北大大气动力学基础教学大纲

大气动力学基础教学大纲大气动力学基础是大气科学专业本科生的一门核心课程，是学生进一步学习天气学、气候学、数值天气预报和模拟以及地球流体力学等课程和研究的重要基础。2003年大气动力学被北京大学确定为主干基础课。大气动力学研究与天气、气候和环境现象紧密相关的各种大气系统的动力学问题。诸如气旋反气旋，台风，锋面，大气波动等均为它的研究对象。在大尺度系统研究方面，已建立了准地转理论，它是大气动力学理论核心。在中小尺度系统动力学方面，由于它们与强灾害天气相联系，日益受到人们的重视，目前正处于蓬勃的发展之中。通过该课程的学习，使学生对天气气候现象研究发生兴趣，掌握它的基本研究方法和基本理论，了解该学科的最新研究动态，为今后从事大气科学及其相关学科和领域的实际工作和科学研究奠定必要的大气动力学基础。课程内容共八章：1.大气运动的基本方程组2.自由大气中的平衡运动3.大气中的涡旋运动4.大气边界层5.中纬度天气系统的动力学6.大气中的波动7.中纬度天气系统的发生发展：稳定度理论8.大气中的非线性过程1.授课学时安排按每学期16周64学时安排教学，其中：课堂讲授58学时；习题与课堂讨论4学时；课堂大讨论2学时。2.教学进度安排教学内容学时第1章引论2第2章大气运动的基本方程组8第3章自由大气中的平衡运动6第4章大气中的涡旋运动8第5章大气边界层8第6章中纬度天气尺度系统动力学：准地转理论8第7章大气中的波动8第8章中纬度天气尺度系统动力学：稳定度理论6第9章大气中的非线性过程4教学内容:第1章引论一、学习大气科学的意义二、大气运动的特点及其原因三、大气动力学课程的特点四、大气动力学发展中的重要历史事件第2章大气运动的基本方程组§1.旋转坐标系下的动量方程§2.连续性方程§3.热力学能量方程§4.闭合方程组及其初边值条件§5.球坐标系§6.局地直角坐标系§7.P坐标系第3章自由大气中的平衡运动§1.自然坐标系§2.地转平衡与地转风§3.梯度平衡与梯度风§4.旋转平衡与旋转风§5.惯性平衡与惯性风§6.地转风随高度的变化：热成风§7.地转偏差与垂直运动第4章大气中的涡旋运动§1.环流定理§2.涡度与涡度方程§3.位势涡度方程§4.散度与散度方程第5章大气边界层§1.雷诺平均运动方程组§2.行星边界层§3.次级环流与旋转减弱§4.地形上空的边界层(I)均质流体§5.地形上空的边界层(II)层结流体第6章中纬度天气尺度系统动力学：准地转理论§1.大气层结与层结稳定度§2.中纬度天气系统的结构：观测事实§3.天气尺度系统的尺度分析§4.准地转位势倾向方程§5.ω方程§6.发展中的斜压系统的理想模式第7章大气中的波动§1.波动的基础知识§2.摄动方法§3.大气声波§4.浅水重力波§5.重力内波§6.Rossby波第8章中纬度天气尺度系统动力学：稳定性理论§1.稳定度的基本概念§1.正压不稳定§2.斜压不稳定§3.Eady波§4.两层模式中的斜压不稳定波第9章大气中的非线性过程§1.非线性波基础§2.单极子和偶极子§3.大气中的混沌考核方法：1.平时成绩：包括作业,口试,专题研究报告，占总成绩50%。2.期末笔试：占总成绩50%。