《动力气象学II》教学大纲

1、动力气象学IIDynamic Meteorology II一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分：4学分课程总学时：64学时，其中讲课：64学时，实验：学时，上机：学时，实习学时，课外学时课程性质：必修开课学期：第5学期先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、大气物理学、天气学原理适用专业：大气物理教材：动力气象学，气象出版社，吕美仲等编者，2011年出版，第一版。开课单位：大气科学学院数值预报系二、课程性质、教学目标和任务动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的动力、热力过程和大气运动的基本规律的一门专业核心课程。是专业培养方案中的主干课程，侧重理论培养。目标：结合后续

2、课程中尺度天气动力学、热带天气动力学、大气环流等，使学生能深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握大气运动过程的动力学分析方法和基本原理，从而使学生具有一定的理论水平与科学研究能力，为将来从事气象业务及研究工作打下基础。通过本课程的学习，系统掌握大尺度大气动力学的基本原理和方法，掌握大气动力学主流理论和学说，并理解各理论、学说之间的有机联系，了解大气动力学进展和发展趋势。强化培养理论联系实际的能力，培养从实际过程中提出问题，利用大气动力学基本原理分析实际大气过程的能力，培养通过对实际大气过程的分析，提出所研究问题的物理模型、数学模型、求解方法，然后分析、认识实际大气过

3、程规律和机理的能力。三、教学内容和要求第一章绪论（2）1.1 动力气象学的研究对象、任务和方法简介1.2 动力气象学发展简史（1）了解动力气象学发展的背景、各阶段的主要成果，强调动力气象学的发展是由对观测现象的不断深入认识而推动的，它是一门来自于气象实践的理论课程；（2）掌握动力气象学课程的性质和内容。重点：动力气象学在大气科学中的地位和作用。难点：第二章大气运动的基本方程组（5）2.1 空气质点所受的力及运动方程（1）2.2 质量守恒定律-连续方程（1）2.3 状态方程、热力学方程、水汽方程（1）2.4 局地直角坐标系中基本方程组（1）2.5 基本方程组的定解问题（1）（1）了解求解大气运动

4、闭合方程组的定解问题；（2）理解坐标系的选取方法，球坐标系中的基本方程组；（3）掌握旋转参照系、科氏力、压力梯度力的概念，局地直角坐标系中的基本方程组；掌握描写大气运动的基本物理过程及定律。重点：描写大气运动的基本物理过程及定律难点：第三章尺度分析与自由大气中的风场（5）3.1 尺度概念，大气运动的分类（1）3.2 基本方程组的尺度分析（1）3.3 大尺度大气平衡运动（1）3.4 热成风（1）3.5 静力平衡，P坐标系（1）（1）掌握尺度分析的基本概念和方法，Ro数的定义，静力平衡的概念与p坐标系的物理基础，地转运动、地转偏差的概念，斜压大气、正压大气、热成风的概念；掌握Ro数的物理意义和重要

5、性。重点：Ro数的物理意义和重要性。难点：地转偏差、热成风。第四章大气涡旋动力学（6）4.1 环流与环流定理（2）4.2 涡度与涡度方程（1）4.3 铅直涡度方程（2）4.4 位势涡度方程（1）（1）了解位涡方程的推导，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程；（2）掌握环流定理与涡度方程；大气中涡旋系统演变的主要物理机制，解释实际大气中涡旋系统变化的机理；掌握位涡的概念。重点：大气中涡旋系统演变的主要物理机制。难点：解释实际大气中涡旋系统变化的机理。第五章大气行星边界层（12）5.1 大气运动的湍流特性和平均运动方程组（2）5.2 大气行星边界层及其特征（2）5.3 属性的湍流输送通量及其参数化（

6、2）5.4 湍流运动发展的判据（1）5.5 近地面层风随高度的分布（1）5.6 埃克曼层风随高度的分布（2）5.7 埃克曼抽吸与旋转减弱（2）（1）理解平均运动方程的推导，Ekman层中风随高度变化的求解过程；（2）掌握湍流运动的特性，混合长理论；掌握湍流运动的一般处理方法，边界层的特点及大气分层，湍流输送通量与湍流粘性力的概念，近地面层中风随高度分布的特点及求解方法，Ekman层中风随高度分布的特点，Ekman抽吸、二级环流的概念，大气旋转减弱的物理机制。重点：边界层的特点及湍流输送通量。难点：Ekman层中风随高度分布。第六章大气能量学（10）6.1 大气的主要能量形态（1）6.2 大气动

7、能方程（2）6.3 闭合系统中的能量转换与守恒（2）6.4 有效位能（2）6.5 实际大气中的能量循环过程（3）（1）理解有效位能的计算过程，纬向平均运动动能和有效位能方程、涡旋运动动能和有效位能方程的推导过程。（2）掌握大气能量的基本形态，大气位能与内能关系及全位能的概念，闭合系统动能与全位能转换的条件与机制，有效位能的概念，纬向平均运动与涡旋运动的概念，实际大气中能量循环过程及物理机制；掌握质点动能方程的推导。重点：大气能量的基本形态，闭合系统动能与全位能转换的条件与机制，有效位能。难点：纬向平均运动与涡旋运动。第七章大气中的基本波动（14）7.1 波动的基本概念（1）7.2 波群与群速度

8、（1）7.3 微扰动法，基本方程组的线性化（2）7.4 声波（1）7.5 重力外波，重力惯性外波（3）7.6 重力内波（2）7.7 罗斯贝波（2）7.8 “噪音”与滤波（2）（1）了解声波、重力内波和惯性波的求解过程。（2）理解Rossby波上游效应的概念，波动滤波的概念及滤波条件；（3）掌握波动的基本概念，单波与群波的概念，群速度的概念和求法，微扰动的概念和线性化方法，声波产生的物理机制，重力、惯性波产生和传播的物理机制与性质，重力外波的求解，浮力振荡的概念，Rossby波产生的机制、性质、物理模型及求解过程。重点：Rossby波产生的机制、性质、物理模型及求解过程。难点：群速度的概念和求法

9、，微扰动的概念和线性化方法。第八章大气运动的稳定性理论（10）8.1 流体动力学稳定性概念（1）8.2 惯性不稳定（2）8.3 静力不稳定（2）8.4 正压不稳定（2）8.5 斜压不稳定（3）（1）理解正压不稳定判据的推导过程；理解斜压二层模式和斜压大气结构；（2）掌握波动稳定性的概念及数学表述，惯性稳定度与静力稳定度的概念，正压不稳定的概念及判据，斜压不稳定的概念及条件。重点：各种不稳定的概念与判据。难点：斜压二层模式和斜压大气结构。四、课程考核（1）作业等：作业：8次，课程论文：篇；（2）考核方式：（闭卷考试）（3）总评成绩计算方式：（平时成绩10%、期中考试成绩20%、期末考试成绩70%）五、参考书目1、AN INTRODUCTION TO DYNAMIC METEOROLOGY, Academic Press；HOLTON