兰州大学大气科学学院-兰州大学教务处知识讲解
大气辐射与遥感-第三章全-rev
恒定成分 变化成分
在中纬度条件下一 些气体成分混合比 的典型垂直廓线
§ 3.2 分子吸收/发射谱的形成
分子的吸收光谱
假设分子有三个能级态
所有允许的跃迁
分子吸收线在光谱中的位置
分子存储能量的各种方式
平动能量(translational energy)：任一运动粒子，由于他在空 间中的运动都应具有动能，这叫平动能量，单个分子在x, y, z 方向上的平均平动动能等于KT/2，K为玻耳兹曼常数，T是绝 对温度。 转动能量(rotational energy) ：一个由原子构成的分子，能够 围绕通过分子中心的轴而旋转或绕转，于是具有转动能量。
§ 3.2.2振动跃迁
对于一个分子中的两个原子之间的共价键，是由静电 引力和斥力相互平衡而形成的。分子中原子的位置取决于引 力和斥力相平衡的点的位置。分子键类似一个弹簧！
振动能量量子化
振动-转动光谱
• 振动跃迁发射和吸收的能量要比转动跃迁大很多。因此， 振动跃迁相应的吸收/发射线的波长较短（红外、近红 外），而纯的转动跃迁的光谱通常在远红外和微波波段。
§ 3.2.1转动跃迁
平动 转动
平动与转动的区别
1. 平动运动不是量子化的，分子 可以以任意一个速度运动。而 对于分子量级的转动运动，可 以用量子理论量子化，不连续 的能量态、角动量态会导致转 动跃迁，从而造成相应的吸收 和发射线。 2. 任何物体都有唯一的一个质量， 而有三个主转动惯量：I1，I2， I3。这三个主转动惯量对应于 转动的三个垂直坐标，总体的 转动方向有物体的质量分布来 决定。
数值天气预报第八章_边界层模式及其参数化
∂w ∂w ∂w ∂w ∂p′ +u +v +w = −α 0 ∂t ∂x ∂y ∂z ∂z
α′ 1 ⎡ ∂ ρ w′′u ′′ ∂ ρ w′′v′′ ∂ ρ w′′w′′ ⎤ + g− ⎢ + + ⎥ α0 ∂ ∂ ∂ x y z ρ⎣ ⎦
这就是中尺度数值模式中常采用的垂直运动方程的一种形式。
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为了具体的给出参数化的公式，先把平均运动方程组中含有次网格尺度 通量项的方程改写如下：
du 1 ∂p 1 =− + f v+ dt ρ ∂x ρ
⎡ ∂τ xx ∂τ yx ∂τ xx ⎤ + + ⎢ ⎥ x ∂ ∂ y ∂ z ⎣ ⎦ 1 ∂p 1 ⎡ ∂τ xy ∂τ yy ∂τ zy ⎤ dv =− − fu+ ⎢ + + ⎥ ρ ∂y dt ∂ x ∂ y ∂ z ρ⎣ ⎦ 1 ∂p 1 ⎡ ∂τ xz ∂τ yz ∂τ zz ⎤ dw =− −g+ ⎢ + + ⎥ dt ∂y ∂z ⎦ ρ ∂z ρ ⎣ ∂x 1 ⎡ ∂H x ∂H y ∂H z ⎤ dθ θ = + + Q+ ⎢ ⎥ ∂y ∂z ⎦ dt c p T ρ ⎣ ∂x
9.1 平均运动方程及平均次网格尺度项
由于以下原因：
• 大气运动的湍流性，空气微团作极不规则的运动，虽满足瞬时运动方 程组，但其毫无意义 • 观测值是一定空间范围和一定时间间隔内的平均值
故应当研究物理量的平均值的变化规律。
以Φ 代表任一气象要素，在( x , y , z , t )坐标系中，其平均值 Φ 定义为
天气诊断分析
天气诊断分析（讲义）尚可政王式功靳立亚兰州大学大气科学学院内容简介本书简明介绍了天气分析和预报中各种常用物理量场特别是涡度、散度、垂直速度、水汽通量散度、能量场、Q矢量、位涡度、条件性对称不稳定、粗Ri数、螺旋度、能量-螺旋度指数、雷暴大风指数等的诊断分析方法和数值预报产品的应用技术。
全书约13万字，共分八章。
可做为高等院校大气科学专业本科生的教材，也可供相关专业的教师、研究生及气象台站预报人员使用。
前言诊断分析方法是大气科学研究中常用的一种方法。
在天气分析中有一些十分重要的物理量，如涡度、散度、垂直速度和水汽通量散度以及各种能量场等等，这些物理量与一般的气象要素(温、压、风、湿)不同，它们通常是无法由观测直接得到的，而必须通过其它要素由计算间接获得。
这些物理量在某时刻的空间分布被称为“诊断场”。
诊断场和预报场是不同的，预报场是对未来时刻某物理量场的预报结果，在反映大气环流演变的流体动力学天气方程组中有一些十分重要的物理量即属于可以通过时间积分作预报的“预报方程”一类；而诊断场是物理量方程中不含有它对时间的微商项。
反映各气象要素场之间关系的不含有对时间微商的方程称为“诊断方程”。
研究这些物理量的计算方法、分析其空间分布特征，以及它们和天气系统发生、发展的关系称为诊断场分析。
诊断分析方法是加深认识天气系统及其发生、发展过程的一种重要途径。
可应用于大气科学中的各个领域，如气候诊断分析，大气环流模式和天气预报模式的诊断分析以及物理量场的诊断分析等等，随着计算机的发展和普及诊断分析方法已在气象台站业务中得到广泛应用，并且越来越受到广大气象工作者的重视。
本书着重介绍天气分析和预报中各种物理量场的诊断分析方法，其中不少是作者近年来在科研中改进应用的新方法。
由于作者学术水平的限制，可能会有不少错误和不妥之外，欢迎广大读者批评指正。
作者 2012年03月于兰州大学目录第一章地图投影诊断分析中需要计算某些物理量(如涡度、散度等)的空间导数，如何计算，这就涉及到坐标的选取问题。
天气诊断分析
天气诊断分析〔讲义〕尚可政王式功靳立亚兰州大学大气科学学院内容简介本书简明介绍了天气分析和预报中各种常用物理量场特别是涡度、散度、垂直速度、水汽通量散度、能量场、Q矢量、位涡度、条件性对称不稳定、粗Ri数、螺旋度、能量-螺旋度指数、雷暴大风指数等的诊断分析方法和数值预报产品的应用技术。
全书约13万字，共分八章。
可做为高等院校大气科学专业本科生的教材，也可供相关专业的教师、研究生及气象台站预报人员使用。
前言诊断分析方法是大气科学研究中常用的一种方法。
在天气分析中有一些十分重要的物理量，如涡度、散度、垂直速度和水汽通量散度以及各种能量场等等，这些物理量与一般的气象要素(温、压、风、湿)不同，它们通常是无法由观测直接得到的，而必须通过其它要素由计算间接获得。
这些物理量在某时刻的空间分布被称为“诊断场〞。
诊断场和预报场是不同的，预报场是对未来时刻某物理量场的预报结果，在反映大气环流演变的流体动力学天气方程组中有一些十分重要的物理量即属于可以通过时间积分作预报的“预报方程〞一类；而诊断场是物理量方程中不含有它对时间的微商项。
反映各气象要素场之间关系的不含有对时间微商的方程称为“诊断方程〞。
研究这些物理量的计算方法、分析其空间分布特征，以及它们和天气系统发生、开展的关系称为诊断场分析。
诊断分析方法是加深认识天气系统及其发生、开展过程的一种重要途径。
可应用于大气科学中的各个领域，如气候诊断分析，大气环流模式和天气预报模式的诊断分析以及物理量场的诊断分析等等，随着计算机的开展和普及诊断分析方法已在气象台站业务中得到广泛应用，并且越来越受到广阔气象工作者的重视。
本书着重介绍天气分析和预报中各种物理量场的诊断分析方法，其中不少是作者近年来在科研中改进应用的新方法。
由于作者学术水平的限制，可能会有不少错误和不妥之外，欢迎广阔读者批评指正。
作者2021年03月于兰州大学目录第一章地图投影 (1)§1.1 正形投影的根本关系 (2)§1.2 兰勃托投影 (4)§1.3 极射赤平投影 (4)§1.4 麦开脱圆柱投影 (5)第二章资料处理和客观分析 (6)§2.1 资料处理 (6)§2.2 客观分析 (12)第三章根本物理量的计算 (24)§3.1 表示空气湿度的物理量 (24)§3.2 运动学量的计算 (38)第四章垂直速度的计算 (45)§4.1 个别变化法 (45)§4.2 动力学方法 (48)§4.3 运动学方法 (54)§4.4 从降水量反算大气的垂直速度 (57)第五章湿度场分析 (59)§5.1 水汽通量 (59)§5.2 水汽通量散度 (60)§5.3 水汽净辐合的计算 (61)§5.4 降水率P的计算 (63)§5.5 总降水量的计算 (67)§5.6 降水效率 (67)第六章稳定度和能量分析 (69)§6.1 稳定度分析 (69)§6.2 能量分析 (74)第七章假设干诊断量的分析应用 (78)§7.1 Q矢量分析 (78)§7.2 位涡思想的应用 (89)§7.3 条件性对称不稳定 (97)§7.4 强对流天气分析预报中新近引入的几个参数 (105)第八章数值预报及其产品应用技术 (115)§8.1 概述 (115)§8.2 数值预报产品的接收和预处理 (119)§8.3 数值预报误差的分析和订正 (120)§8.4 数值预报产品的定性应用方法 (128)§8.5 数值预报产品的定量应用方法 (131)§8.6 综合集成方法 (151)思考题 (158)编制程序题 (159)主要参考文献 (161)第一章地图投影诊断分析中需要计算某些物理量(如涡度、散度等)的空间导数，如何计算，这就涉及到坐标的选取问题。
大气科学基础(全套课件104P)
四、发展概况
17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是 直觉的、经验性的。
17～18世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入
了可以定量分析的阶段。 1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开 创了近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成
6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关
键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。 大量植物缓慢由海洋向陆地推进。
愈来愈少的 紫外辐射
接受愈来愈多 的可见光
最终光合作用和
愈来愈多氧 愈来愈丰富 植物生命 光合作用
动植物的呼吸及 死亡达到平衡
大气科学概论
§1.2 地球大气的演变
问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要 被
太阳系家谱
行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体
呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员
包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王
星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清 除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。 太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的 物体。
§1 .1 地球系统
§1 .1 地球系统
1、岩石圈：地壳和上地幔顶部 2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼
泽、冰川、积雪、地下水和大
气圈中的水
3、生物圈：植物、动物、人类及
有生物存在的部分 4、大气圈：包围地球表面，厚度 为1000公里的大气层
大气与地表及其与宇宙空
间的能量交换形成多姿多
彩的天气和气候的变化
大气科学概论知识点梳理(概述)
大气科学概论知识点梳理（概述）一、大气科学的研究对象大气科学的研究对象主要是覆盖整个地球的大气圈，也研究大气与其周围的水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的物理和化学过程。
二、大气科学概论的定义大气科学是研究大气的各种现象（包括人类活动对它的影响）及其演变规律，以及如何利用这些规律进行天气、气候的监测和预测，从而趋利避害为人类服务的一门学科。
三、天气和气候的区别天气是指某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现象（如风、云、雾、降水等）的综合。
【天气是指在短时间内（1-3天左右）发生的天气现象】气候通常被定义为“天气的平均状态”，是指某地在某一时段（多年）内气象要素的平均值和变率的统计描述。
（世界气象组织ＷＭＯ）：30年平均四、*气象要素*气温、气压、湿度、风、云况（云状和云量）、能见度、降水情况（降水类型和降水量）、辐射、日照以及各种天气现象等五、气候系统各组成部分及其相互作用六、常识记忆：①世界上第一个气象站于1653年在意大利建立；②世界上第一张天气图于1820年由布兰德斯绘制成；③世界上第一颗气象卫星是美国于1960.4.1发射的；④世界气象日为每年的3月23日。
七、气候系统五大圈层相互作用八、大气科学的学科体系物理气象学气象学天气学动力气象学大气科学物理气候学气候学描述气候学应用气候学九、气象学与气候学的区别气象学：研究大气中和演变规律及各种现象的成因，以及如何利用这些规律为人类服务的科学。
气候学：是研究气候特征、分类、区划、成因、变化、形成、分布、演变规律、气候预测、应用气候以及气候与其他自然因子和人类活动的关系的学科。
它既是自然地理学的一个分支，也是大气科学的一个分支。
兰州大学2018年拟录取硕士研究生名单公示-大气科学学院
297 74 87 全日制
300 75 85 全日制
309 80 84 全日制
312 78 89 全日制
025 大气科学学院
姓 名 考生编号
录取专业代码及名称
苏雨萌 144308058000127 0706Z2
应用气象学
初试 总分
复试笔 试成绩
复试面 试成绩
学习方式
备注
332 82 92 全日制
317 67 82 全日制
380 83 88 全日制
337 61 84 全日制
346 61 87 全日制
342 81 82 全日制
377 77 85 全日制
332 61 86 全日制
296 69 86 全日制
349 70 85 全日制
349 71 72 全日制
329 73 86 全日制
341 73 92 全日制
郭春晔 851018216301026 070602 汪兰 103008210100592 0706Z1
周冰倩 103008210100681 0706Z1 孙梦仙 107308021003710 0706Z1 曹陈宇 107308021003711 0706Z1
黄悦 144308058000141 0706Z1
气象学 气象学 气象学 气象学 气象学 气象学 气象学 大气物理学与大气环境
王静 103008210100604 070602 大气物理学与大气环境
王蒙 103008210102427 070602 大气物理学与大气环境
齐思齐 107308021003703 070602 大气物理学与大气环境
李光耀 107308021003706 070602 丁婕 107308021003708 070602 郭鹏 144308058000024 070602
大气辐射学1
当辐射通量密度是由一个发射面射出时， 则此量称为辐出度（emittance）；当按波长
表达时，它称为单色辐出度。 （monochromatic emittance）。
大气辐射学
刘玉芝
兰州大学大气科学学院 2009 年 9月
第1章 大气辐射基本知识
1.2 黑体辐射定律
黑体的定义 黑体辐射定律
1990
1995
2000
2005
瓦里关 380 (36o17'N,100o54'E,3810m.a.s.l)
370
浓度 (ppmv)
360
350 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
CO2浓度的垂直分布（引自日本东北大学中泽、青木等人）
From IPCC2007
1、 电磁波频谱
电磁辐射
电磁波的描述：
λ ⋅ f = c, ν = 1 = f . λc
波长 频率 波速 波数
电磁波谱：不同波长或频率的电磁波有不同 的物理特性，因此可以用波长和频率来区分 电磁辐射，并给以不同的名称，称之为电磁 波谱。
电磁波谱
μm
可见光波段是整个电磁波谱中很窄的一部分； 红外波段可分为近红外与远红外波段； 无线电波中的亚毫米波到分米波称为微波。
A λ ,T
任何物体的辐出度和它的吸收率之比都等于同一 温度下黑体的辐出度。
在相同温度时，黑体的辐出度最大的，其他物体 都无法超过它。
定义物体的放射能力和黑体的辐射能力之比为比辐射率：
ε λ,T
=
Fλ ,T
FB (λ,T )
则有：
ε λ,T = Aλ,T
自然地理学——兰大精品课程
自然地理学——兰大精品课程《自然地理学》教学大纲绪论一、自然地理学的研究对象和分科（一）地理学地理学是研究地理环境（自然环境、经济环境和社会文化环境）的科学。
地理学的“三分法”——自然地理学、经济地理学、人文地理学地理学的“三层次”——统一、综合、部门地理学的“三重性”——理论地理学、应用地理学、区域地理学（二）自然地理学的研究对象自然地理环境（包括天然环境和人为环境）的组成、结构、功能、动态及其地域分异规律。
（三）自然地理学的分科综合自然地理学、部门自然地理学二、自然地理学的任务三、自然地理学与其他学科的关系四、本书的内容和结构第一章地球第一节地球在宇宙中的位置第二节地球的形状和大小第三节地球的运动第四节地理坐标第五节地球的圈层结构第六节地球表面的基本形态和特征教学重点认识地球的宇宙环境及其形状、大小、圈层结构及表面形态结构特征，掌握地球运动规律及其地理意义。
教学难点地球运动规律及其地理意义。
教学活动实习与实验：在野外或者实验室认识地球的宇宙环境及其形状、大小、圈层结构、表面形态结构特征以及地球运动规律。
检索分析：在图书馆文献信息系统或者网络上，检索“地球运动”、“地球圈层结构”，分题名检索和关键词检索，看有哪些图书、论文和网站与之有关，并了解该领域的新进展。
参考文献1. Arthur N Strahler, Pysical Geography, John Wiley & Sons, 4th. Ed 1975.2. 王维.地球的形状——人类对它认识的历史.北京：科学出版社，1982.3. J.H.塔齐. 地球的构造圈.北京：地质出版社，1984.4. 弗兰克.普内斯等.地球.重庆：重庆出版社，1990.第一节地球在宇宙中的位置一、宇宙和天体二、太阳和太阳系9大行星、50个卫星、50万个小行星、少数彗星三、地球在天体中的位置第二节地球的形状和大小一、地球的形状及其地理意义旋转椭球体黄赤交角太阳高度角自然现象的地带性分布二、地球的大小及其地理意义地球的巨大质量，使它能够保持一个具有一定质量和厚度的大气圈，拥有海洋和河湖，拥有生命……第三节地球的运动一、地球的运动（一）地球自转的规律性（二）地球公转的规律性二、地球运动的地理意义首先，地球自转决定了昼夜更替，使水平运动的物体发生偏转（北半球右偏而南半球左偏），并使地球上同一时刻、不同经线上具有不同的地方时间，而且由于月球和太阳的引力差使地球体发生弹性形变——潮汐作用，地球的整体自转运动同它的局部运动（地壳运动、海水运动、大气运动等）密切相关。
兰州大学大气科学学院
兰州大学大气科学学院本科人才培养方案大气科学学院二〇一二年十二月大气科学学院大气科学专业(基础理论班)人才培养方案一、专业简介大气科学的研究对象是地球大气及其与地球系统其他圈层以及人类活动之间的相互作用。
揭示发生在大气中的物理、化学现象和过程、大气运动和变化规律及其相伴随的天气和气候的形成和变化规律是大气科学的重要任务。
数学、物理学、化学以及计算和信息技术等学科是大气科学的学科基础。
大气科学在环境科学、海洋科学、人类活动及日常生活等方面均有着广泛应用。
大气科学基地班（中国气象局与兰州大学联合共建人才培养和科学研究基地）：以精英教育为宗旨，培养具有坚实的数学、物理、计算机基础，掌握大气科学、应用气象学基础理论和技能的优秀本科人才，为大气科学各专业及相关学科高层次人才培养输送优秀的研究生生源。
基地班实行学年考核淘汰制，学习较差者调入普通班级，普通班级品学兼优者可选入基地班学习。
大气科学学院现有中科院院士1人，教授13人，副教授18人，高级工程师2人。
设有大气科学博士后流动站，大气科学一级学科博士点，3个二级学科博士点和3个二级学科硕士点，大气物理学与大气环境国家重点培育学科，2个本科专业，中国气象局与兰州大学联合共建的大气科学人才培养和科学研究基地，大气科学专业为国家高等学校特色专业建设点。
学院主要科学研究方向有气候动力学和气候预测、大气动力学和数值模拟、大气遥感和资料同化、干旱气候和灾害气象、环境评价和污染防治、大气边界层和大气扩散、大气气溶胶、环境气象预报、全球变化与陆面过程、军事气象学、航空气象学、医疗气象学等。
学院设有气象学研究所、大气物理与大气环境研究所、环境变化研究所、大气遥感与辐射研究所、环境质量评价研究中心、气象环境与人体健康研究中心、教学实验中心、气象台。
半干旱气候变化教育部重点实验室、兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)、甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室、甘肃省大气科学实验教学中心挂靠在本学院。
大气科学概论知识梳理(大气基础知识)
大气科学概论知识梳理（大气的基本知识）一、地球大气成分由三个部分组成①干洁大气（即干空气）Clean Air[没有水汽和悬浮物的空气称为干洁空气]②水汽（滴）Moisture③悬浮在大气中的固液态杂质Impurity二、低层大气的各种主要成分①氮气（N2)：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。
作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。
②氧气（O2）：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程；对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
③臭氧（O3）：时空变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。
空间变化：水平：由赤道向两极增加。
垂直：55～60km，含量极少。
20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少；臭氧的作用：a.对紫外线有着极其重要的调控制作用。
b.对高层大气有明显的增温作用。
④二氧化碳（CO2)空间变化：水平：城市大于农村；垂直：0～20km，含量最高；20km以上，含量显著减少。
作用：a.绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。
b.强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。
三、水汽①来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以与植物表面的蒸腾。
②时空变化：时间：夏季多于冬季空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。
③作用：a.在天气气候变化中扮演了重要角色。
b.能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
四、大气中的杂质在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。
气溶胶的作用：①吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；②缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；③降低大气透明度，影响大气能见度；④充当水汽凝结核，对云、雾与降水的形成有重要意义。
数值天气预报第十章_几种数值模式及模拟试验举例
数值天气预报第十章几种数值模式及模拟试验举例兰州大学大气科学学院中小尺度天气系统常与暴雨、冰雹、雷雨大风等剧烈天气过程联系在一起。
随着探测手段的进步，监测和跟踪能力的提高，对中小尺度天气系统发生、发展机制的探讨及预报方法的研究，近年来取得迅速的进展。
1986——1990 年期间，中国建立了京津冀地区的中尺度天气系统的监测和预报基地。
数值模拟是用试验的手段分析中小尺度天气系统的理论工具。
用其研究中小尺度天气过程，可以避免研究中求解非线性方程组的困难，但却较真实的揭示出影响中小尺度天气过程的物理因子以及演变的细节。
本章内容描述中小尺度天气系统的基本方程组描述中小尺度天气系统的线性方程组的动力学特征模拟中小尺度天气系统应考虑的物理因子中尺度天气系统数值模拟实例3.其他方程的简化热流量方程、水分方程及其他气体和气溶胶方程，一般较少做简化，采用原有方程形式。
只有当源汇项较小时，可将它们略去。
小结：简化的中小尺度系统的方程组，其连续方程根据系统深厚或浅薄分别取(10.20)式或(10.22)式；其垂直运动方程根据系统的水平尺度分别取(10.27)或(10.28)式；水平运动方程采用(10.32)式和(10.33)式；而其他方程一般仍取原有形式，即(10.2)及(10.4)至(10.8)式。
这些方程则构成了描述中小尺度系统的基本方程组。
(10.75)(10.76)引入这两个参数的目的是为了在分析中追踪它们所代表的项；以便很清楚地了解采用流体静力假设或滞弹性假设应被忽略的项。
二、形式解与频率方程上述方程组中含有6个未知数及，有6个方程，则方程组闭合，可以求解。
设各未知数有下列形式的解：11,0,λ⎧=⎨⎩21,0,λ⎧=⎨⎩表示流体是非静力的表示流体是静力平衡的表示流体是可压缩的表示流体是滞弹性的u v w p ρ′′′′′、、、、θ′(10.77)将上述形式解代入方程组(10.69)～(10.74)中，可得含有6个未知数的线性齐次代数方程：%()()()() ()() ()()()()%()(),,,,,,,,,,,,x z x z x z x z x z x z i k x k z t x zi k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z i k x k z t x z u u k k e v v k k ew w k k e p p k k e k k e k k eωωωωωωωωωωρρωθθω+−+−+−+−+−+−⎧′=⎪⎪′=⎪′⎪=⎪⎨′=⎪⎪′=⎪⎪′=⎪⎩%力假定或滞弹性流体假定去除。
田文寿 兰州大学大气科学学院, 兰州,甘肃,中国 简历：
田文寿
兰州大学大气科学学院，兰州，甘肃，中国
简历：
田文寿，教授, 博士生导师。
1991年毕业于兰州大学大气科学系大气环境和大气物理专业。
1994年在兰州大学获大气动力学方向硕士学位。
1999年至2002年在英国LEEDS大学环境学院获动力气象学方向博士学位。
主要从事大气化学与气侯相互作用方面的研究工作。
2006年入选教育部‘新世纪优秀人才’支持计划，2007年获‘赵九章中青年科学家奖’。
现为半干旱气候变化教育部重点实验室副主任，兰州大学大气科学学院环境变化研究所副所长。
第七章.正压原始方程谱模式
二、球谐函数的性质
1.对称性
P ( −μ ) = ( −1) Pm ( μ ) n 该式表明： Pm • 当 n − m 为偶数时， n ( μ ) 是关于赤道对称的 • 当 n − m 为奇数时， nm ( μ ) 是关于赤道反对称的 P
m n n− m
由(8.14)式可得到连带勒让德函数的一个很重要的性质 (8.15)
(8.7)
Ynm ( λ , ϕ ) = sin m λ Pnm ( sin ϕ )
Ynm ( λ , ϕ ) = cos m λ Pnm ( sin ϕ )
( m = 0,1, 2, ⋅ ⋅ ⋅, n; n = 0,1, 2, ⋅ ⋅ ⋅ )
称为球谐函数的阶
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都不连续，给它们的谱展开造成了困难。
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6
在设计球面谱模式时，选择
⎧U = u cosϕ ⎨ ⎩V = v cosϕ
⎧U ≡ 0 ⎨ ⎩V ≡ 0
`
(8.1)
作为因变量来描述水平风场。因为在南、北极点， U
V 满足关系式
(8.2)
即在整个球面上 U 水平风速矢量
二、因变量的选择
设计球面谱模式时，选择的因变量应尽量避免在球面上出现间断情形。 位势高度和温度等物理量在球面上是连续的。 应该注意的是：水平风场一般并不是在整个球面上都连续的。 水平风速矢量
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V 可用向东的风速矢量 u 和向北的风速矢量v 来描述。
5
2 m 2 n+ m
(8.10)
是连带勒让德函数，它有多种解析表达式。罗德里格(Rodrigues)公式是 比较经典的一个微分表达式
P
数值天气预报第九章_资料同化基础
兰州大学 大气科学学院数值天气预报第九章 资料同化基础兰州大学 王澄海大气中的凝结释放的潜热是大气运动中重要的热源和能 源，尤其是热带大气运动中热源的主要部分。
凝结过程分为： z 大尺度上升运动；上升缓慢，范围宽广。
中纬度锋面降 水大多属 该类型； z 积云对流；上升快，范围较小。
热带降水大多属于此类 型。
z 一些天气过程中，两种类型也可以共同起作用。
暴雨、冰雹、台风等灾害性往往伴随着较强的对流活 动。
积云对流过程的准确描述是做好对流性降水预报的关 键。
兰州大学大气科学学院 2 本章内容1. 1. 湿热力过程和积云对流的基本理论 湿热力过程和积云对流的基本理论 2. 2. 大尺度凝结过程 大尺度凝结过程 3. 3. 四种对流参数化方案 四种对流参数化方案 4. 4. 四种对流参数化方案的比较 四种对流参数化方案的比较兰州大学大气科学学院31 湿热力过程和积云对流的基本理论小尺度积云对流是在一定的大尺度环境中产生，又反过来影响 大尺度环境场的变化。
描述小尺度积云对流和大尺度运动的相互作 用的两种方法：直接法，求解描述两类不同尺度运动的耦合方程组，直接求解积云尺度运动 间接法，用参数化方法考虑小尺度运动对大尺度运动的总体影响， 不考虑小尺度运动的细微结构直接法要求模式分辨率很高，从而计算量相当巨大，仅限于在 一些非静力模式和云模式中采用。
间接法简单易行，各国数值天 气预报模式和大气环流模式多采用该方法。
本节主要介绍间接法 的基本思路和对应的方程组。
取一水平面积为单位面积，该面积对于小尺度运动来说必须足 够大，以包括相当多的性质相同的积云体；对于大尺度又要很小。
兰州大学大气科学学院4要使各物理量在此面积内的平均值对于大尺度运动有足够高的分辨 σ c ，无云面积为1 − σ c ， σ c 为积云 率。
设单位面积内积云所占面积为 Gc , G, G 分别表示云 覆盖比。
用 G 表示温度 T ，比湿 q 等诸物理量， 内 G 值、云外环境 G 值和单位面积的 G 的平均值，G 也表示大尺度 运动物理量。
大气科学概论教案
资料。但这时只有一些分散性的研究，缺少国际 合作与交流。
• 1854年，美法与帝俄在克里木半岛发生战争。英 法联军舰队在黑海途中因风暴失事，近于全军覆 没。这件事引起有关国家的重视。事后根据有关 台站气象观测记录，发现此次风暴是由西欧移向 东欧的。因此当时人们认为，如能广泛建立气象 台站网，并通过电讯联系，则可预测未来的天气 变化，并可采取相应的预防措施，以减少灾害性 天气对各方面所造成的损失。这种认识为气象界 的国际合作打开了局面，并促进了天气分析工作 的开展。
• （3）降雨学说：在本世纪30年代，贝吉龙-芬德生 （Bergeron-Findeison）从研究雨的形成中，发现云中有 冰晶与过冷却水滴共存最有利于降雨的形成，从而提出了 降雨学说。1947年又发现干冰和碘化银落入过冷却水滴中 可以产生大量冰晶，这就为人工影响冷云降水提供了途径。 进一步研究还发现在热带暖云中由于大、小水滴碰并也可 导致降雨，这又为人工影响暖云降水奠定了理论基础。由 此人类开始从认识自然进入人工影响局部天气时代。
• 1979年在日内瓦召开了第一次世界气候大会 （FWCC），批准了这一计划（这一计划包含四
个子计划），并确认气候系统的研究是实施气候 研究计划（WCRP）的重要理论基础。建立了 WCP以后，又在各大洲相继召开了地区性的气候
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兰州大学大气科学学院2012年本科教学质量报告二〇一三年四月2012年,我院坚决贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》、《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》、《兰州大学关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》的精神。
一年来，学院坚持以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，全面落实科学发展观，坚持“内涵提升，创新驱动，质量优先，结构调整”的发展思路，走以质量提升为核心的内涵式发展道路，解放思想、开拓创新，扎实推进本科教学各项工作。
第一部分学院本科教学基本情况一、本科人才培养目标根据2011年2月发布的《兰州大学关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》的精神，大气科学学院将本科人才培养目标定位于“培养具有优良的思想品德、健全的人格、扎实的专业理论知识、富有创新精神、实践能力、兼具宽广的国际视野与浓郁本土情怀的学术型、应用型和复合型精英人才”。
学术型精英人才要具有宽厚的基础，在系统、完整地掌握本专业基础知识、基本理论、基本技能的同时，还应掌握与本专业相关学科领域的基础知识、基本理论和基本技能。
该类人才的主要任务是为今后认识、发现自然、社会和人类本身的各种客观规律，创造性地从事科学理论研究奠定基础。
应用型精英人才要具有坚实的基础，要在系统地掌握专业基础知识、专业基本理论的同时，熟练地掌握专业基本技能，高度重视培养实践能力。
该类人才的主要任务是从事应用研究或生产实践，将客观规律转化为社会生产力，为社会创造直接利益。
复合型精英人才应至少掌握两门学科领域的基础知识、基本理论和基本技能。
该类人才的培养应以提高综合素质为主，以能够适应不同工作岗位的需要。
二、本科专业设置情况大气科学学院现有2个本科专业，分别是大气科学、应用气象学，为更加合理的培养各类本科阶段合格人才，学院目前对在校各年级分别设立了大气科学基础理论班、大气科学类、大气科学国防班、应用气象学4个专业班级，充分体现了各类学科人才协调发展的思想，形成了布局合理、特色鲜明的专业设置结构（参见表1.1）三、在校学生情况我院全日制学历教育学生中，有本科生732人，硕士研究生173人，博士研究生63人，本科生占学生总数的75.6%。
本科生中，2012年普通高考统招生164人，国防生85人。
2012年，学院共有6名本科生出国或赴港澳台学习、访问和交流。
目前学院各项事业持续发展，综合实力增强，办学水平稳步提升，生源质量进一步提高。
2012年普通本科招生176人，第一志愿生源充足，第一志愿录取率达到98%以上；新生报到率在99%以上。
第二部分师资与教学条件一、师资数量及结构现有教职工73人。
教师中有专任教师47人，实验人员10人，管理人员16人。
生师比为13.3:1。
具有研究生学位教师46人，占专任教师的比例为97.9%。
其中具有博士学位教师43人，占专任教师的比例为91.5%；具有硕士学位教师3人，占专任教师的比例为6.4%。
具有高级以上专业技术职务人员31人，占专任教师的比例为66.0%。
其中具有正高级专业技术职务人员 13人，占专任教师的比例为27.7%；具有副高级专业技术职务人员18人，占专任教师的比例为38.3%。
有两院院士1人，千人计划特聘教授1人，国家杰出青年基金获得者2人，长江学者特聘教授1人，省级教学名师2人。
二、师资队伍建设与培养学院历来重视师资队伍建设与培养，2012年，学院继续通过中外联合培养师资博士生项目平台，选拔2名优秀博士毕业生充实到教学科研队伍，在人才队伍建设和打造学术团队方面取得了较大进展。
当年，我院新增“国家杰出青年科学基金”项目获得者1人，兰州大学隆基教学新秀奖1人，新聘任副教授4人。
学院重视本科教学质量，成立教学指导委员会和专家组，在新进青年教师上岗之初，对其本科教学能力给予整体评估，并给每位新进教师配备一位经验丰富的教授为其指导，主要负责培养和帮助新进青年教师尽快熟悉教学工作，为本科生提供高质量的教学服务。
三、本科生课程主讲教师情况学院严格执行本科专业课程教授负责制，2012年，主讲本科生课程的教师共45人。
其中，有10名教授担任14门课程的主讲教师；有15名副教授承担32门课程的本科教学任务；有20名讲师承担36门课程的本科教学任务。
四、新增设备、教学经费投入情况2012年，学院教学科研仪器设备值997468万元。
2012年，学校向我院下达本科教学经费42.2万元，我院本科教学日常运行支出42.2元，生均576.5元。
所有教学经费的支出，均用于本科生日常教学培养。
第三部分教学建设与改革一、专业建设根据兰州大学“以社会需求为导向、以学科建设为前提、以基础学科专业为依托、以课程建设为核心”的专业建设指导思想。
学院时刻关注经济社会发展对人才的需求和学科发展的需要，注重学科专业结构的调整和优化，将拓宽专业口径和灵活专业方向有机结合，加强基础和强调适应性有机结合，着力培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的人才。
一年来，我院全体教职工在学院领导下，深入扎实地落实我校本科教学工作会议精神，在充分认识和发挥我院优势教学资源基础上，以加强我院本科教学内涵建设和提升教学水平为目标，切实贯彻中央关于“推进教育创新，优化教育结构，改革培养模式，提高教育质量”的精神，进一步促进我院本科教学的发展，调动我院教师教学的积极性和整合学院师资力量。
拟在2013年申请面向全校招收大气科学专业副修和双学位学生，副修、双学位专业教学计划级培养方案已基本完成，此项工作的准备工作正在稳步进行。
为了适应经济、科技、社会发展的需要，发挥学院自身优势，办出专业特色，我院积极参与申报教育部高等学校特色专业建设点。
目前,已将大气科学专业发展成为国家级特色专业建设点。
二、课程建设课程建设是教学建设的基础工作，是提高教学质量的重要途径。
近年来，学院通过完善课程建设管理办法，培育和构建包括校内重点课程和精品课程、省级精品课程和国家精品课程在内的课程体系。
学院建立专业课程小组负责制，本科人才培养方案中的每门专业课程，都有一位科研发展突出、教学经验丰富的教授具体负责。
学院鼓励教师将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，在日常工作中，通过举办“中青年教师授课竞赛”、“教学多媒体技能运用竞赛”及学生评教、教师评学、同行互评等手段，推进教学方法、教学手段和考试方式的配套改革，提升多媒体教学手段的使用效果。
2012年春季学期，我院本科生共开课28门，84门次；秋季学期开课36门，115门次，全年合计64门，199门次。
我院开设有专业选修课，向全院学生开放。
在2012年新版本科人才培养方案中学院统一规划和建设通识性选修课，要求每个学生根据专业所属学科类跨学科至少选修10个学分的通识或公共选修课程。
学院注重理论与实践教学相结合，在本年度人才培养方案修订过程中，增加实践教学比重，着力提高学生的实践能力和创新能力。
目前，学院已有张文煜教授负责的《大气探测学》课程获批国家级精品课程，张文煜教授负责的《雷达气象学》课程获批甘肃省高等学校精品课程。
三、教材建设学院鼓励教师在总结教学经验的基础上，不断吸取国内外先进科学技术知识，丰富教学理念，编写高质量的教材。
曾多次在学院党政联席会、学院教学指导委员会、全院教职工大会上强调教学教材建设的重要性，鼓励教师充分利用兰州大学教材建设基金平台，编写并出版能够反映讲授课程新理论、新知识，有特色、有新意的本科教材。
目前已有多位教师开始专业课程新版教材的编制工作。
四、教学改革学院历来重视本科生教学，始终把提高教学质量看作学院一切工作的生命线。
为国家和社会培养人格高尚、理论深厚、实践能力强的专业人才，是学院最本质的职能和全部工作的重心所在。
2012年学院围绕本科人才培养方案修订工作，主要开展了以下教学改革工作：1.继续召开一系列的教学工作会议学院管理层面，继续多次在教学指导委员会和党政联席会议上就现阶段教学工作中面临的突出难点和问题、最近几年的改革思路、教学改革的机构和工作机制等问题进行了深入细致的讨论，进一步明确了改革方向，调整和完善2011年度确立的改革步骤和措施，从管理层面保障了本科人才培养方案修订工作的继续深入实施。
在研究所层面，各研究所分别多次召开了教学改革专题会议，就学院制定的改革措施和涉及到本学科的具体问题进行了不断地论证和修改。
2.本科人才培养方案修订工作全面完成，并在实践中不断完善在2011年度确立的修订方案工作步骤和措施的基础上，我院经过全体教职工的不懈努力，于2012年6月完成了《兰州大学大气科学学院教学改革方案》（修订稿），经反复修订后，于2012年秋季学期正式试行该培养方案。
2012年11月，学院在学校本科人才培养方案修订工作汇报中吸取专家组和兄弟学院的意见和建议，根据教务处相关说明和指导思想，将继续对我院本科人才培养方案做出不断论证和完善，目前新版本科人才培养方案修订工作已圆满完成。
五、实践教学由于学科建设和专业特点的特殊性，学院历来高度重视实践教学工作。
在不断总结自身的教育教学经验和学习国内外大学教育的成功经验的基础之上,支持和鼓励教师在实践教学过程中不断进行教学研究和改革，使学院的教学质量得到显著提高。
2012年学院领导多次带队赴陇南、内蒙古、青海等地联系建立本科实践教学基地事宜，为我院实践教学的发展进一步夯实基础。
2012年，我院总结过去学院在实践教学方面的经验，结合自身学科特点，完成学院实践教学自查报告，并已获批学校本科实践教学重点建设项目，着力完善本科实践教学环节，进一步提高本科教学质量。
为了加强实践教学，根据兰州大学出台的“实践教育教学提升计划”的精神，结合人才培养方案修订，将实践教学模式改革、课程内容整合和教学体系建设作为工作重点和提升本科教学质量的关键举措。
同时充分发挥和利用教育部半干旱气候变化重点实验室、大气探测与遥感实验室、天气分析预报实验室、大气化学实验室、数值模拟实验室的优势和特色，建设了一大批科技含量高、教学功能齐全的校外实验和实习基地，使其服务于实践教学。
此外，学院继续加大“创新性实验计划”、“创新创业行动计划”等项目的支持力度与覆盖面，将实验教学、创新实践和综合实践有机融合，建立与理论教学相适应的实践教学体系，锻炼学生运用知识分析问题、解决问题的能力，促进学生在知识、能力和素质等方面的协调与全面发展。
1. 国家大学生创新性实验计划项目国家大学生创新性实验计划项目是教育部“本科教学质量与教学改革工程”的重要内容之一，也是我校学生科研训练体系中级别最高，经费投入最多，教师和学生最重视的项目。
为了保证项目的顺利实施，根据《兰州大学“国家大学生创新性实验”管理办法》，学院对项目申报答辩、中期进度检查、项目结题等环节均进行了指导教师跟踪性指导，充分确保立项项目高质量的完成。