《大氣科學(xué)綜合應(yīng)用》Part1動力氣象學(xué)教案

1、大氣科學(xué)綜合應(yīng)用第一部分：動力氣象學(xué)主講教師：李國平（成都信息工程學(xué)院） 使用年級：大氣科學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè) 2009級課程：大氣科學(xué)綜合應(yīng)用（氣象學(xué)基礎(chǔ)綜合）適用對象：大氣科學(xué)類專業(yè)（大氣科學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)）本科生專業(yè)理 論知識提高及碩士研究生入學(xué)考試復(fù)習(xí)內(nèi)容：動力氣象學(xué)、天氣學(xué)原理兩大部分學(xué)時：共24學(xué)時，動力氣象學(xué)、天氣學(xué)原理各占二分之一考核：考查（課堂練習(xí)），動力氣象學(xué)、天氣學(xué)原理分布進行，成績 各占二分之一動力氣象學(xué)（大氣動力學(xué)）是大氣科學(xué)的重要分支，是相關(guān)學(xué)科 專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程，它的主要內(nèi)容包括大氣運動的基本方程組及基 本動力特征、渦旋運動與準地轉(zhuǎn)模式、大氣中的波動、大氣不穩(wěn)定理

2、論、大氣邊界層、熱帶大氣動力學(xué)以及大氣環(huán)流及其數(shù)值模擬。要求 學(xué)生對其基本概念有較深入的了解，能夠系統(tǒng)地掌握大氣運動的基本 方程及其變形，掌握大氣中的主要波動類型和小擾動方法， 掌握大氣 中存在的主要的不穩(wěn)定現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件， 掌握行星大氣邊界層的 特征及動力學(xué)規(guī)律，掌握熱帶大氣動力學(xué)的特征及其與中、 高緯度的 差異，熟悉大氣環(huán)流的主要特征并了解大氣環(huán)流的數(shù)值模擬，并具有綜合運用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力一、核心內(nèi)容（一）大氣運動的基本方程組1 .地球和大氣的基本特征2. 運動方程3. 連續(xù)性方程4. 狀態(tài)方程、熱力學(xué)方程和水汽方程5. 球坐標系中的大氣運動方程組6. 局地直角坐標系中

3、的大氣運動方程組7. 平面近似8. 能量守恒定律9. 尺度分析和基本方程組的簡化10. 地轉(zhuǎn)風與熱成風11. 靜力平衡（二）渦旋運動與準地轉(zhuǎn)模式1 .環(huán)流與環(huán)流定理2. 渦度方程、位渦度方程3. 淺水模型中的渦度方程4. 散度方程與平衡方程5. 準地轉(zhuǎn)模式與準地轉(zhuǎn)位渦度守衡定律6 .準地轉(zhuǎn)位勢傾向方程和 方程（三）大氣中的波動1. 小擾動的波動方程式2. 聲波3. 重力波4. 慣性內(nèi)波與慣性振蕩5. 重力慣性外波和重力慣性內(nèi)波6. 羅斯貝波7. 群速度和上游效應(yīng)（四）不穩(wěn)定理論1. 不穩(wěn)定的概念2. 慣性不穩(wěn)定3. 正壓不穩(wěn)定4. 斜壓不穩(wěn)定5 .開爾文-赫姆霍茲不穩(wěn)定（五）大氣邊界層1. 行

4、星大氣邊界層的分層及其主要特征2. 邊界層中風隨高度變化的規(guī)律，埃克曼螺線3. ?？寺槲?、次級（二級）環(huán)流和旋轉(zhuǎn)減弱（衰減）（六）熱帶大氣動力學(xué)1. 熱帶大氣運動的主要特征及其尺度分析2. 混合羅斯貝-重力波和開爾文波3. 積云對流加熱參數(shù)化4. 第二類條件不穩(wěn)定（CISK）和臺風的發(fā)展（七）大氣環(huán)流及其數(shù)值模擬1 .大氣環(huán)流2. 角動量平衡和輸送3. 熱量和水分平衡4. 能量循環(huán)5. 大氣環(huán)流的模擬6. 平流層大氣環(huán)流二、基本要求（一）大氣運動的基本方程組1. 熟悉并掌握地球自轉(zhuǎn)角速度、地球的平均半徑、標準大氣壓 和標準大氣密度的數(shù)值。2 .理解并掌握重力、氣壓梯度力、CorioliS 力

5、和平面近似的 概念，熟悉運動方程及其在球坐標下的形式，熟練掌握局地直角坐標系下的大氣運動的基本方程組。3. 理解并掌握位溫的概念，了解連續(xù)性方程、狀態(tài)方程和熱力學(xué)方程4. 了解并掌握大氣中主要的能量形式，熟悉能量守恒定律。5. 了解并掌握大氣運動的分類及其特征量；理解地轉(zhuǎn)風、熱成風和靜力平衡的概念，并熟練掌握其公式（二）渦旋運動與準地轉(zhuǎn)模式1. 了解環(huán)流的物理意義和環(huán)流定理；深入理解并掌握渦度、位 渦度的概念，能夠熟練掌握淺水模型中的渦度方程和位渦度守恒的推 導(dǎo)。2. 了解散度方程和平衡方程，掌握準地轉(zhuǎn)模式和準地轉(zhuǎn)位渦度 守衡，了解準地轉(zhuǎn)位勢傾向方程和 方程。（三）大氣中的波動1. 理解并熟練

6、掌握小擾動方法，并能靈活運用于方程組的線性 化。2. 了解并掌握大氣波動的基本類型、 特性及其形成的物理條件。3. 深入理解羅斯貝波的基本概念及其動力學(xué)性質(zhì)，掌握經(jīng)典的 羅斯貝長波公式及其頻散理論。4. 深入理解并區(qū)分波動的相速度和群速度，掌握上游效應(yīng)的概 念。（四）不穩(wěn)定理論1. 理解并掌握波動不穩(wěn)定的概念。2. 了解并掌握大氣波動不穩(wěn)定的基本類型、成因及其不穩(wěn)定的 判據(jù)。3. 掌握正壓不穩(wěn)定判據(jù)的推導(dǎo)、機理及其與基本氣流分布的關(guān) 系。4了解斜壓不穩(wěn)定的 Eady 模式和兩層模式， 掌握斜壓不穩(wěn)定的 機理。（五）大氣邊界層1了解行星大氣邊界層的分層及其主要特征。2了解邊界層中風隨高度變化的規(guī)

7、律， 掌握?？寺菥€公式的推 導(dǎo)。3掌握?？寺槲胶托D(zhuǎn)減弱公式的推導(dǎo)， 理解公式的物理 意義，理解?？寺槲?、旋轉(zhuǎn)減弱與次級環(huán)流之間的關(guān)系。（六）熱帶大氣動力學(xué)1.了解并掌握熱帶大氣運動的主要特征，了解赤道平面近似 下的大氣運動方程。2了解并掌握低緯大氣混合羅斯貝 -重力波和開爾文波的基本特 性及其形成的物理條件。3理解低緯小尺度對流與大尺度擾動間的相互作用，掌握積云 對流加熱參數(shù)化的概念并了解其方法。4. 深入理解并掌握第二類條件不穩(wěn)定（CISK）的概念，了解臺 風的發(fā)展理論。（七）大氣環(huán)流及其數(shù)值模擬1. 掌握大氣環(huán)流的基本概念和北半球大氣環(huán)流的主要觀測事實， 了解大氣環(huán)流演變過程中角動量、 熱量和水分的平衡和輸送以及能量 的循環(huán)。2. 了解大氣環(huán)流的數(shù)值模式和數(shù)值模擬。3. 了解平流層和中間層大氣運動的基本特征，了解平流層大氣 運動中準兩年振蕩和爆發(fā)性增溫現(xiàn)象。三、主要參考書目1 Holton. An InStruCtion to Dynamic Meteorology （fouth editiOn）,EISeVir In c., 2004 （霍爾頓著，空軍氣象學(xué)院譯.動力氣象學(xué)引論（第 一版）.北京：科學(xué)出版社，19802小倉義