Exercises in Environmental Physics

Contents......Page 6
Dedication......Page 5
Preface......Page 9
Acknowledgments......Page 12
1. MATHEMATICAL METHODS......Page 13
1.1 Complex numbers......Page 14
1.2.1 Differentiation......Page 18
1.2.2 Integration......Page 22
1.2.3 Maxima, minima, and graphs......Page 26
1.3.1 Solution methods......Page 36
1.3.2 Qualitative analysis......Page 45
1.4.1 Differentiation......Page 49
1.4.2 Integration......Page 52
1.5 Vector calculus......Page 57
1.6 Partial differential equations......Page 68
1.7 Tensors......Page 81
1.8 Dimensional analysis......Page 85
2. PLANET EARTH IN SPACE......Page 92
2.1 Astronomy......Page 93
2.2 Planet Earth......Page 98
3. OCEAN AND ATMOSPHERIC PHYSICS......Page 113
3.1 The blue planet......Page 114
3.2 Oceanic circulation......Page 117
3.3 Ocean waves......Page 125
3.4 General features of the atmosphere......Page 132
3.5 Temperature and pressure......Page 138
3.6 Atmospheric circulation......Page 140
3.7 Precipitation......Page 142
4. ELECTROMAGNETIC RADIATION AND RADIOACTIVITY......Page 148
4.1 The electromagnetic spectrum......Page 149
4.2 Blackbody radiation......Page 151
4.3 Propagation of electromagnetic radiation......Page 156
4.4 Greenhouse effect......Page 165
4.5 Electromagnetic radiation and human health......Page 170
4.6 Environmental spectroscopy......Page 173
4.6.1 Quantum mechanics......Page 174
4.6.2 Vibrational and rotational levels of molecules......Page 178
4.7 Radioactivity......Page 182
5. ENERGY AND THE ENVIRONMENT......Page 191
5.1.1 Storage and transport......Page 192
5.1.2 Transportation and vehicles......Page 197
5.1.3 Eolic energy......Page 198
5.2 Heat transfer......Page 204
5.3 Thermodynamics......Page 222
5.4 Electricity......Page 227
6.1 Liquids......Page 231
6.1.1 Fluid statics......Page 232
6.1.2 Capillarity and surface tension......Page 239
6.1.3 Fluid dynamics......Page 243
6.2 Gases......Page 252
7. EVAPOTRANSPIRATION, SOILS, AND HYDROLOGY......Page 259
7.1 Phase transitions, hygrometry, and evapotranspiration......Page 260
7.2 Soil physics......Page 270
7.3 Groundwater hydrology......Page 284
8. POLLUTION......Page 295
8.1 Transport equations......Page 296
8.2 Water pollution......Page 304
8.3 Air pollution......Page 315
A. Physical constants......Page 322
B. Mathematical identities......Page 325
C. Differential operators in various coordinate systems......Page 327
REFERENCES......Page 329
D......Page 333
M......Page 334
T......Page 335
Z......Page 336