《動力氣象學II》教學大綱

1、動力氣象學IIDynamic Meteorology II一、課程基本情況課程類別：專業(yè)主干課課程學分：4學分課程總學時：64學時，其中講課：64學時，實驗：學時，上機：學時，實習學時，課外學時課程性質：必修開課學期：第5學期先修課程：高等數學、大學物理、流體力學、大氣物理學、天氣學原理適用專業(yè)：大氣物理教材：動力氣象學，氣象出版社，呂美仲等編者，2011年出版，第一版。開課單位：大氣科學學院數值預報系二、課程性質、教學目標和任務動力氣象學是在熱力學和流體力學的基礎上，系統地講述大氣的動力、熱力過程和大氣運動的基本規(guī)律的一門專業(yè)核心課程。是專業(yè)培養(yǎng)方案中的主干課程，側重理論培養(yǎng)。目標：結合后續(xù)

2、課程中尺度天氣動力學、熱帶天氣動力學、大氣環(huán)流等，使學生能深入地理解大氣動力學的基本理論，了解近代動力氣象學的主要進展，掌握大氣運動過程的動力學分析方法和基本原理，從而使學生具有一定的理論水平與科學研究能力，為將來從事氣象業(yè)務及研究工作打下基礎。通過本課程的學習，系統掌握大尺度大氣動力學的基本原理和方法，掌握大氣動力學主流理論和學說，并理解各理論、學說之間的有機聯系，了解大氣動力學進展和發(fā)展趨勢。強化培養(yǎng)理論聯系實際的能力，培養(yǎng)從實際過程中提出問題，利用大氣動力學基本原理分析實際大氣過程的能力，培養(yǎng)通過對實際大氣過程的分析，提出所研究問題的物理模型、數學模型、求解方法，然后分析、認識實際大氣過

3、程規(guī)律和機理的能力。三、教學內容和要求第一章緒論（2）1.1 動力氣象學的研究對象、任務和方法簡介1.2 動力氣象學發(fā)展簡史（1）了解動力氣象學發(fā)展的背景、各階段的主要成果，強調動力氣象學的發(fā)展是由對觀測現象的不斷深入認識而推動的，它是一門來自于氣象實踐的理論課程；（2）掌握動力氣象學課程的性質和內容。重點：動力氣象學在大氣科學中的地位和作用。難點：第二章大氣運動的基本方程組（5）2.1 空氣質點所受的力及運動方程（1）2.2 質量守恒定律-連續(xù)方程（1）2.3 狀態(tài)方程、熱力學方程、水汽方程（1）2.4 局地直角坐標系中基本方程組（1）2.5 基本方程組的定解問題（1）（1）了解求解大氣運動

4、閉合方程組的定解問題；（2）理解坐標系的選取方法，球坐標系中的基本方程組；（3）掌握旋轉參照系、科氏力、壓力梯度力的概念，局地直角坐標系中的基本方程組；掌握描寫大氣運動的基本物理過程及定律。重點：描寫大氣運動的基本物理過程及定律難點：第三章尺度分析與自由大氣中的風場（5）3.1 尺度概念，大氣運動的分類（1）3.2 基本方程組的尺度分析（1）3.3 大尺度大氣平衡運動（1）3.4 熱成風（1）3.5 靜力平衡，P坐標系（1）（1）掌握尺度分析的基本概念和方法，Ro數的定義，靜力平衡的概念與p坐標系的物理基礎，地轉運動、地轉偏差的概念，斜壓大氣、正壓大氣、熱成風的概念；掌握Ro數的物理意義和重要

5、性。重點：Ro數的物理意義和重要性。難點：地轉偏差、熱成風。第四章大氣渦旋動力學（6）4.1 環(huán)流與環(huán)流定理（2）4.2 渦度與渦度方程（1）4.3 鉛直渦度方程（2）4.4 位勢渦度方程（1）（1）了解位渦方程的推導，會初步應用位渦守恒定律解釋實際過程；（2）掌握環(huán)流定理與渦度方程；大氣中渦旋系統演變的主要物理機制，解釋實際大氣中渦旋系統變化的機理；掌握位渦的概念。重點：大氣中渦旋系統演變的主要物理機制。難點：解釋實際大氣中渦旋系統變化的機理。第五章大氣行星邊界層（12）5.1 大氣運動的湍流特性和平均運動方程組（2）5.2 大氣行星邊界層及其特征（2）5.3 屬性的湍流輸送通量及其參數化（

6、2）5.4 湍流運動發(fā)展的判據（1）5.5 近地面層風隨高度的分布（1）5.6 埃克曼層風隨高度的分布（2）5.7 ?？寺槲c旋轉減弱（2）（1）理解平均運動方程的推導，Ekman層中風隨高度變化的求解過程；（2）掌握湍流運動的特性，混合長理論；掌握湍流運動的一般處理方法，邊界層的特點及大氣分層，湍流輸送通量與湍流粘性力的概念，近地面層中風隨高度分布的特點及求解方法，Ekman層中風隨高度分布的特點，Ekman抽吸、二級環(huán)流的概念，大氣旋轉減弱的物理機制。重點：邊界層的特點及湍流輸送通量。難點：Ekman層中風隨高度分布。第六章大氣能量學（10）6.1 大氣的主要能量形態(tài)（1）6.2 大氣動

7、能方程（2）6.3 閉合系統中的能量轉換與守恒（2）6.4 有效位能（2）6.5 實際大氣中的能量循環(huán)過程（3）（1）理解有效位能的計算過程，緯向平均運動動能和有效位能方程、渦旋運動動能和有效位能方程的推導過程。（2）掌握大氣能量的基本形態(tài)，大氣位能與內能關系及全位能的概念，閉合系統動能與全位能轉換的條件與機制，有效位能的概念，緯向平均運動與渦旋運動的概念，實際大氣中能量循環(huán)過程及物理機制；掌握質點動能方程的推導。重點：大氣能量的基本形態(tài)，閉合系統動能與全位能轉換的條件與機制，有效位能。難點：緯向平均運動與渦旋運動。第七章大氣中的基本波動（14）7.1 波動的基本概念（1）7.2 波群與群速度

8、（1）7.3 微擾動法，基本方程組的線性化（2）7.4 聲波（1）7.5 重力外波，重力慣性外波（3）7.6 重力內波（2）7.7 羅斯貝波（2）7.8 “噪音”與濾波（2）（1）了解聲波、重力內波和慣性波的求解過程。（2）理解Rossby波上游效應的概念，波動濾波的概念及濾波條件；（3）掌握波動的基本概念，單波與群波的概念，群速度的概念和求法，微擾動的概念和線性化方法，聲波產生的物理機制，重力、慣性波產生和傳播的物理機制與性質，重力外波的求解，浮力振蕩的概念，Rossby波產生的機制、性質、物理模型及求解過程。重點：Rossby波產生的機制、性質、物理模型及求解過程。難點：群速度的概念和求法

9、，微擾動的概念和線性化方法。第八章大氣運動的穩(wěn)定性理論（10）8.1 流體動力學穩(wěn)定性概念（1）8.2 慣性不穩(wěn)定（2）8.3 靜力不穩(wěn)定（2）8.4 正壓不穩(wěn)定（2）8.5 斜壓不穩(wěn)定（3）（1）理解正壓不穩(wěn)定判據的推導過程；理解斜壓二層模式和斜壓大氣結構；（2）掌握波動穩(wěn)定性的概念及數學表述，慣性穩(wěn)定度與靜力穩(wěn)定度的概念，正壓不穩(wěn)定的概念及判據，斜壓不穩(wěn)定的概念及條件。重點：各種不穩(wěn)定的概念與判據。難點：斜壓二層模式和斜壓大氣結構。四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：8次，課程論文：篇；（2）考核方式：（閉卷考試）（3）總評成績計算方式：（平時成績10%、期中考試成績20%、期末考試成績70%）五、參考書目1、AN INTRODUCTION TO DYNAMIC METEOROLOGY, Academic Press；HOLTON