动力气象学 I
Dynamic Meteorology I
课程编号：3160140、3150141、3150140、3150138
课程属性：（专业主干课）
学分：4 学分
学时：64 学时（讲课：64 学时，上机：学时，实验：学时）
课程性质：必修
先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、天气学原理
适用专业：大气科学(大气科学、气候资源、海洋科学、大气物理、人工影响天气专业)
教材：《动力气象学》，吕美仲、候志明、周毅编著，2008，气象出版社
开课院系：大气科学学院大气科学系
一、课程的教学目标和任务
动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的动力、热力过程和大气运动的基本规律的一门主干课程。

具体说，它是应用物理学定律从理论上探讨大气环流维持、天气系统演变和其它大气运动过程规律和机理的学科，因而，它是天气学、数值天气预报及大气环流等专业课程的理论基础。

本课程，通过教学，目的在于使学生能深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握大气运动过程的动力学分析方法和基本原理，从而使学生具有一定的理论水平与科学研究能力，为将来从事天气预报的业务及研究工作打下基础。

为达到上述目的，在教学中要求：
1.努力贯彻理论联系实际的原则。

在教学内容和取材上，以现今国内外气象业务部门及科研单位所使用的有代表性的方法与理论为主体，讲课中以讲授基本原理为重点，遵循在实践中提出问题，然后解决问题，再回到实践中去的思路讲述本课程，使学生既能掌握基本原理，又能利用基本原理去探讨和解决实际问题。

2.注重理论的系统性。

本课程是一门理论性较强的课程，在努力贯彻理论联系实际的原则下，要突出本课程的特点，在教学中应该注意有系统、有条理地介绍它的内容，强调各部分内容之间的有机联系。

3.随着当代科学技术的迅速发展，气象科学中新理论新方法日新月异，因此，在教学中应密切注意吸收新的内容，及时介绍本学科国内外进展，帮助同学了解本学科现状及发展趋势。

4.由于本专业另外开设了《中小尺度大气动力学》、《热带天气动力学》、《热带大气环流》等课程，且课程有三章内容（大气运动的基本方程组、尺度分析与自由大气中的风场、大气涡旋动力学）已经在先修课程《天气学原理》中部分讲述过，因此，本课程主要以讲述中高
纬大尺度大气过程为主。

为了保持课程的系统性，《天气学原理》部分讲述过的三章内容也将结合本课程内容，对基本原理和概念加以回顾和补充。

在讲授过程中要注意和先修课程的衔接，在大气动力学的整体框架内讲述大尺度大气动力过程，为后继课程《中小尺度大气动力学》、《热带天气动力学》做好衔接准备。

二、教学内容和要求（要求将各章节知识点分为掌握、熟悉、理解、了解、初步了解等）1．第一章、绪论（2 学时）
（1）熟悉动力气象学课程的性质和内容，了解动力气象学发展的背景、各阶段的主要成果，强调动力气象学的发展是由对观测现象的不断深入认识而推动的，它是一门来自于气象实践的理论课程。

2．第二章、大气运动的基本方程组（5 学时）
（1）掌握旋转参照系、科氏力、压力梯度力的概念，局地直角坐标系中的基本方程组；（2）熟悉描写大气运动的基本物理过程及定律；
（3）理解坐标系的选取方法，球坐标系中的基本方程组；
（5）了解求解大气运动闭合方程组的定解问题。

3．第三章、尺度分析与自由大气中的风场（5 学时）
（1）掌握尺度分析的基本概念和方法，R o数的定义，静力平衡的概念与p－坐标系的物理基础，地转运动、地转偏差的概念，斜压大气、正压大气、热成风的概念。

（2）熟悉R o数的物理意义和重要性。

4．第四章、大气涡旋动力学（6 学时）
（1）掌握环流定理与涡度方程；大气中涡旋系统演变的主要物理机制，解释实践大气中涡旋系统变化的机理；
（2）熟悉位涡的概念，了解位涡方程的推导，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程。

5．第五章、大气行星边界层（12 学时）
（1）掌握湍流运动的一般处理方法，边界层的特点及大气分层，湍流输送通量与湍流粘性力的概念，近地面层中风随高度分布的特点及求解方法，Ekman层中风随高度分布的特点，Ekman抽吸、二级环流的概念，大气旋转减弱的物理机制；
（2）熟悉湍流运动的特性，混合长理论；
（3）理解平均运动方程的推导，Ekman层中风随高度变化的求解过程。

6．第六章、大气能量学（10 学时）
（1）掌握大气能量的基本形态，大气位能与内能关系及全位能的概念，闭合系统动能与全位能转换的条件与机制，有效位能的概念，纬向平均运动与涡旋运动的概念，实际大气中能量循环过程及物理机制；
（2）熟悉质点动能方程的推导；
（3）理解有效位能的计算过程，纬向平均运动动能和有效位能方程、涡旋运动动能和有效位能方程的推导过程。

7．第七章、大气中的基本波动（14 学时）
（1）掌握波动的基本概念，单波与群波的概念，群速度的概念和求法，微扰动的概念和线性化方法，声波产生的物理机制，重力、惯性波产生和传播的物理机制与性质，重力外波的求解，浮力振荡的概念，Rossby波产生的机制、性质、物理模型及求解过程；
（2）熟悉Rossby波上游效应的概念，波动滤波的概念及滤波条件；
（3）理解声波、重力内波和惯性波的求解过程。

8．第八章、大气运动的稳定性理论（10 学时）
（1）掌握波动稳定性的概念及数学表述，惯性稳定度与静力稳定度的概念，正压不稳定的概念及判据，斜压不稳定的概念及条件；
（2）熟悉正压不稳定判据的推导过程，斜压二层模式；
（3）理解不稳定条件的推导过程。

三、大纲说明
（1）作业和报告：作业：8 次，课程论文：篇；
（2）考核方式：（闭卷考试）
（3）总评成绩计算方式：（平时成绩、期中考试成绩和期末考试成绩等综合计算）
（4）使用多媒体：
（5）其他：
四、参考书目
1、动力气象学引论，(美)霍尔顿(J.R. Holton)著，科学出版社 1980
2、动力气象学，伍荣生等编著，上海科学技术出版社 1983
3、动力气象学复习思考题与习题，吕美仲编著，气象出版社 1995
制定人：王文审定人：沈新勇批准人：徐海明。