《天氣學(xué)原理與方法》課程教學(xué)大綱

1、天氣學(xué)原理與方法Principle of Method Synoptic Meteorology一、課程基本情況課程類別：專業(yè)方向課/專業(yè)任選課課程學(xué)分： 4 學(xué)分課程總學(xué)時： 64 學(xué)時，其中講課： 64 學(xué)時課程性質(zhì)：選修開課學(xué)期：第5學(xué)期先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、熱力學(xué)、流體力學(xué)、大氣物理、理論力學(xué)等適用專業(yè)：海洋科學(xué)專業(yè)、數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)教 材：朱乾根，林錦瑞、壽紹文、唐東昇編著，天氣學(xué)原理和方法（第四版），氣象出版社，2007年。開課單位：大氣科學(xué)學(xué)院天氣學(xué)系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)天氣學(xué)原理和方法是研究不同尺度的天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展及其變化的基本規(guī)律，并利用這些規(guī)律

2、來預(yù)測未來天氣的科學(xué)。該課程是海洋科學(xué)、數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)選修課之一。該課程側(cè)重理論教學(xué)，主要介紹天氣學(xué)的經(jīng)典理論：大氣運(yùn)動的基本特征、鋒面理論、氣旋與反氣旋、大氣環(huán)流概況、天氣系統(tǒng)和天氣形勢的天氣學(xué)預(yù)報方法。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握天氣學(xué)預(yù)報的基本原理、基本概念和基本分析方法。為進(jìn)一步學(xué)習(xí) “中國天氣”、“天氣學(xué)分析基礎(chǔ)”、“典型天氣過程分析”等課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。三、教學(xué)內(nèi)容和要求第1章 大氣運(yùn)動的基本特征（18學(xué)時）引言(1學(xué)時)（1）了解天氣學(xué)發(fā)展歷史，了解參考系概念及分類（2）掌握兩種參照系中 的關(guān)系（3）理解 的含義重點(diǎn)：的關(guān)系, 的含義難點(diǎn)：的關(guān)系, 的含義1.

3、1影響大氣運(yùn)動的作用力(3學(xué)時)（1）掌握大氣運(yùn)動各作用力含義及表達(dá)式（2）理解大氣運(yùn)動各作用力的物理意義重點(diǎn)：影響大氣運(yùn)動各作用力難點(diǎn)：慣性離心力和地轉(zhuǎn)偏向力1.2控制大氣運(yùn)動的基本定律(4學(xué)時)（1）掌握控制大氣運(yùn)動的基本定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式：運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能 量方程的推導(dǎo)（2）理解運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能量方程表達(dá)式中各項意義（3）理解質(zhì)量散度（質(zhì)量通量散度）含義、表達(dá)式及其物理意義重點(diǎn)：運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能量方程及表達(dá)式中各項意義難點(diǎn)：質(zhì)量散度（質(zhì)量通量散度）含義、表達(dá)式及其物理意義1.3大尺度系統(tǒng)的控制方程(2學(xué)時)（1）了解尺度分析含義，了解各種尺度天氣系統(tǒng)的

4、特征尺度，掌握運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能量方程的零級和一級簡化（2）掌握運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能量方程零級和一級簡化方程含義，理解自由大氣中大尺度系統(tǒng)運(yùn)動可作為準(zhǔn)地轉(zhuǎn)、準(zhǔn)靜力處理的原因（3）理解熱力學(xué)能量方程中引起固定點(diǎn)溫度變化的因子重點(diǎn)：運(yùn)動方程，連續(xù)方程和熱力學(xué)能量方程的零級和一級簡化方程含義難點(diǎn)：自由大氣中大尺度系統(tǒng)運(yùn)動可作為準(zhǔn)地轉(zhuǎn)、準(zhǔn)靜力處理的原因1.4“P”坐標(biāo)系中的基本方程組(2學(xué)時)（1）了解P坐標(biāo)系概念、優(yōu)越性及P坐標(biāo)系建立的物理基礎(chǔ)（2）掌握位勢、位勢高度概念（3）理解等高面上水平氣壓梯度力可以用等壓面上位勢梯度或等壓面坡度表示（4）掌握如何建立P坐標(biāo)系中基本方程組重點(diǎn)

5、：P坐標(biāo)系特點(diǎn)，位勢、位勢高度概念，P坐標(biāo)系中基本方程組難點(diǎn)：等高面上水平氣壓梯度力可以用等壓面上位勢梯度或等壓面坡度表示1.5風(fēng)場和氣壓場的關(guān)系(6學(xué)時)（1）掌握地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)、地轉(zhuǎn)偏差含義及表達(dá)式（2）掌握地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)、地轉(zhuǎn)偏差的討論及應(yīng)用重點(diǎn)：地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)、地轉(zhuǎn)偏差含義及表達(dá)式及其應(yīng)用難點(diǎn)：地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、熱成風(fēng)在天氣分析中的應(yīng)用第2章 氣團(tuán)與鋒（10學(xué)時）2.1氣團(tuán)(1學(xué)時)（1）掌握氣團(tuán)的概念、形成條件（2）了解氣團(tuán)分類重點(diǎn)：氣團(tuán)的概念、形成條件難點(diǎn)：氣團(tuán)形成條件2.2鋒的概念與鋒面的坡度(2學(xué)時)（1）了解并掌握鋒、鋒面、鋒線、鋒區(qū)概念和含義（2）了解

6、鋒面的分類，理解并掌握鋒面空間結(jié)構(gòu)（3）掌握以密度零級不連續(xù)面模擬鋒時，鋒面坡度公式推導(dǎo)并會討論物理意義重點(diǎn)：鋒、鋒面、鋒線、鋒區(qū)概念，以密度零級不連續(xù)面模擬鋒時，鋒面坡度公式推導(dǎo)及討論難點(diǎn)：地面鋒線與高空鋒區(qū)、高空等壓面上高度場三度空間的配置2.3鋒或鋒面附近的氣象要素場的特征(4學(xué)時)（1）理解并掌握以密度零級和一級不連續(xù)面模擬鋒面時鋒附近各要素場的特征（溫度，氣壓，變壓，風(fēng)場，濕度場和天氣區(qū)）（2）了解以密度一級不連續(xù)模擬鋒面的鋒面坡度公式的意義重點(diǎn)：鋒附近各要素場的特征難點(diǎn)：鋒附近各要素場的特征2.4鋒面的分析（主要內(nèi)容在天氣分析課程講解）(1學(xué)時)（1）了解鋒面分析的一般步驟（2）了

7、解影響鋒面要素不明顯的因素（3）掌握鋒面分析中，高空測風(fēng)資料（單站測風(fēng)圖）應(yīng)用重點(diǎn)：鋒面分析的一般步驟，高空測風(fēng)資料（單站測風(fēng)圖）應(yīng)用難點(diǎn)：單站測風(fēng)圖應(yīng)用2.5鋒生鋒消(2學(xué)時)（1）掌握鋒生帶（線）、鋒生函數(shù)、鋒生條件概念（2）掌握運(yùn)動學(xué)鋒生、鋒消公式討論（3）了解我國鋒生鋒消概況重點(diǎn)：鋒生公式的物理意義及定性分析應(yīng)用難點(diǎn)：鋒生公式定性分析及應(yīng)用第3章 氣旋與反氣旋 （16學(xué)時）3.1氣旋、反氣旋的特征和分類（1學(xué)時）（1）掌握氣旋、反氣旋的定義和特征（2）了解氣旋、反氣旋的分類重點(diǎn)：氣旋、反氣旋的定義和特征難點(diǎn)：氣旋、反氣旋的定義和特征3.2渦度與渦度方程（3學(xué)時）（1）理解渦度、絕對渦度

8、概念；理解 含義（2）掌握渦度方程的推導(dǎo)，理解各項名稱、物理意義并討論重點(diǎn)：渦度、絕對渦度的概念，渦度方程的推導(dǎo)及各項物理意義和定性應(yīng)用難點(diǎn)：渦度方程有關(guān)項的物理解釋和定性應(yīng)用3.3位勢傾向方程與方程（6學(xué)時）（1）理解位勢傾向方程與方程公式推導(dǎo)（2）熟練掌握位勢傾向方程及方程各項名稱和物理意義，并會畫圖討論重點(diǎn)：位勢傾向方程、方程公式推導(dǎo)及各項的物理意義難點(diǎn)：位勢傾向方程、方程各項的物理意義3.4溫帶氣旋與反氣旋（4學(xué)時）（1）熟練掌握在溫帶氣旋發(fā)展中，動力因子和熱力因子對高空槽及溫帶氣旋發(fā)展的作用，要求會畫圖解釋（2）理解溫帶氣旋和反氣旋的生命史（3）掌握氣旋再生、氣旋族、熱低壓的含義重點(diǎn)

9、：溫帶氣旋發(fā)展的動力因子和熱力因子；溫帶氣旋的生命史；氣旋再生、氣旋族、熱低壓的含義難點(diǎn)：溫帶氣旋發(fā)展的動力因子和熱力因子；用地轉(zhuǎn)適應(yīng)觀點(diǎn)解釋溫帶氣旋的發(fā)展3.5東亞氣旋與反氣旋（2學(xué)時）（1）掌握北方、南方氣旋活動范圍及包括哪些氣旋（2）了解東亞氣旋和反氣旋的移動路徑和移速（3）理解蒙古氣旋形成的高空溫壓場特征（4）理解江淮氣旋中“倒槽鋒生型”、“靜止鋒波動型”，能畫圖解釋江淮氣旋生成過程；（5）理解爆發(fā)性氣旋的含義；了解為什么爆發(fā)性氣旋主要發(fā)生于冬春季？重點(diǎn)：北方氣旋和南方氣旋；蒙古氣旋、江淮氣旋的溫壓場特征難點(diǎn)：蒙古氣旋、江淮氣旋的溫壓場特征第4章 大氣環(huán)流概況 （6學(xué)時）4.1大氣平均

10、流場特征與季節(jié)轉(zhuǎn)換（1學(xué)時）（1）熟練掌握對流層中低層平均水平環(huán)流特征（2）理解半永久性大氣活動中心和季節(jié)性大氣活動中心的含義及其成員重點(diǎn)：對流層中低層平均水平環(huán)流特征；大氣活動中心難點(diǎn)：對流層中低層平均水平環(huán)流特征4.2控制大氣環(huán)流的基本因子與大氣環(huán)流的基本模型（2學(xué)時）（1）熟練掌握控制大氣環(huán)流的基本因子（2）掌握三圈環(huán)流，掌握極鋒鋒區(qū)與副熱帶鋒區(qū)的形成及不同點(diǎn)以及與溫帶氣旋的關(guān) 系（3）理解地球表面不均勻性（海陸分布和地形）對大氣環(huán)流的影響重點(diǎn)：控制大氣環(huán)流的基本因子；極鋒鋒區(qū)與副熱帶鋒區(qū)的形成及不同點(diǎn)難點(diǎn)：地球表面不均勻性（海陸分布和地形）對大氣環(huán)流的影響4.3極地環(huán)流概況（0.5學(xué)時

11、）（1）了解極地環(huán)流概況重點(diǎn)：極地環(huán)流概況難點(diǎn)：極地環(huán)流概況4.4熱帶環(huán)流概況（0.5學(xué)時）（1）了解熱帶環(huán)流概況；了解El Nino和沃克環(huán)流的含義重點(diǎn)：熱帶環(huán)流概況；El Nino和沃克環(huán)流難點(diǎn)：熱帶環(huán)流概況4.5西風(fēng)帶的大型擾動（“中國天氣”中講解）4.6急流（1學(xué)時）（1）掌握急流的概念（2）理解急流的基本特點(diǎn)（3）了解急流的結(jié)構(gòu)特征重點(diǎn)：急流的基本特點(diǎn)難點(diǎn)：急流的基本特點(diǎn)4.7東亞環(huán)流基本特征（1學(xué)時）（1）理解東亞環(huán)流基本特征（2）了解我國各季環(huán)流概況及主要天氣過程特點(diǎn)重點(diǎn)：我國各季環(huán)流概況及主要天氣過程特點(diǎn)難點(diǎn)：我國各季環(huán)流概況及主要天氣過程特點(diǎn)第5章 天氣形勢及天氣要素的預(yù)報

12、（14學(xué)時）5.1天氣系統(tǒng)及天氣形勢的天氣學(xué)預(yù)報方法(12學(xué)時)（1）理解天氣系統(tǒng)的外推法（2）掌握運(yùn)動學(xué)公式的推導(dǎo)；理解運(yùn)動學(xué)公式中及含義；掌握運(yùn)用運(yùn)動學(xué)方法討論天氣系統(tǒng)的移動（3）掌握斜壓大氣中渦度的假設(shè)；理解高空形勢預(yù)報方程的推導(dǎo)（4）熟練掌握高空形勢預(yù)報方程中各項的討論，其中曲率項及散合項在實際天氣圖中要求會應(yīng)用（5）熟練掌握用高空形勢預(yù)報方程有關(guān)項解釋500hPa槽、脊變化，要求會實際應(yīng)用（6）理解地面形勢預(yù)報方程的推導(dǎo)（7）掌握地面形勢預(yù)報方程各項討論，要求會實際應(yīng)用（8）掌握引導(dǎo)氣流的概念，理解其推導(dǎo)過程（9）掌握地形對天氣系統(tǒng)(槽、脊、高壓、低壓)移動及強(qiáng)度的影響（10）了解用

13、運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)鋒面移速公式并會討論冷鋒、暖鋒移速與變壓分布的關(guān)系重點(diǎn)：運(yùn)動學(xué)公式的推導(dǎo)及運(yùn)用；高空形勢預(yù)報方程的推導(dǎo)、討論及應(yīng)用；地面形勢預(yù)報方程各項討論及應(yīng)用難點(diǎn)：高空形勢預(yù)報方程的推導(dǎo)、討論及應(yīng)用；地面形勢預(yù)報方程各項討論及應(yīng)用5.2氣象要素和天氣現(xiàn)象的天氣學(xué)預(yù)報方法(2學(xué)時)（1）了解溫度的天氣學(xué)預(yù)報方法（2）了解大風(fēng)的天氣學(xué)預(yù)報方法重點(diǎn)：溫度的天氣學(xué)預(yù)報方法難點(diǎn)：溫度的天氣學(xué)預(yù)報方法四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)： 2 次（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績、期中考試成績和期末考試成績等綜合計算五、參考書目（1）伍榮生，現(xiàn)代天氣學(xué)原理，高等教育出版社， 1999 （

14、2）壽紹文等，天氣學(xué)分析（第二版），氣象出版社， 2006 （3）錢維宏，天氣學(xué)，北京大學(xué)出版社， 2004（4）壽紹文等，天氣學(xué)，氣象出版社， 2009（5） HYPERLINK /search?author=%E5%90%95%E7%BE%8E%E4%BB%B2 呂美仲等，動力氣象學(xué)，氣象出版社， 2008（6）陳中一等，天氣學(xué)分析，氣象出版社， 2010 (7) 壽紹文等，現(xiàn)代天氣學(xué)方法，氣象出版社， 2012（8）姚學(xué)祥，天氣預(yù)報技術(shù)與方法，氣象出版社，2011（9）孔玉壽等，現(xiàn)代天氣預(yù)報技術(shù)（第二版），氣象出版社， 2005（10）丁一匯，高等天氣學(xué)，氣象出版社（第二版）， 2005 （11）James R.Holton,An Introduction