课程中文名称科学前沿（II）

1、课程中文名称：科学前沿（II）课程英文名称：Frontier of Sciences II课程属性：科学前沿系列讲座 学时学分：30学时 开课时间：秋季学期预修课程：高等大气动力学、地球物理流体力学教学目的、要求：气候动力学中的一些基本问题，如对气候变化预测的不确定性的认识，和我们对大气、海洋中一些基本过程的认识不够深入密切相关。同时在大气、海洋和气候的模拟中，对这些过程的认识也是正确模拟的基础。因此本课程将首先从气候模拟的不确定性问题出发，对和气候相关的大气和海洋中的若干基本物理过程作仔细深入的考查。本课程的目的在于通过本课程的教学，包括主讲教授和国内、国际著名科学家的系列讲座，使得研究生们

2、能够对和气候动力学相关的基本物理过程形成清晰的物理概念和图像，学会从物理的角度分析问题的能力。课程要求研究生了解大气、海洋和气候中的基本过程的基础概念和相关理论的发展和当前的前沿问题，了解国际上对相关问题研究的现状和对相关问题争论的焦点之所在，为研究生的论文研究提供一个深入而又宽广的前沿知识基础。讲授内容： （1）气候模拟中的不确定性及其来源（5学时，主讲：Tapio Schneider (加州理工学院教授); 吕建华）： 云反馈和气候模拟的不确定性 （Tapio Schneider）（2学时，教学重点与难点：低云反馈在气候模拟不确定性的重要作用）； 认识气候反馈和变化的基本理论框架 （吕建华

3、）（3学时，教学重点与难点：气候反馈理论框架的历史演变、 局限性和不同框架之间的区别和联系）（2） 急流的动力学（5学时，主讲：Michael E. McIntyre (剑桥大学); 吕建华 ） 急流、涡旋和位涡动力学（Michael E. McIntyre）（1学时，教学重点与难点： 急流、涡旋和位涡的基本物理概念）； 急流、涡旋和位涡动力学的进一步讨论 （吕建华）（4学时，教学重点与难点： 急流、涡旋和位涡动力学的物理意义和数学描述）；（3） 波动、不稳定和波的破碎（6学时，主讲: 吕建华 ） 大气和海洋中波动的类型及其数学描述和物理图像（2课时， 教学重点和难点：如何从原始的大气和海洋方

4、程中认识、辨别各种波动； 相关理论的演变） 大气和海洋中波的不稳定现象和机理 （3课时， 教学重点和难点：各种和波动的不稳定相关的现象和理论） 什么是波的破碎（1 课时，教学重点和难点：重力波和Rossby波破碎的联系和区别）（4） 平流和对流（4学时，主讲: 吕建华 ） 大气和海洋中的平流现象和动力学：数学描述和物理图像（2课时， 教学重点和难点：平流动力学的数学描述手段及其在理解大气、海洋动力学的重要性） 大气和海洋中的平流现象和动力学：数学描述和物理图像（2课时， 教学重点和难点：大气和海洋对流的相似和区别）（5） 搅动、混合和湍流（4学时，主讲: 吕建华 ） 什么是搅动？什么是混合？

5、大气和海洋的搅动和混合现象有哪些？如何在数学上刻画搅动和混合 （2课时， 教学重点和难点：搅动和混合的物理图像和数学描述的区别和联系） 大气和海洋中的2维和3维湍流及其能量和拟能级串（2课时， 教学重点和难点：2维湍流和3维湍流的区别和能量级串特征）（6） 大气和海洋中的翻转环流（6学时，主讲: 吕建华 ） 大气和海洋中的等熵和等密度描述 （1课时，教学重点和难点： 为什么要用等熵和等密度描述？数学上是如何做到的？） 大气中的Hadley 环流动力学（2课时，教学重点和难点： 直接热力强迫和涡旋的相对重要性） 海洋中的翻转环流动力学（2课时，教学重点和难点： 浮力强迫和涡旋在海洋翻转环流中的作用） 翻转环流和波流相互作用（1课时，教学重点和难点： 波流相互作用、余差环流和翻转环流的物理图像和数学表达；一个统一的理论框架）教学手段与方法：课堂多媒体讲授与课后问题解答考核方式：平时课后问题解