(大气动力学)教学大纲

(大气动力学)教学大纲第0章引论

第一章大气运动的差不多方程组

§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

第二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

第三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

第四章大气边界层

§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

第五章中纬度天气系统动力学

§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. 方程

§6.进展中的斜压系统的理想模式

第六章大气中的波动

§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

第七章大气波动的稳定度

§1.Rossby波的正压不稳定

§2.斜压不稳定

§3.Eady波

§4.两层模式中的斜压不稳定波

第八章大气中的非线性过程

§1.非线性波与孤立波

§2.大气孤立波

§3.Lorenz混沌系统

要紧参考书目:

1、Holton,J.R.,AnIntroductiontoDynamicMeteorology,4th Edition,AcademicPress,2004.

2、刘式适、刘式达编著《大气动力学》上册

3、杨大升等编著《动力气象学》

4、伍荣生等，《动力气象学

成绩构成：作业20％；报告，口试20％；期终考试60％

大气动力学名词、思考题、习题和文献阅读

【一】名词

f -平面β-平面正压大气斜压大气地转风梯度风热成风地转偏差自由大气边界层Ekman 泵旋转减弱Ekman 螺旋线气旋反气旋大气层结包辛尼斯克近似大气标高Rossby 数Ekman 数基别尔数层结稳定度惯性稳定度静力平衡地转平衡梯度平衡正压不稳定斜压不稳定白贝罗定律准不可压缩

【二】思考题

1． 考虑地球自转后，牛顿第二定律的形式如何？写出科氏力和惯性离心力的表达式。

2． 什么是球坐标系？使用球坐标系的优缺点是什么？

3． 什么是局地直角坐标系？局地直角坐标系的适应范围如何？

4． 什么是P 坐标系？P 坐标系的物理基础是什么？使用P 坐标系的优缺点是什么

5． 什么是自然坐标系？在此坐标系下大气水平运动方程的形式如何？

6． 在地转风运动中，风场与气压场的关系如何？

7． 什么情况下梯度风是次地转的？什么情况下梯度风是超地转的？

8． 在热成风关系中热成风与温度场的关系如何？怎么样利用热成风关系判断某地上空的冷暖平流？

10、解释海陆风的形成，并指出其能量转换的特点。

11、什么是涡度？表达涡度方程各项的物理意义并熟练推导大气垂直涡度方程。

12、什么是位势涡度？它守恒的条件是什么？准地转位势涡度的表达式如何？

13、在气象上散度方程有何作用？

14、什么是分子粘性力，什么是湍流粘性力？

15、在Ekman 边界层中是哪几种力的平衡？Ekman 螺旋解的性质如何？

16、由边界层中的摩擦引起的次级环流是怎么样运动的？

17、自由大气与边界层是怎么样相互作用的？

18、大气温度、密度、气压随高度变化特征如何

19、不可压和可压缩流体的层结稳定度的判据如何？

20、动力学上指的大、中、小三类运动的水平特征尺度各是多少？

21、表达基别尔数、罗斯贝数和Ekman 数等几个动力学参数的表达式及其物理意义。

22． 什么是准地转平衡？什么是准静力平衡？准地转运动的原始方程组如何简化？准

地转涡度方程形式如何？准地转位势方程形式如何？

23． 中高纬进展的斜压天气尺度系统的结构如何？你怎么样理解，在进展的斜压系统中

“次级环流”是“大气的温度的变化满足静力平衡，涡度的变化满足地转”的约束的结果。

24． 什么是频散波、什么是非频散波？什么是相速度、什么是群速度？

25． 大气中有哪几类差不多波动？它们是怎么样产生和传播的？

26． 什么是滤波？怎么样滤波？

27． 罗斯贝波是怎么样产生的？无差不多气流时罗斯贝波的波速公式如何？

28． 举出几种常见的计算大气垂直运动的方法，并表达它们各自的优缺点。

29． 举例说明，地球旋转对大气运动有显著妨碍。

【三】习题

第一章引论

1、查找并学习大气辐射平衡图，给出大气能量收入和支出的要紧过程。

2、查找并学习传记：VBjerknesJBjerknesLFRichardsonVWEkmanCGRossby

ENLorenzJGCharneyJRHoltonBJHoskinsJPedlosky 郭晓岚叶笃正谢义炳

第二章大气运动的差不多方程组

1、 全导数〔dt

d 〕与局地时间导数〔t ∂∂〕有何区别？用测风气球测出的物理量随时间的变化是个别变化依旧局地时间变化？在百叶箱里测出的温度随时间的变化是个别变化依旧局地变化？