wydawnictwo Akademii Rolniczej, Kraków, 2005.
  19. Seaman N.L.: Meteorological modeling for air-quality assessments. Atmos. Environ. 34, pp. 2231–2259, 2000.
  20. Skamarock W.C., Klemp J.B., Dudhi J., Gill D.O., Barker D.M., Duda M.G., Huang X.-Y., Wang W., Powers J.G.: A Description of the Advanced Research WRF Version 3. Tech. Rep. 113, 2008.
  21. Soczyńska U. (red.): Hydrologia dynamiczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowe PWN, 1997.
  22. Woś A.: Klimat Polski. PWN, Warszawa 1999.
  23. Woś A.: Meteorologia dla geografów. PWN, Warszawa 1996.
  24. Zwoździak J., Zwoździak A., Szczurek A.: Meteorologia w ochronie atmosfery. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998.
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
  1. Chodak M., Ludwig B., Khanna P., Beese F: Use of near infrared spectroscopy to determine biological and chemical characteristics of organic layers under spruce and beech stands. J. Plant Nutr. Soil Sci., 165, 27 – 33, 2001.
  2. Chodak M.: Near infrared spectroscopy for rapid estimation of microbial properties in reclaimed mine soils. J. Plant Nutr. Soil Sci., 174, 702 – 709, 2011.
  3. Chodak M.: Zastosowanie spektroskopii w bliskiej podczerwieni (NIR) do oznaczania zawartości C, N, S, P i kationów metali w materii organicznej gleb leśnych. Wydawnictwa AGH, Inżynieria Środowiska Tom 10, Zeszyt 2, 213 – 222, 2005.
  4. Drzewiecki W., Bergier T., Flügel W., Fink M., Pfenning B., Bernat K.: Krajowa infrastruktura informacji przestrzennej jako źródło danych dla systemu informacji o zlewni (RBIS). Roczniki Geomatyki 11 (1), 45–56, 2013.
  5. Oleniacz R., Bogacki M, Szulecka A., Rzeszutek M., Mazur M: Assessing the impact of wind speed and mixing-layer height on air quality in Krakow (Poland) in the years 2014-2015. Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, 2016, vol. 63, no. 2/II/16, 315–342.
  6. Oleniacz R., Bogacki M., Rzeszutek M., Kot A.: Meteorologiczne determinanty jakości powietrza w Krakowie (Meteorological factors affecting air quality in Krakow) [W:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce, T. 2, pod red. Jana Konieczyńskiego, Zabrze: Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, 2014, ISBN: 978-83-60877-17-3, s. 163–178
  7. Oleniacz R., Bogacki M., Szulecka A., Rzeszutek M., Mazur M.: Wpływ prędkości i kierunku wiatru na jakość powietrza w Krakowie. (W:) V międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna INFRAEKO 2016 „Nowoczesne miasta, infrastruktura i środowisko” (red. J. Dziopak, D. Słyś, A. Stec), str. 263-276. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2016.
  8. Rzeszutek M., Szulecka A., Oleniacz R., Bogacki M.: Assessment of the AERMOD dispersion model over complex terrain with different types of meteorological data: Tracy Power Plant experiment. E3S Web of Conferences 22, 00149 (2017), str. 1-9.
  9. Szulecka A., Bogacki M.: Ocena dostępnych baz danych meteorologicznych dla celów poprawy wyników krótkoterminowych symulacji w modelu WRF-ARW na przykładzie obszaru południowo-zachodniej Polski. (W:) ECOpole’16 [Dokument elektroniczny], Central European conference: 5th–8th October 2016, Opole, 2016, str. 7-8.
  10. Wojtas E., Sawczak M., Bergier T.: Możliwości zastosowania modelowania hydrologicznego w ocenie wpływu zagospodarowania przestrzennego na retencję [w:] Maciejewska A. (red.), Współczesne uwarunkowania gospodarowania przestrzenią – szanse i zagrożenia dla zrównoważonego rozwoju: organizacja gospodarowania przestrzenią. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 261–272 (Załącznik 5, Rozdział II.2.3, poz. 13), 2014.
  11. Wojtas E., Sawczak M., Bergier T.: Zastosowanie pakietu Jena 2000 do wspomagania zarządzania zlewnią rzeczną [w:] Mazurkiewicz-Boroń G., Marczewska B. (red.), Zagrożenia jakości wód powierzchniowych i metody działań ochronnych. Lublin: Wydawnictwo KUL, 379–389, 2014.
  12. Wojtas E., Sawczak M., Bergier T.: Zrównoważone zarządzanie zlewnią Zbiornika Dobczyckiego i górnej Raby [w:] Mazurkiewicz-Boroń G., Marczewska B. (red.), Zagrożenia jakości wód powierzchniowych i metody działań ochronnych. Lublin: Wydawnictwo KUL, 365–377, 2014.
Informacje dodatkowe:

Wymagania dodatkowe: Obecność na wykładach nie jest obowiązkowa.
Dopuszczalna jest jedna nieobecność na ćwiczeniach projektowych bez konieczności posiadania usprawiedliwienia. Każda kolejna nieobecność musi być usprawiedliwiona (zwolnienie lekarskie). Sposób wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na ćwiczeniach projektowych będzie ustalony indywidualnie z prowadzącym zajęcia.
Warunkiem uzyskania oceny końcowej z przedmiotu jest pozytywne zaliczenie wszystkich projektów oraz wykładów.
Podstawowym terminem uzyskania zaliczenia z ćwiczeń projektowych jest koniec zajęć w danym semestrze. Student ma prawo do poprawkowego zaliczenia ćwiczeń projektowych oraz zaliczenia wykładów najpóźniej do końca pierwszego tygodnia sesji egzaminacyjnej. W przypadku nie uzyskania zaliczenia z ćwiczeń projektowych lub wykładu w tym terminie student nie będzie miał zaliczonego przedmiotu.
Do zaliczenia wykładów może przystąpić student nie posiadający zaliczenia z projektów. Prowadzący wykłady wraz ze studentami ustalają trzy terminy zaliczenia wykładów. W pierwszym terminie zaliczenie ma formę testu jednokrotnego wyboru. W drugim i trzecim terminie zaliczanie wykładów odbywa się w formie ustnej lub pisemnej. W przypadku nie uzyskania pozytywnej oceny z kolokwium w żadnym z trzech terminów student nie zalicza przedmiotu.
Nieobecność studenta w ustalonych terminach zaliczeń/kolokwiów jest równoznaczne z utratą terminu. Wyjątek stanowią udokumentowane sytuacje losowe np. choroba. W takim przypadku student ustala termin zaliczenia ćwiczeń/wykładów indywidualnie z prowadzącym zajęcia.