課程中文名稱科學(xué)前沿（II）

1、課程中文名稱：科學(xué)前沿（II）課程英文名稱：Frontier of Sciences II課程屬性：科學(xué)前沿系列講座 學(xué)時(shí)學(xué)分：30學(xué)時(shí) 開課時(shí)間：秋季學(xué)期預(yù)修課程：高等大氣動(dòng)力學(xué)、地球物理流體力學(xué)教學(xué)目的、要求：氣候動(dòng)力學(xué)中的一些基本問題，如對(duì)氣候變化預(yù)測(cè)的不確定性的認(rèn)識(shí)，和我們對(duì)大氣、海洋中一些基本過程的認(rèn)識(shí)不夠深入密切相關(guān)。同時(shí)在大氣、海洋和氣候的模擬中，對(duì)這些過程的認(rèn)識(shí)也是正確模擬的基礎(chǔ)。因此本課程將首先從氣候模擬的不確定性問題出發(fā)，對(duì)和氣候相關(guān)的大氣和海洋中的若干基本物理過程作仔細(xì)深入的考查。本課程的目的在于通過本課程的教學(xué)，包括主講教授和國內(nèi)、國際著名科學(xué)家的系列講座，使得研究生們

2、能夠?qū)蜌夂騽?dòng)力學(xué)相關(guān)的基本物理過程形成清晰的物理概念和圖像，學(xué)會(huì)從物理的角度分析問題的能力。課程要求研究生了解大氣、海洋和氣候中的基本過程的基礎(chǔ)概念和相關(guān)理論的發(fā)展和當(dāng)前的前沿問題，了解國際上對(duì)相關(guān)問題研究的現(xiàn)狀和對(duì)相關(guān)問題爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之所在，為研究生的論文研究提供一個(gè)深入而又寬廣的前沿知識(shí)基礎(chǔ)。講授內(nèi)容： （1）氣候模擬中的不確定性及其來源（5學(xué)時(shí)，主講：Tapio Schneider (加州理工學(xué)院教授); 呂建華）： 云反饋和氣候模擬的不確定性 （Tapio Schneider）（2學(xué)時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：低云反饋在氣候模擬不確定性的重要作用）； 認(rèn)識(shí)氣候反饋和變化的基本理論框架 （呂建華

3、）（3學(xué)時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：氣候反饋理論框架的歷史演變、 局限性和不同框架之間的區(qū)別和聯(lián)系）（2） 急流的動(dòng)力學(xué)（5學(xué)時(shí)，主講：Michael E. McIntyre (劍橋大學(xué)); 呂建華 ） 急流、渦旋和位渦動(dòng)力學(xué)（Michael E. McIntyre）（1學(xué)時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 急流、渦旋和位渦的基本物理概念）； 急流、渦旋和位渦動(dòng)力學(xué)的進(jìn)一步討論 （呂建華）（4學(xué)時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)： 急流、渦旋和位渦動(dòng)力學(xué)的物理意義和數(shù)學(xué)描述）；（3） 波動(dòng)、不穩(wěn)定和波的破碎（6學(xué)時(shí)，主講: 呂建華 ） 大氣和海洋中波動(dòng)的類型及其數(shù)學(xué)描述和物理圖像（2課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：如何從原始的大氣和海洋方

4、程中認(rèn)識(shí)、辨別各種波動(dòng)； 相關(guān)理論的演變） 大氣和海洋中波的不穩(wěn)定現(xiàn)象和機(jī)理 （3課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：各種和波動(dòng)的不穩(wěn)定相關(guān)的現(xiàn)象和理論） 什么是波的破碎（1 課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：重力波和Rossby波破碎的聯(lián)系和區(qū)別）（4） 平流和對(duì)流（4學(xué)時(shí)，主講: 呂建華 ） 大氣和海洋中的平流現(xiàn)象和動(dòng)力學(xué)：數(shù)學(xué)描述和物理圖像（2課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：平流動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)描述手段及其在理解大氣、海洋動(dòng)力學(xué)的重要性） 大氣和海洋中的平流現(xiàn)象和動(dòng)力學(xué)：數(shù)學(xué)描述和物理圖像（2課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：大氣和海洋對(duì)流的相似和區(qū)別）（5） 攪動(dòng)、混合和湍流（4學(xué)時(shí)，主講: 呂建華 ） 什么是攪動(dòng)？什么是混合？

5、大氣和海洋的攪動(dòng)和混合現(xiàn)象有哪些？如何在數(shù)學(xué)上刻畫攪動(dòng)和混合 （2課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：攪動(dòng)和混合的物理圖像和數(shù)學(xué)描述的區(qū)別和聯(lián)系） 大氣和海洋中的2維和3維湍流及其能量和擬能級(jí)串（2課時(shí)， 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：2維湍流和3維湍流的區(qū)別和能量級(jí)串特征）（6） 大氣和海洋中的翻轉(zhuǎn)環(huán)流（6學(xué)時(shí)，主講: 呂建華 ） 大氣和海洋中的等熵和等密度描述 （1課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 為什么要用等熵和等密度描述？數(shù)學(xué)上是如何做到的？） 大氣中的Hadley 環(huán)流動(dòng)力學(xué)（2課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 直接熱力強(qiáng)迫和渦旋的相對(duì)重要性） 海洋中的翻轉(zhuǎn)環(huán)流動(dòng)力學(xué)（2課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 浮力強(qiáng)迫和渦旋在海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流中的作用） 翻轉(zhuǎn)環(huán)流和波流相互作用（1課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 波流相互作用、余差環(huán)流和翻轉(zhuǎn)環(huán)流的物理圖像和數(shù)學(xué)表達(dá)；一個(gè)統(tǒng)一的理論框架）教學(xué)手段與方法：課堂多媒體講授與課后問題解答考核方式：平時(shí)課后問題解