大气科学.docx
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大气科学
一级学科课程
大气科学（0706）
属性
课程编号
课程名称
学时
学分
课程大纲撰写人
学科基础课
S070600XJ001
大气动力学导论
40
2
魏科
S070600XJ002
高等大气动力学
40
2
黄荣辉、陈文
S070600XJ003
计算地球流体力学概论
40
2
王斌、季仲贞
B070600XJ004
计算地球流体力学
40
2
季仲贞
B070600XJ005
高等天气学
40
2
丁一汇
S070600XJ006
全球变化科学引论
40
2
马柱国等
S070600XJ007
全球气候系统
40
2
姚凤梅
S070600XJ008
大气物理学概论
40
2
卞建春等
S070600XJ009
描述性物理海洋学
40
2
杨海军
S070600XJ010
大气科学概论
40
2
林一骅
S070600XJ011
现代气候学原理
40
2
姚凤梅
S070600XJ012
气候统计方法和应用
40
2
华丽娟
S070600XJ013
大气边界层物理学
40
2
胡非
B070600XJ014
大气辐射
40
2
石广玉
S070600XJ015
大气化学
40
2
徐永福、张仁健
S070600XJ016
大气环境概论
40
2
安俊岭、王自发
S070600XJ017
数学物理中的渐近方法
40
2
李家春、周显初
S070600XJ018
地学中的数理方程与数值方法
40
2
于锦海
S070600XJ019
地球科学反演导论
40
2
周元泽
学科综合课
学院（系）盖章
学科专家组签字：
二级学科课程
气象学（070601）
属性
课程编号
课程名称
学时
学分
课程大纲撰写人
专业基础课
S070601ZJ001
热带地球流体动力学
40
2
黄荣辉、张人禾
S070601ZJ002
中小尺度天气动力学
40
2
赵思雄、高守亭
S070601ZJ003
天气动力学诊断分析与物理参数方法
40
2
丁一汇
S070601ZJ004
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
40
2
俞永强
S070601ZJ005
大气数值模拟与资料同化
40
2
朱江、王斌
S070601ZJ006
气候动力学
40
2
华丽娟
S070601ZJ007
分形几何，馄饨动力学和预测问题
40
2
陈顒、吴忠良
专业课
S070601ZY001
平流层动力学
40
2
陈文、陈泽宇
S070601ZY002
东亚季风系统
40
2
王林、魏科
S070601ZY003
古气候学
40
2
丁仲礼
S070601ZY004
应用气象学
40
2
周广胜等
S070601ZY005
生态气象学
40
2
周广胜、周莉
S070601ZY006
农业气象学
40
2
张佳华
S070601ZY007
干旱区气象
40
2
马柱国、吕世华
S070601ZY008
城市气象学
40
2
刘树华、王喜全
讨论课
S070601TL001
全球气候系统讨论课
20
1
S070601TL002
气候统计方法和应用讨论课
20
1
S070601TL003
应用气象学讨论课
20
1
S070601TL004
生态气象学讨论课
20
1
S070601TL005
农业气象学讨论课
20
1
S070601TL006
干旱区气象讨论课
20
1
S070601TL007
城市气象学讨论课
20
1
学院（系）盖章
学科专家组签字:
二级学科课程
大气物理与大气环境（070602）
属性
课程编号
课程名称
学时
学分
课程大纲撰写人
专业基础课
B070602ZJ001
云和降水物理
40
2
黄美元、徐华英
B070602ZJ002
大气中的波传播及遥感物理
40
2
陈洪滨、王普才
S070602ZJ003
大气气溶胶物理与化学
40
2
杨复沫
B070602ZJ004
大气环境化学
40
2
谭吉华
B070602ZJ005
高层大气物理
40
2
肖佐
S070602ZJ006
遥感原理与方法
40
2
赵英时
S070602ZJ007
环境地学导论
40
2
郑度、王五一
专业课
S070602ZY001
卫星气象遥感
40
2
张佳华
S070602ZY002
雷达气象学
40
2
刘黎平
B070602ZY003
大气湍流
40
2
胡非、刘辉志
S070602ZY004
大气探测学
40
2
陈洪滨等
S070602ZY005
人工影响天气原理和方法
40
2
郭学良
S070602ZY006
云物理实验
40
2
郭学良
S070602ZY007
遥感应用
40
2
王普才、段民征
S070602ZY008
大气污染控制工程
40
2
谭吉华
S070602ZY009
大气化学模拟与模式
40
2
谭吉华
讨论课
S070602TL001
大气气溶胶-从空气污染到气候变化
20
1
杨复沫
S070602TL002
大气颗粒物及其前驱物排放与复合污染
20
1
谭吉华
S070602TL003
卫星气象遥感讨论班
20
1
S070602TL004
雷达气象讨论班
20
1
S070602TL005
遥感应用讨论班
20
1
学院（系）盖章
学科专家组签字:
大纲编号：
S070600XJ001
大气动力学导论
IntroductiontoatmosphericDynamics
课程编号：
S070600XJ001课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
大学数学、大学物理
教学目的和要求：
大气动力学是大气科学重要的分支科学，为大气科学各个专业提供了必要的理论支撑框架。
本课程主要介绍大气动力学的系统基础知识，是大气科学和海洋科学的基础课程，适用于大气和海洋专业学生掌握基本理论和基本原则，动力学公式推导和生动的大气动力学现象相结合相统一，旨在掌握用物理学和数学方法定性、定量解释大气运动和天气现象的方法。
内容提要：
本课程的内容包括了动力气象学的系统基础知识和近代理论，包括大气基本方程组的建立、转换和不同情况的简化，大气波动和大气不稳定理论，热带波动以及中层大气动力学，地转适应过程，大气能量学等内容。
主讲内容如下：
第一章大气基本方程组，能量、动量、质量守恒定律，球坐标，beta平面坐标，坐标转换。
第二章尺度分析，无量纲方程，方程组的平衡简化，小扰动法展开。
第三章地转风，热成风，准地转模式。
第四章涡度、散度方程，位势涡度理论（PV）理论。
第五章大气能量学，以及全球能量循环，急流的维持和发展，三圈环流。
第六章大气波动，大尺度波动，Rossby波动，大气基本环流的分布，热带beta平面和球面波动。
第七章Rossby波的频散，上下游效应，球面上Rossby波的传播。
第八章重力波，重力内波，重力外波，中尺度不稳定理论，积云对流。
第九章热带波动，开尔文波，混合罗斯贝-重力波。
第一十章正压大气地转适应过程，斜压大气地转适应过程。
第一十一章大尺度大气不稳定理论。
正压不稳定，惯性不稳定，斜压不稳定，非地转不稳定，急流内不稳定
教材：
李崇银,刘式适,陈嘉滨.动力气象学导论.气象出版社,北京,2005.
主要参考书：
1.HoltonJR.Anintroductiontodynamicmeteorology.4thEdition.ElsevierAcademicPress,SanDiego,2004.
2.叶笃正,李崇银,王必魁.动力气象学.科学出版社,北京,1988.
3.吕美仲,侯志明,周毅,动力气象学.气象出版社,北京,2004.
撰写人：
魏科（中国科学院大气物理研究所）
撰写日期：
2008年06月
大纲编号：
S070600XJ002
高等大气动力学
AdvancedAtmosphericDynamics
课程编号：
S070600XJ002课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
大学数学、大学物理、动力气象学、数学物理方程
教学目的和要求：
《高等大气动力学》是大学本科阶段教育《动力气象学》以及《大气动力学》的进一步深入，除了继续加强流体动力学和大气动力学的基本概念、基本理论、基本原则和基本方法的学习外，最重要的是引入了在大气动力学方面重要的新进展，这些新进展包括重要的大气现象的揭示和发现、理论的发展和创新。
通过对最新研究进展的介绍和讲解，从而使得学生一方面掌握扎实的基本理论和方法，另外一个方面对大气动力学进行较为全面而深入的了解，从而为科研做好必要的准备。
通过课程的学习，希望引导学生实现对基本的大气动力学理论的升级，从而更好的走向科研之路。
本课程适合于气象系和大气科学的研究生。
内容提要：
第一章大尺度动力学发展概况
第二章大气运动的基本方程组、基本波动和基本性质
第三章位涡守恒理论及其在大气环流中的应用
第四章大气准定常行星波动力学
第五章大气遥相关及波动的球面传播
第六章EP通量和波流相互作用
第七章平流层动力学1平流层基本动力过程
第八章平流层动力学2QBO及其动力理论
第九章热带大气低频振荡及其机理
第一十章大气扰动的稳定性理论
第一十一章大气个别扰动的演变特征
第一十二章非线性动力学及其在大气环流中的应用1
第一十三章非线性动力学及其在大气环流中的应用2
教材及主要参考书：
1.曾庆存，《数值天气预报的数学物理基础》（第一卷），科学出版社，北京，1979。
2.李崇银，刘式适，陈嘉滨，《动力气象学导论》，气象出版社，北京，2005。
3.PedloskyJ.Geographysicalfluiddynamics.NewYork:
Springer,1987.
4.GillA.E.Atmosphere-oceandynamics.NewYork:
AcademicPress,1982.
5.VallisG.K.Atmosphericandoceanicfluiddynamics:
fundamentalsandlarge-scalecirculation.Cambridge:
CambridgeUniversityPress,2006.
撰写人：
黄荣辉、陈文（中国科学院大气物理研究所）
修改人：
黄荣辉、陈文、魏科、王林（大气物理研究所）
撰写日期：
2008年11月
大纲编号：
S070600XJ003
计算地球流体力学概论
IntroductiontoComputationalGeophysicalFluidDynamics
课程编号：
S070600XJ003课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
高等数学、微分方程数值解、动力气象学或数值天气预报
教学目的和要求：
本课程是大气科学专业研究生的学科基础课，同时可作为海洋科学、环境科学的选修课。
本课程主要介绍大气海洋问题数值模拟（预报）所用计算方法的一些基本情况，及重点介绍一类有限差分法（简称能量守恒差分法），突出介绍差分格式的稳定性、省时性和准确性等问题。
内容提要：
第一章引言
简要介绍大气海洋模式求解中常用的几类计算方法的主要优缺点，及构造总能量守恒型格式的重要性、必要性。
第二章数值天气预报的历史回顾
简要介绍数值天气预报的发展演变历史及预报技巧。
第三章方程的连续形式
简要介绍控制大气演变的方程组及几种主要的水平坐标和垂直坐标。
第四章运动方程的数值离散化
简要介绍有限差分法及与大气运动方程相对应的差分方程组。
第五章非线性计算不稳定简介
简要介绍非线性计算不稳定的特征和例子。
第六章方程的微分形式及其能量守恒性
重点介绍一维、二维平流方程及其能量守恒性，并对三维方程组作简要介绍。
第七章差分方程及其平方守恒性
重点介绍一维、二维平流方程和涡度方程在A网格下的差分格式及其能量守恒性。
第八章分析差分格式计算稳定性的福氏法
介绍分析线性差分方程的VonNeumann方法及其实例。
第九章分析差分格式计算稳定性的范数法
重点介绍带非负算子的算子方程的计算稳定性问题及相应定义、定理，并以平流扩散方程为例作进一步论证说明。
第十章差分格式的省时性
介绍几种节省机时的差分格式及其省时技巧。
第十一章平滑与过滤、耗散格式
介绍克服计算紊乱和计算不稳定的平滑技术和过滤技术，并以耗散格式为例子作进一步论证说明。
说明：
除讲解以上内容外，还有几次课外作业，学期末还有总复习一次，考试一次。
教材：
季仲贞编：
计算地球流体力学讲义。
主要参考书：
1.王斌、季仲贞著，《大气科学中的数值新方法及其应用》，科学出版社，2006。
2.廖洞贤等，《数值预报原理和应用》，气象出版社，1986。
撰写人：
王斌、季仲贞（中国科学院大气物理研究所）
撰写日期：
2010年06月
大纲编号：
B070600XJ004
计算地球流体力学
ComputationalGeophysicalFluidDynamics
课程编号：
B070600XJ004课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
高等数学、微分方程数值解、大气动力学
教学目的和要求：
本课程是大气科学专业博士、硕士研究生的学科基础课，同时可作海洋科学、环境科学、力学、化学和应用数学专业研究生选修课。
让学生掌握计算地球流体力学的基础知识，为从事大气、海洋等低速流问题的数值模拟计算（包括数值天气预报，气候数值模拟，海流数值模拟等）及科研作必要准备。
要求学生能领会基本概念，掌握分析研究各类计算地球流体力学问题基本方法。
内容提要：
第一章序论
中尺度动力学的研究对象；中尺度系统的天气学和动力学定义；中尺度天气动力学的进展；本课程讲授的主要内容。
第二章计算稳定性分析方法
范数法（能量法），福氏法（VonNeumann方法），若干具体例子，耗散格式。
第三章计算紊乱和寄生波（Gibbs现象）
一些实例，色散效应，能量关系，平滑与过滤。
第四章不等距差分、伪折射、伪反射
不等距差分中存在的问题，构造不等距差分的几种方法，用简单模式分析伪反射的机理，若干数值计算结果。
第五章隐式和半隐式的差分
显式和隐式格式的对比，半隐式格式，迭代法和追赶法。
第六章经济差分格式
什么是经济格式，Shuman格式，Mesinger格式，China格式。
第七章分解算法
两个辅助定理，稳定性化法，预估一修正法，按分量分裂法。
第八章非线性计算不稳定问题
问题的重要性，非线性不稳定与混淆误差，非线性不稳定与初值，Leap-frog型全离散平流格式，非线性计算不稳定的例子，非线性不稳定的分析方法，产生计算不稳定的机理讨论，克服计算不稳定的措施。
第九章网格对频散的影响
水平网格类型，一维问题分析，二维问题分析。
第一十章量守恒型差分格式
正压涡度方程及其守恒性，构造平方守恒型格式的五种方法，一维重力波方程的能量守恒性，重力波方程的隐式平方守恒格式，二维全流方程的能量守恒性。
第一十一章显式完全平方守恒格式
问题的提出，显式完全平方守恒格式的构造，关于算子B的构造，显式平方守恒格式的性质，若干经济差分算法，应用。
第一十二章高精度平方守恒差分格式
高时间精度平方守恒格式，紧致差分格式的构造思路，紧致平方守恒差分格式的构造，算例。
第一十三章近岸海流数值模拟
为什么要开展近岸海流模拟，海流问题的数学物理特征，全流方程及其总能量守恒形式，若干数值模拟结果。
教材：
1.季仲贞编，《计算地球流体力学讲义》，中国科学院研究生院，2001
2.曾庆存，季仲贞，《计算地球流体力学论文选编》，中国科学院大气物理研究所，1997
主要参考书：
1.王斌，季仲贞，《大气科学中的数值新方法及其应用》，科学出版社，2006。
2.张玉玲等，《数值天气预报》，科学出版社，1986。
3.廖洞贤等，《数值预报原理和应用》，气象出版社，1986。
撰写人：
季仲贞（中国科学院大气物理研究所）
撰写日期：
2002年12月
修改人：
－
修改日期：
-年-月
大纲编号：
B070600XJ005
高等天气学
AdvancedSynopticMeteorology
课程编号：
B070600XJ005课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
天气学原理和方法
教学目的和要求：
本课程是大气科学专业博士、硕士研究生的学科基础课，同时也可作海洋科学、环境科学、地球物理专业研究生选修课。
本课程阐述各种系统之间的相互作用以及它们在全球大气环流中的功能。
它将高等天气学、中尺度气象学和大气环流融合在一起加以讨论。
通过本课的学习使学生掌握近代天气学的原理和方法。
内容提要：
前言（2学时）
1．高等天气学的基本特点；
2．近代天气学的主要进展：
a.天气与气候的密切结合及其对天气预报业务的推动；
b.中尺度天气学（强对流与暴雨）研究的主要成果；
c.天气学理论的发展；
d.数值预报及其相关预报技术的发展，其中包括超短时预报，短期预报，中期预报，特殊天气预报等，新的人机交互系统及可视化系统。
e.科学试验计划实施的推动，尤其是季风试验计划。
3．中国天气学的主要问题：
a.暴雨问题是中国天气学研究和预报的核心问题；
b.其他灾害性天气的研究和预报，尤其是台风的研究和预报；
c.天气预报的主要发展方向。
第一章（8学时）
课程1：
大气环流的基本知识
（一）（2学时）
1.大气环流的平均状况
2.定长波的特征及其在大气环流中的作用；
3.瞬变波的特征及其在大气环流中的作用
课程2：
大气环流的基本知识
（二）:
地气系统的角动量平衡（3学时）
地球上的风系与角动量概念；
角动量平衡方程及其时—空平均形式；
大气中角动量的产生，耗损与输送；
全球角动量的平衡与全球风系的维持。
课程3：
大气环流的基本知识（三）:
地气系统的能量平衡（3学时）
大气中主要的能量形式；
地气系统的辐射收支；
能量收支方程及其应用；
能量的经向输送与平衡；
热带海洋在全球能量收支中的重要性。
第二章（12学时）
课程1：
中纬度天气学系统
（一）：
准地转理论和地转动量近似（3学时）
1．准地转理论和地转动量近似介绍
2．理论的应用
课程2：
中纬度天气学系统
（二）：
锋生与锋面—急流系统（6学时）
1．Sawyer—Eliassen次级环流方程及其应用；
2．高空急流的次级环流及其对天气发展的重要性；
3．高低空急流及高空急流与锋面系统的耦合；
课程3：
中纬度天气系统（三）：
中纬度气旋（3学时）
1．中纬度气旋的分类和基本特征；
2．中纬度气旋的形成和发展的条件；
3．中纬度气旋的动能收支；
4．中纬度气旋的爆发性发展问题。
第三章（9学时）
课程1热带天气和天气系统
（一）（3学时）
1.热带大气的理论分析研究新进展；
2.中低纬的相互作用；
课程2：
热带天气和天气系统
（二）：
；亚洲季风及其对东亚天气的影响（3学时）
1．亚洲季风系统；
2．夏季风爆发的原因和季风的进退；
3．季风区中的低频振荡；
4．季风对东亚天气的影响；
5．南海季风试验及其新结果。
课程3热带天气和天气系统（三）：
台风（3学时）
1．全球的热带气旋分布；
2．台风的形成条件；
3．台风的主要结构特征；
4．台风的形成理论；
5．台风路径概述。
第四章（9学时）
课程1中尺度天气和天气系统
（一）：
理论分析
1．中尺度天气系统的不稳定理论；
2．局地强风暴与中尺度对流系统形成条件；
课程2中尺度天气和天气系统
（二）：
局地强风暴和中尺度对流系统
1．经典局地强风暴模型；
2．局地强风暴与中尺度对流系统形成条件；
3．重力波与对流系统；
4．中尺度的反馈作用。
课程3中尺度天气和天气系统（三）：
暴雨
1．暴雨形成的基本条件；
2．中国暴雨的主要特点和形成条件；
3．中国历史上大暴雨的个例分析；
4．暴雨预报的主要问题。
第五章（6学时）
课程1大尺度地形对大气环流和天气的影响
（一）：
青藏高原的热力与动力作用
1．青藏高原的热力性质；
2．青藏高原的热力作用对风场，湿度场及天气系统（高原高雅，切变线和低涡）的形象；
3．青藏高原的动力作用；
4．高原对背风气旋生成的影响；
课程2大尺度地形对大气环流和天气的影响
（二）：
阻塞高压形成的理论
1．阻塞高压的形成机制；
2．阻塞高压的确定
3．阻塞高压与梅雨的关系；
4．阻塞高压与寒潮的关系；
第六章（6学时）
课程1
1．平流层环流和天气系统的基本特征；
2．平流层与对流层环流的联系；
课程2
1．平流层的暴发性增温；
2．热带平流层的准两年振荡；
第七章天气分析与预报方法（3学时）
撰写人：
丁一汇（国家气候中心）
撰写日期：
－年－月
大纲编号：
S070600XJ006
全球变化科学引论
GlobalChange
课程编号：
S070600XJ006课程属性：
学科基础课学时/学分：
40/2
预修课程：
教学目的和要求：
本课程为大气科学研究生的学科基础课，也可作为地球科学及其它相关学科各专业的研究生的选修课程。
讲授全球变化这一新兴科学领域的研究内容、方法和最新的进展，为他们今后从事交叉领域的科学研究提供基础。
内容提要：
第一章引论
全球变化科学研究的对象、学科性质及其形成和发展的科学和社会背景。
第二章地球系统
地球系统的概念、组成成分及它们的基本性质
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