雷达气象学I大气物理学院.docx
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雷达气象学I大气物理学院
大气科学（大气探测方向）
本科课程教学大纲
（2013版）
教务处编印
二〇一三年
目录
数字电子线路4
数字电子线路（实验）6
大气物理学I9
天气学原理II12
电路分析基础17
电路分析基础（实验）19
天气学分析基础21
典型天气过程分析II24
气象统计方法Ⅲ27
气象统计方法Ⅲ（上机）30
现代大气探测学32
气象仪器检定与维护37
气象仪器检定与维护（实验）39
卫星气象学I41
雷达气象学I44
模拟电子线路47
模拟电子线路（实验）50
雷达原理与信号处理53
雷达原理与信号处理（实验）55
动力气象学III56
气象卫星资料的多学科应用59
中尺度气象学61
中尺度气象模拟63
大气激光探测65
专业英语67
电磁场理论69
嵌入式系统设计II72
嵌入式系统设计II（实验）74
信号与系统75
数字信号处理78
数字信号处理（实验）81
微波技术与天线84
微波技术与天线（实验）86
流体力学II88
中国天气III90
微机原理与接口技术95
微机原理与接口技术（实验）97
人工影响天气99
云降水物理学102
全球变化105
雷电原理107
地球科学概论110
C语言程序设计114
C语言程序设计（上机）118
MATLAB程序设计Ⅱ120
MATLAB程序设计II（实验）123
复变函数与积分变换125
计算方法128
气象信息与网络技术131
气象信息与网络技术（实验）133
现代气候学Ⅱ135
地理信息系统原理Ⅳ140
地理信息系统原理（上机）143
大气探测新技术145
大气探测新技术（实验）147
短临预报技术与方法149
短临预报技术与方法（实验）151
雷达气象综合实习152
卫星气象学综合实习154
大气探测实习156
天气预报综合实习159
大气遥感软件应用实习161
大气遥感软件应用实习161
激光雷达综合实习163
数字电子线路
DigitalCircuits
一、课程基本情况
课程类别：
学科基础课
课程学分：
3学分
课程总学时：
48学时，其中讲课：
38学时，实验10学时
课程性质：
必修
开课学期：
第3学期（第五周开始）
先修课程：
电路分析基础，模拟电子线路
适用专业：
电子信息工程，通讯工程，信息工程，电子科学与技术本科专业
教材：
《数字电子线路》清华大学出版社，张宏群主编，2013年第1版
开课单位：
电信学院
二、课程性质、教学目标和任务
数字逻辑电路是一门密切联系实际的专业技术基础课。
主要介绍分析数字电路逻辑功能的数学方法、分析方法、设计方法及常用的集成电路芯片的工作原理和应用等内容，通过本课程的学习，学生将具备数字电路的逻辑分析与设计的基本知识，掌握数字系统中常用功能部件的应用分析、逻辑设计与硬件描述语言建模等基本技能，
课程在讲解逻辑电路基本概念和基本知识的基础上，培养学生使用各种逻辑分析与设计的工程方法和工程工具，学习典型逻辑功能部件的内部结构，掌握其工作原理，可以承担小型数字电路分析或设计的简单应用课题。
为后续课程如数字系统设计、计算机组成原理、微型计算机接口技术等打下坚实的基础。
三、教学内容和要求
1数字电路基础（4学时）
（1）熟悉模拟信号与数字信号的特点。
（2）掌握数制与编码的特点及规律。
2基本逻辑门电路（10学时）
（1）熟悉五种基本逻辑运算（与、或、非、异或、同或）。
（2）掌握逻辑代数的基本公式和定理。
掌握逻辑代数的化简：
公式法化简和卡诺图法化简．
掌握逻辑函数四种表示方法：
真值表、逻辑函数表达式、逻辑电路图、波形图以及它们相互间的转换．
（3）掌握TTL反相器的工作原理，静态输入、输出、电压传输特性及输入端负载特性，开关特性。
（4）了解二极管、三极管和MOS管的开关特性及简单门电路的工作原理。
了解TTL门（与非门、或非门、异或门、三态门，OC门）的工作原理及TTL门的改进系列。
了解CMOS反向器的动特性。
其他CMOS门的工作原理。
掌握CMOS反相器的工作原理及静态特性。
3组合逻辑电路（8学时）
（1）掌握组合逻辑电路的设计与分析方法。
掌握常用组合逻辑电路，即编码器、译码器、数据选择器、加法器及数值比较器的基本概念、工作原理及应用。
（2）熟悉组合逻辑电路的特点。
（3）了解组合电路中的竞争与冒险现象、产生原因及消除方法。
4触发器（4学时）
（1）掌握RS触发器、JK触发器、D触发器的逻辑功能及描述方法。
掌握触发器逻辑功能与电路结构的区别。
（2）熟悉RS型基本触发器、同步触发器、主从触发器的工作原理。
（3）了解触发器的特点及其分类。
了解主从触发器和边沿触发器的区别。
了解触发器之间的相互转换。
5时序逻辑电路（6学时）
（1）掌握同步时序逻辑电路的分析与设计方法。
掌握中规模集成电路计数器和移位寄存器的应用。
（2）了解时序逻辑电路的特点及和组合逻辑电路的区别。
了解寄存器和计数器的特点和分类。
了解常用时序电路，尤其是计数器、移位寄存器组成及工作原理。
6脉冲波形的产生和整形（4学时）
（1） 掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理、脉宽及周期的计算方法。
掌握由555定时器组成三种脉冲电路（施密特触发器，单稳触发器和多谐振荡器）的工作原理，及波形参数与电路参数之间的关系。
（2）了解脉冲产生及整形电路的分类及脉冲波形参数的定义。
了解555定时器的工作原理。
了解压控振荡器的工作原理。
7数-模和模-数转换（2学时）
（1）掌握D/A转换器的工作原理。
（2）熟悉A/D和D/A转换器的主要参数计算。
（3）了解A/D与D／A转换器的主要参数的含义。
了解A／D转换器的一般原理和步骤以及
四、课程考核
（1）作业和报告：
作业：
16次
（2）考核方式：
（闭卷考试、）
（3）总评成绩计算方式：
（平时成绩20%、期末考试80%成绩）
五、参考书目
（1）《数字电子技术基础简明教程》，高等教育出版社，余孟尝主编，第3版
（2）《数字电子技术基础》高等教育出版社，阎石主编，第5版
（3）《数字电子技术基础（数字部分）》高等教育出版社，康华光第5版
制定人：
张宏群审定人：
陈晓批准人：
郭业才
数字电子线路（实验）
ExperimentofDigitalCircuits
一、课程基本情况
课程学分：
1学分
课程学时：
10学时
开设项目数：
8个
课程性质：
必修
对应理论课程及性质：
数字逻辑电路
适用专业：
电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、信息工程等
教材：
《电子技术实验与设计教程》电子工业出版社，刘建成主编，2007年出版。
开课单位：
电信学院
二、课程的教学目标和任务
本课程使电子信息类学生进一步掌握数字逻辑电路的工作原理。
课程旨在使学生掌握常用集成电路芯片的逻辑功能及其应用，奠定设计数字系统的基础。
提高学生的动手操作、理论联系实际、解决问题的能力。
培养学生在实验中实事求是，严谨踏实的科学作风，为专业课程打下坚实的基础。
对学生的基本要求如下：
1.正确使用数字电路实验箱及相关测量仪器；
2.掌握常用集成电路芯片的功能及使用方法；
3.能对较为复杂的电路正确安装和调试，具有初步分析电路故障的能力；
4.正确地整理、分析实验结果和数据。
三、课程的内容和要求
2、
序号
实验项目名称
实验学时
内容提要
实验要求
实验类型
必修
选修
验证性
设计性
综合性
创新性
1
基本逻辑门
1
1、学习数字实验箱的结构、功能、和使用方法；
2、验证基本逻辑门芯片的逻辑功能。
√
√
2
三态输出门
1
1、测试三态输出门的逻辑功能；
2、搭试三态门分时传输信息的电路。
√
√
3
译码器及其应用
1
1、验证译码器的逻辑功能；
2、搭试利用译码器做数据分配器的电路。
√
√
4
数据选择器
1
1、验证数据选择器的逻辑功能；
2、搭试用两个八选一组成十六选一的数据选择器；
√
√
√
5
组合逻辑电路设计
（一）
2
1、利用指定的芯片设计一个四人无弃权表决电路；
2、利用指定的芯片设计一保险箱的数字代码锁。
√
√
6
集成电路触发器及应用
2
1、验证D触发器、JK触发器的逻辑功能；
2、设计单发脉冲发生器电路并验证其效果。
√
√
√
7
移位寄存器
2
搭试用D触发器构成移位寄存器的电路。
√
√
8
计数器
2
1、验证集成电路计数器的逻辑功能；
2、搭试一个用二进制集成电路计数器74LS163构成10进制计数器的电路；
3、运用集成计数器设计一个两位十进制计数器。
√
√
√
四、课程考核
每次实验成绩按如下方式评定：
3、考勤，上课无迟到早退。
（10％）
4、遵守课堂纪律，预习实验内容，能独立完成实验操作过程，实验结果正确，操作规范，结果正确。
（40％）；
5、操作中对于教师的提问，回答是否正确。
（10％）；
6、实验报告作为参考。
（40％）。
最后实验成绩由每次实验成绩的平均分数确定，旷课超过三分之一课时的学生，不给本课程成绩。
五、参考书目
1.《电子技术实验》清华大学出版社高文焕主编
2.《数字电子线路》清华大学出版社，张宏群主编
3.《数字电子技术基础简明教程》高等教育出版社余孟尝主编第三版
制定人：
张宏群审定人：
陈晓批准人：
郭业才
大气物理学I
AtmosphericPhysicsI
一、课程基本情况
课程类别：
学科基础课
课程学分：
3学分
课程总学时：
48学时，其中讲课：
48学时
课程性质：
必修
开课学期：
第3学期
先修课程：
高等数学、大学物理。
适用专业：
大气科学
教材：
大气物理学，北京大学出版社，盛裴轩，毛节泰等，2003。
开课单位：
大气物理学院大气物理系
二、课程性质、教学目标和任务
大气物理学是研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的大气科学的分支学科。
它既是大气科学的基础理论部分，又是环境科学的一个部分。
该课程的学习，使学生系统掌握大气物理学各方面的基础理论知识，为以后的动力气象学、云物理学及边界层气象学等专业课的学习奠定基础。
本课程主要讲述：
大气中各种气体成分的性质、各种气象要素的定义与计算、大气的垂直分层；大气静力学；大气热力学的基本概念和基本定律、各种热力过程和温湿参量；大气层结稳定度；辐射的基本概念和基本定律、太阳短波辐射在大气中的传输、地球长波辐射在大气中的传输；大气光学现象等大气学科的基础知识。
三、教学内容和要求
1、行星大气和地球大气的演化（1学时）
（1）了解太阳系形成和行星大气成分；
（2）理解地球大气的演化过程。
重点：
大气演化过程及其主要成分
2、地球大气的成分及其分布（4学时）
（1）了解空气的主要成分和主要的气象要素；
（2）掌握湿度的表示法和状态方程；
（3）理解虚温、水汽和大气气溶胶的作用等概念。
重点：
干湿空气状态方程，湿度参量概念及转换关系
难点：
实际水汽压与露点的关系
3、大气的分层和结构（2学时）
（1）理解大气分层的方法，大气垂直结构、特点及大气质量计算方法；
（2）了解大气的主要下垫面海洋的物理特性。
重点：
按温度划分的大气各层特征
4、大气静力学（4学时）
（1）掌握大气静力学方程及物理意义；
（2）理解模式大气和气压－位势高度公式；
（4）了解标准大气和气压的时空分布；
重点：
大气静力学方程和压高公式
难点：
5、大气热力学基础（16学时）
（1）掌握大气热力学基本定律；
（2）掌握描述大气热力学状态的热力学方程；
（3）掌握大气热力学过程和大气静力稳定度；
（4）掌握热力学图表并能用其描述大气热力学过程和静力稳定度分析；
（5）了解绝热混合过程和等压冷却过程；
（6）了解大气热力学中的温湿参量；
（7）了解逆温层的概念。
重点：
热力学第一、第二定律，干、湿绝热过程，泊松方程、位温等一些热力过程基本概念，热力学图解，大气稳定度概念、判据及图解分析；
难点：
热力学太函数及比熵等方程的推导和应用，克拉珀龙－克劳修斯方程，相当温度和湿球温度的物理过程，使用艾玛图分析气块越山，基于探空资料的大气层结特征分析，气块升降过程中水汽和液态水含量的转化，大气静力稳定度的几种判据，条件不稳定类型。
6、地面和大气中的辐射过程（16学时）
（1）理解辐射的基本概念和物理规律；
（3）掌握地球大气与辐射的相互作用；
（4）掌握太阳辐射在地球大气中的传输；
（5）掌握地球－大气系统的长波辐射；
（6）熟悉地球、大气及地气系统的辐射平衡；
重点：
描述辐射物理量及意义，黑体辐射定律、意义及应用，太阳辐射和地球辐射的区别，散射、吸收系数，太阳常数，光学厚度，大气直接辐射及其简单模式，布格-朗伯-比尔定律，长波辐射传输特征，施瓦茨-恰尔德方程，反照率，地－气辐射平衡，
难点：
基尔霍夫定律的物理意义和实际应用，从吸收（散射）截面、体积（质量）系数、光学厚度到布格-朗伯定律的推导、不同辐射源的辐射通量密度计算，长波辐射传输方程推导和物理意义，漫射辐射，地气辐射平衡方程的构建，辐射差额每一项的物理意义，
8、大气光学（4学时）
（1）理解天空亮度和色彩分布的原因；
（2）理解能见度概念；
（3）了解大气中常见光学现象的成因。
重点：
天空颜色的解释，能见度概念和估算。
9、大气声学（1学时）
（1）了解大气声学基本概念和定义；
（2）了解声波在大气中的传播。
四、课程考核
（1）作业和报告：
作业：
3次，课程论文：
1篇。
（2）考核方式：
闭卷考试。
（3）总评成绩计算方式：
平时成绩占20%、期中考试成绩占30%，期末考试成绩占50%。
五、参考书目
（1）《大气科学》，（美）J.M.Wallace,P.V.Hobbs著，何金海等译，科学出版社，2008年。
（2）《大气物理学基础》，徐绍祖主编，气象出版社，1993年。
（3）《热力学》，汪志诚，高等教育出版社，1998年10月。
制定人：
刁一伟审定人：
安俊琳批准人：
杨军
天气学原理II
PrincipleofSynopticMeteorology
一、课程基本情况
课程类别：
学科基础课
课程学分：
4学分
课程总学时：
64学时，其中讲课：
64学时
课程性质：
必修
开课学期：
第4学期或者第5学期
先修课程：
高等数学、大学物理I、热力学、流体力学、大气物理学等。
适用专业：
大气探测、应用气象学、应用气象学（公共服务方向）
教材：
天气学原理和方法，气象出版社，朱乾根，林锦瑞、寿绍文、唐东昇编著，2007年，第四版
开课单位：
大气科学学院
二、课程的教学目标和任务
天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的科学。
该课程是大气物理、海洋科学、大气环境等专业本科生的重要专业主干课之一，属于专业核心课程。
该课程侧重理论教学，主要介绍天气学的经典理论：
大气运动的基本特征、锋面理论、气旋与反气旋、大气环流概况、天气系统和天气形势的天气学预报方法。
通过本课程的学习使学生掌握天气学预报的基本原理、基本概念和基本分析方法。
为进一步学习“动力气象学”，“中国天气”，“数值天气预报”，“天气学分析基础”、“中尺度天气动力学”、“天气预报综合实习”等专业课奠定必要的理论基础。
三、教学内容和要求
大气运动的基本特征（18学时）
引言（2学时）
（1）了解天气学发展历史，了解参考系概念及分类，常见的气压场形势
（2）掌握惯性和非惯性（旋转）参照系中的关系
（3）理解含义
1.1影响大气运动的作用力（3学时）
（1）掌握大气运动各作用力含义及表达式
（2）理解大气运动各作用力的物理意义
1.2控制大气运动的基本定律（3学时）
（1）掌握控制大气运动的基本定律及其数学表达式：
运动方程，连续方程和热力学能量方程的推导
（2）理解运动方程，连续方程和热力学能量方程表达式中各项意义
（3）理解质量散度（质量通量散度）含义、表达式及其物理意义
1.3大尺度系统的控制方程（2学时）
（1）了解尺度分析含义，了解各种尺度天气系统的特征尺度，掌握运动方程，连续方程和热力学能量方程的零级和一级简化
（2）掌握运动方程，连续方程和热力学能量方程零级和一级简化方程含义，理解自由大气中大尺度系统运动可作为准地转、准静力处理的原因
（3）理解热力学能量方程中引起固定点温度变化的因子
1.4“P”坐标系中的基本方程组（2学时）
（1）了解P坐标系的概念、优越性及P坐标系建立的物理基础
（2）掌握位势、位势高度概念
（3）理解等高面上水平气压梯度力可以用等压面上位势梯度或等压面坡度表示
（4）理解如何建立P坐标系中基本方程组
1.5风场和气压场的关系（6学时）
（1）掌握地转风、梯度风、热成风、地转偏差含义及表达式
（2）掌握地转风、梯度风、热成风的讨论及应用
重点：
（1）描述大气运动的基本定律；
（2）“P”坐标系的特点及该坐标系的方程组；
（3）地转风、梯度风、热成风的概念和关系式及其在天气分析中的应用。
难点：
（1）建立大气运动的基本方程，地转偏向力
（2）实际工作中高空为什么分析等压面图而不分析等高面图；
（3）地转风、梯度风、热成风在天气分析中的应用。
第2章气团与锋（10学时）
2.1气团（1学时）
（1）掌握气团的概念、形成条件
（2）了解气团分类
2.2锋的概念与锋面的坡度（2学时）
（1）熟悉并掌握锋、锋面、锋线、锋区概念和含义
（2）了解锋面的分类，理解并掌握锋面空间结构
（3）掌握以密度零级不连续面模拟锋时，锋面坡度公式推导并会讨论物理意义
2.3锋或锋面附近的气象要素场的特征（4学时）
（1）理解并掌握以密度零级和一级不连续面模拟锋面时锋附近各要素场的特征（温度，气压，变压，风场，湿度场和天气区）
2.4锋面的分析（主要内容在天气分析课程讲解）（1学时）
（1）了解锋面分析的一般步骤
（2）掌握锋面分析中，高空测风资料（单站测风图）应用
2.5锋生锋消（2学时）
（1）掌握锋生带（线）、锋生函数、锋生条件概念
（2）熟悉运动学锋生、锋消公式讨论
（3）了解我国锋生锋消概况
重点：
（1）锋或锋面附近的气象要素场的特征
（2）锋生公式的物理意义及定性分析应用
难点：
（1）地面锋线与高空锋区、高空等压面的上高度场三度空间的配置。
第3章气旋与反气旋（16学时）
3.1气旋、反气旋的特征和分类（1学时）
（1）掌握气旋、反气旋的定义和特征
（2）了解气旋、反气旋的分类
3.2涡度与涡度方程（5学时）
（1）理解涡度、绝对涡度概念；理解
含义
（2）掌握涡度方程等式右端各项名称并会讨论；掌握位涡、位涡守恒的概念及应用
3.3位势倾向方程与ω方程（6学时）
（1）理解位势倾向方程与ω方程公式推导
（2）熟练掌握位势倾向方程及ω方程等式右端各项名称和物理意义，并会画图讨论
3.4温带气旋与反气旋（3学时）
（1）熟练掌握在温带气旋发展中，动力因子和热力因子对高空槽及温带气旋发展的作用，要求会画图解释
（2）理解温带气旋和反气旋的生命史
（3）掌握气旋再生、气旋族、热低压的含义
3.5东亚气旋与反气旋（1学时）
（1）掌握北方、南方气旋活动范围及包括哪些气旋
（2）了解东亚气旋和反气旋的移动路径和移速
（3）理解蒙古气旋形成的高空温压场特征
（4）理解江淮气旋生成过程；
（5）理解爆发性气旋的含义；了解为什么爆发性气旋主要发生于冬春季？
重点：
（1）涡度方程、位势倾向方程、ω方程各项的物理意义及其在分析温带气旋与反气旋发展机制方面的定性应用
（2）用位势涡度守恒原理，解释天气系统在上山、下山过程中的变化
难点：
（1）涡度方程、位势倾向方程与ω方程有关项的物理解释及其在分析槽、脊、温带气旋发展机制方程的定性应用
（2）用地转适应观点解释温带气旋的发展
第4章大气环流（6学时）
4.1大气平均流场特征与季节转换（1学时）
（1）熟练掌握对流层中低层平均水平环流特征
（2）理解半永久性大气活动中心和季节性大气活动中心的含义及其成员
4.2控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型（2学时）
（1）熟练掌握控制大气环流的基本因子
（2）掌握三圈环流，掌握极锋锋区与副热带锋区的形成及不同点以及与温带气旋的关系
（3）理解地球表面不均匀性（海陆分布和地形）对大气环流的影响
4.3极地环流概况（0.5学时）
（1）了解极地环流概况
4.4热带环流概况（0.5学时）
（2）了解热带环流概况；了解ElNino和沃克环流
4.5西风带的大型扰动（“中国天气”中讲解）
4.6急流（1.5学时）
（1）掌握急流的概念
（2）理解急流的基本特点
4.7东亚环流基本特征（0.5学时）
（1）理解东亚环流基本特征
（2）了解我国各季环流概况及主要天气天气过程特点。
重点：
（1）大气平均流场特征与季节转换
（2）控制大气环流的基本因子与大气环流的基本模型
难点：
（1）三圈环流
（2）地球表面不均匀性（海陆分布和地形）对大气环流的影响
（3）高空急流的基本特点
第5章天气形势及天气要素的预报（14学时）
5.1天气系统及天气形势的天气学预报方法（12学时）
（1）理解天气系统的外推法
（2）掌握运动学公式的推导；理解运动学公式中
及
含义；掌握运用运动学方法讨论天气系统的移动
（3）掌握斜压大气中涡度的假设；理解高空形势预报方程的推导
（4）熟练掌握高空形势预报方程中各项的讨论，其中曲率项及散合项在实际天气图中要求会应用
（5）熟练掌握用高空形势预报方程有关项解释500hPa槽、脊变化，要求会实际应用
（6）理解地面形势预报方程的推导
（7）掌握地面形势预报方程各项讨论，要求会实际应用
（8）掌握引导气流的概念，理解其推导过程
（9）掌握地形对天气系统（槽、脊、高压、低压）移动及强度的影响
（10）了解用运动学公式推导锋面移速公式并会讨论冷锋、暖锋移速与变压分布的关系
5.2气象要素和天气现象的天气学预报方法（2学时）
（1）了解温度的天气学预报方法
（2）了解大风的天气学预报方法
重点：
（1）运动学公式的推导及运用
（2）高空形势预报方程的推导、讨论及应用
（3）地面形势预报方程各项讨论及应用
难点：
（1）高空形势预报方程的推导、讨论及应用
（2）地形对天气系统的影响
四、课程考核
（1）作业和报告：
作业：
9次；
（2）考核方式：
闭卷考试
（3）总评成绩计算方式：
平时成绩占30%，期中考试成绩占20%，期中考试成绩占20%，期末考试成绩占50%
五、参考书目
（1）AnIntroductiontoDynamic,Meteorology,Fourthedition,AcademicPr
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