大气科学（大气物理方向）本科课程教学大纲（2016版）

教务处编印二〇一六年

目 录

大气探测学1大气物理学I11流体力学I14热力学17天气学原理和方法I23大气化学29天气学分析基础32大气气溶胶36云降水物理学40边界层气象学44动力气象学II47卫星气象学Ⅲ51中尺度气象学55雷达气象学58空气污染气象学62理论力学66气象数据分析与可视化70气象数据分析与可视化课程（实验）74云降水物理（实验）77天气学诊断分析80天气学诊断分析（实验）84中国天气I86雷达原理与信号处理92雷达原理与信号处理（实验）96气象卫星资料的多学科应用98气象卫星资料的多学科应用（实验）101中尺度气象模拟103中尺度气象模拟（实验）106气象统计方法Ⅱ108气象统计方法（实验）113典型天气过程分析I115数值天气预报Ⅲ119雷达卫星图像处理123雷达卫星图像处理（实验）126测量技术基础128测量技术基础（实验）130人工影响天气132毕业实习135毕业论文（设计）138专业实践训练141大气探测实习I143边界层气象学实习145临近和短时天气预报实习147天气预报综合实习150

I

大气探测学

Atmospheric Observations

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，实验（含上机）： 0 学时，课外 0 学时

课程性质：必修

开课学期：第3学期

先修课程： 《大气科学概论》

适用专业： 大气科学

教 材：孙学金等，大气探测学，气象出版社，2009。

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

大气探测是指对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行个别或系统的、连续的观测和测定，并对获得的记录进行整理的过程和方法。大气探测学是大气科学专业的重要分支，是研究获取大气物理和化学性质的原理、技术和方法的一门学科。通过这门课的学习，使学生掌握地面和高空各种气象要素的观测原理、方法、仪器结构、使用规范以及探测误差；熟悉我国正在建设的综合气象观测系统的设计方案、总体构成和发展趋势，并使学生了解国内外1990年代以来的主要大气探测技术。本课程主要讲授常规气象站地基（云、能、天、温、压、湿、风、降水、蒸发、积雪、辐射、日照、大气电场、自动气象站）和高空（高空温、压、湿、风）探测技术，并简要介绍气象雷达和卫星观测技术。

三、教学内容和要求

第1章 绪论（2学时）

1.1大气探测的发展史和趋势（1学时）

（1）了解大气探测发展史；

（2）理解大气探测对象和趋势；

（3）掌握大气探测任务和特点；

重点：大气探测任务和特点

难点：大气探测的任务

1.2气象观测工作的组织和“三性”要求（1学时）

（1）了解气象观测的组织形式；

（2）理解气象观测的基本流程及时间；

（3）掌握气象观测的“三性”要求；

重点：观测的“三性”要求

难点：观测的“三性”要求

第2章 云的观测（4学时）

2.1云的分类、特征及形成（2学时）

（1）了解云分类的研究历史；

（2）理解云的分类标准；

（3）掌握云的名称及主要特征；

重点：云的名称和主要特征

难点：云的主要特征

2.2云量的观测（1学时）

（1）了解云量的定义；

（2）理解云量的自动观测；

（3）掌握云量的计算方法；

重点：云量的计算方法和自动观测

难点：云量的计算方法

2.3云高的观测（1学时）

（1）了解云高的定义；

（2）理解云高的三种仪器观测方法；

（3）掌握激光云高仪的探测原理；

重点：云高的三种仪器观测方法

难点：激光云高仪的探测原理

第3章 能见度的观测（2学时）

3.1能见度及其影响因子（0.5学时）

（1）理解能见度的影响因子；

（2）掌握能见度的定义；

重点：气象光学视程、能见度和有效水平能见度的定义；

难点：气象光学视程的理解

3.2能见度的目测（0.5学时）

（1）理解夜间能见度目测方法；

（2）掌握白天能见度目测方法；

重点：白天能见度的定义及计算

难点：白天能见度的观测方法

3.3能见度的仪测（1学时）

（1）掌握透射式能见度仪的探测原理；

（2）掌握散射式能见度仪的探测原理；

重点：基于布格-朗伯定律的能见度探测原理

难点：散射式能见度仪的探测原理

第4章 天气现象的观测（2学时）

4.1天气现象的分类和特征（1学时）

（1）掌握天气现象的定义和符号；

重点：降水现象、视程障碍现象和地面凝结现象；

难点：不同视程障碍现象的区别

4.2天气现象的仪测（0.5学时）

（1）理解降水类型自动识别技术；

（2）理解现在天气现象仪的工作原理；

重点：现在天气现象仪工作原理

难点：降水类型自动识别技术

4.3闪电的测量（0.5学时）

（1）掌握闪电定位的基本原理；

（2）掌握大气电场测量的基本方法

重点：定向法和时差法的基本原理，旋转式静电场仪的工作原理；

难点：定向法和时差法的基本原理

第5章 温度的测量（4学时）

5.1温标及测温要求（0.5学时）

（1）掌握温标的换算；

（2）掌握气象台站测温要求；

重点：温度测量的高度、时间、精度和误差；

难点：温标的换算

5.2温度的仪器测量（2学时）

（1）掌握玻璃液体温度表的测温原理及结构；

（2）掌握金属电阻温度表的测温原理及结构；

（3）掌握半导体热敏电阻的测温原理及结构；

（4）掌握热电偶温度表测温原理及结构；

重点：各种测温元件的工作原理及结构

难点：各种测温元件的误差分析

5.3热滞效应（1学时）

（1）理解热滞效应的原因及热滞系数的含义；

（2）掌握热滞误差的计算；

重点：热滞系数和热滞误差

难点：热滞误差计算

5.4 气温测量的防辐射方法（0.5学时）

（1）理解气温测量中防辐射的重要性

（2）掌握气温测量中防辐射方法和设备

重点：防辐射方法和设备

难点：防辐射设备对气温测量的影响

第6章 湿度的测量（4学时）

6.1湿度参数和测湿方法（0.5学时）

（1）掌握各种湿度参量的定义及相互换算；

（2）理解五种主要测湿方法的基本原理；

重点：混合比、比湿、绝对湿度、水汽压、相对湿度、露（霜）点温度定义；

难点：各种湿度参数之间的相互换算

6.2热力学测湿法（1学时）

（1）掌握干湿表测湿原理及结构；

（2）理解干湿表系数和测湿误差；

重点：干湿表测湿原理和干湿表系数的影响

难点：干湿表测湿误差

6.3吸湿测湿法（1学时）

（1）掌握毛发湿度表测湿原理；

（2）掌握三类电学测湿元件测工作原理；

重点：毛发湿度表、高分子湿敏电容、碳膜湿度片和氯化锂湿度片测湿原理和结构

难点： 电学测湿元件工作原理

6.4 露点和光学测湿法（1学时）

（1）掌握露点仪的测湿原理和结构

（2）理解红外湿度计的测量原理

重点：露点仪和红外湿度计测湿原理

难点：露点仪测湿原理

6.5 测湿仪器的检定（0.5学时）

（1）理解四种湿度检定方法的原理

重点：四种湿度检定方法的原理

难点：四种湿度检定方法的原理

第7章 气压的测量（3学时）

7.1力平衡式测压（1学时）

（1）掌握水银气压表测压原理和结构；

（2）掌握空盒气压表测压原理和结构；

（3）理解水银气压表的读数订正；

重点：水银气压表和空盒气压表测压原理；

难点：动槽和定槽水银气压表的操作和误差

7.2气压传感器（1学时）

（1）掌握振筒气压计的测压原理及结构；

（2）理解硅压阻式气压传感器的测压原理及结构；

（3）理解沸点气压计的测压原理及结构；

重点：振筒气压计的工作原理及结构

难点：振筒气压计的测压计算方法

7.3海平面气压计算和气压表基准（1学时）

（1）掌握海平面气压计算方法；

（2）了解气压表的基准；

重点：海平面气压计算方法

难点：海平面气压计算方法

第8章 地面风的测量（4学时）

8.1风的表示法及其测量方法（1学时）

（1）掌握风向风速的表示法；

（2）理解风的各种测量方法的基本原理；

重点：风速（风级）、风向的定义及记录方法；

难点：平均分风的计算

8.2风向的测量（1学时）

（1）掌握风向标的测风原理及结构；

（2）掌握风向的转换方法及测量误差；

重点：风向标的测风原理及结构

难点：风向的转换方法

8.3风速的测量（2学时）

（1）掌握旋转式、压力式、散热式、声学和光学等风速测量仪器的工作原理；

（2）了解各类风速测量仪器的适用条件及误差；

重点：旋转式、散热式、声学风速测量仪器的工作原理

难点：散热式、声学风速测量仪器的风速计算

第9章 降水、积雪和蒸发的测量（3学时）

9.1降水量的测量（2学时）

（1）掌握降水量、降水强度的定义；

（2）掌握雨量筒、翻斗式、虹吸式、称重式雨量计的工作原理；

（3）理解电学和光学雨量计的工作原理；

（4）理解降水测量中的误差；

重点：雨量筒、翻斗式、虹吸式、称重式雨量计的工作原理

难点：电学和光学雨量计的工作原理

9.2积雪深度的测量（0.5学时）

（1）掌握雪深的人工测量方法；

（2）掌握超声雪深传感器的工作原理；

重点：超声雪深传感器的工作原理

难点：超声雪深传感器的工作原理

9.3蒸发量的测量（0.5学时）

（1）了解蒸发量的测量误差；

（2）掌握蒸发量的定义；

（3）掌握小型蒸发器的测量方法及结构；

（4）掌握E601B型蒸发器的自动测量原理及结构；

重点：小型蒸发器和E601B型蒸发器的测量原理

难点： E601B型蒸发器的测量原理

第10章 辐射能和日照时数的测量（4学时）

10.1辐射能的测量（3学时）

（1）理解辐射基本物理量的定义；

（2）掌握气象辐射观测项目的定义和符号；

（3）掌握热电式辐射传感器的测量原理；

（4）掌握各类气象辐射观测项目的测量仪器结构及其工作原理；

（5）了解各种辐射观测仪器的安装要求；

重点：直接辐射、总辐射、散射辐射、全辐射、净辐射和长波辐射的测量原理

难点：热电式辐射传感器的测量原理

10.2日照时数的测量（1学时）

（1）掌握日照时数的定义；

（2）理解可照时数的定义

（3）掌握暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的结构和工作原理；

（4）了解光电式日照传感器的工作原理；

重点：日照时数的定义，暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的工作原理

难点：暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的工作原理

第11章 自动气象站（3学时）

11.1自动气象站的硬件结构与设计（1学时）

（1）了解自动站外部设备的架构；

（2）理解数据采集器工作原理

（3）掌握自动站气象传感器的工作原理；

重点：自动站气象传感器的工作原理、数据采集器工作原理

难点：自动站气象传感器的工作原理

11.2自动站软件与数据处理（1学时）

（1）了解自动站软件组成；

（2）理解自动站数据质量控制方法；

（3）掌握自动站数据采样和过滤方法；

重点：自动站数据质量控制方法、自动站数据采样和过滤方法

难点：自动站数据采样和过滤方法

11.3边界层探测（1学时）

（1）了解边界层系留探空系统；

（2）理解风廓线雷达和微波辐射计探测原理；

重点：风廓线雷达和微波辐射计探测原理

难点：风廓线雷达和微波辐射计探测原理

第12章 高空风的探测（4学时）

12.1气象气球（1学时）

（1）了解气象气球的类型；

（2）理解气象气球的运动特征；

（3）掌握气球升速的计算方法；

重点：气象气球的运动和升速

难点：气球升速的计算方法

12.2气球位置的确定（1学时）

（1）掌握光学经纬仪的测量原理；

（2）掌握无线电经纬仪的测量原理；

（3）掌握测风雷达的测量原理；

（4）理解GPS的测风原理；

重点：经纬仪、测风雷达和GPS的测风原理

难点：GPS的测风原理

12.3高空风的计算（2学时）

（1）掌握单点测风法和基线测风法；

（2）理解导航测风法；

（3）掌握规定高度风和合成风的计算

重点：单点测风法和基线测风法，规定高度风和合成风的计算

难点：规定高度风和合成风的计算

第13章 高空温压湿的探测（3学时）

13.1无线电探空仪（1学时）

（1）掌握机械式探空仪的组成和测量原理；

（2）掌握数字式探空仪的组成和测量原理；

（3）理解GPS探空仪的测量原理；

重点：机械式和数字式探空仪的组成和测量原理

难点：数字式探空仪的测量原理

13.2高空温压湿的测量（1学时）

（1）了解探测的准备过程；

（2）掌握探测的实施过程；

（3）理解探测记录的处理原理；

重点：高空温压湿探测的全过程

难点：探测记录的处理

13.3探空仪测量的误差和比对（1学时）

（1）了解探空仪的误差水平和来源；

（2）了解探空仪比对的实施方法及数据分析方法；

重点：探空仪的误差和比对实施方法

难点：探空仪比对数据分析方法

第14章 被动式大气遥感（3学时）

14.1电磁波传输基础知识（1学时）

（1）了解电磁波波谱；

（2）理解电磁波在大气中的折射、散射、吸收和衰减；

（3）理解电磁波的多普勒效应；

重点：电磁波在大气中的折射、散射、吸收和衰减

难点：电磁波在大气中的折射和散射原理

14.2天气雷达遥感（1学时）

（1）掌握天气雷达构成和基本工作原理；

（2）理解天气雷达参数和雷达气象方程；

（3）了解雷达探测气象目标特性及多普勒速度谱分析方法；

重点：天气雷达构成、基本原理、雷达参数和雷达气象方程

难点：雷达参数和雷达气象方程

14.3激光雷达、RASS系统和GNSS系统（1学时）

（1）了解激光雷达种类、遥感原理及其气象应用；

（2）了解声雷达和RASS系统遥感原理及其气象应用；

（3）了解GNSS遥感原理及其气象应用；

重点：激光雷达、RASS和GNSS的遥感原理及应用

难点：激光雷达、RASS和GNSS的遥感原理

第15章 主动式大气遥感（3学时）

15.1气象卫星基础知识（1学时）

（1）了解基本辐射量及辐射定律；

（2）了解气象卫星发展历史及主要遥感仪器；

（3）掌握气象卫星轨道及其相关参数；

重点：气象卫星轨道及其相关参数

难点：气象卫星轨道参数和辐射定律

15.2可见光、红外和微波遥感原理（1学时）

（1）了解可见光遥感方程及气象应用；

（2）了解红外遥感方程及气象应用；

（3）了解微波遥感方程及气象应用；

重点：遥感方程及气象应用

难点：遥感方程的理解

15.3气象卫星数据的接收和处理（1学时）

（1）了解极轨和静止卫星资料接收系统；

（2）理解气象卫星资料预处理流程；

（3）了解气象卫星产品的应用；

重点：卫星资料接收系统、资料预处理流程和产品应用

难点：气象卫星资料预处理流程

四、课程考核

（1）作业等：作业： 3 次，课程论文： 0 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

五、参考书目

王振会等，大气探测学，气象出版社，2011.

张文煜等，大气探测原理与方法，气象出版社，2007.

张霭琛等，现代气象探测（第2版），北京大学出版社，2015.

WMO,气象仪器和观测方法指南（第六版），中国气象局网络监测司，2005.

WMO，Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation (seventh edition),2008.

制定人：许潇锋 审定人：刁一伟 批准人：杨军

2016年6月25日定制

大气物理学I　

Atmospheric Physics I

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：大气科学类专业

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. 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

考点：大气演化三个阶段及其特点

2. 大气成分与大气分层（4学时）

（1）理解空气的主要成分；

（2）掌握大气分层的方法，大气垂直结构、特点及大气质量计算方法；

（3）了解大气的主要下垫面海洋的物理特性。

重点：大气的基本特点（干洁大气，湿空气），大气组成的两种分类方法（浓度、停留时间），一些主要气体成分的基本特征，二氧化碳及其气候效应，臭氧的特性、臭氧空洞概念及其形成原因；光化学污染，酸雨，气溶胶的概念、分类方法及其主要作用；按温度划分的大气各层特征，大气上界，臭氧加热原因。

3. 基本气象要素和空气状态方程 （6学时）

（1）掌握温湿变量的表示方法；

（2）掌握状态方程

（3）理解虚温、水汽和大气气溶胶的作用等概念。

重点：温度：温标；湿度：混合比、比湿、水汽压、饱和水汽压（基本特点）、相对湿度、水汽密度、露点/霜点（零度以下两者的差异），湿度参量之间的关系；风：三维风速和风向、极坐标和直角坐标下的风向差别，状态方程：理想气体方程、干/湿空气状态方程（推导和计算），虚温。

难点：露点的概念及其与实际水汽压的关系，克拉柏龙－克劳修斯方程物理意义（图形和规律）。

4. 大气静力学（5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－位势高度公式并能实际应用；

（3）了解标准大气和气压的时空分布；

重点：大气静力学方程推导，气压阶、气压标高和海平面气压，等温大气，多元大气，均质大气压高公式推导及应用；自由对流垂直温度递减率概念，数值范围；标准大气：位势高度概念。

5. 大气热力学基础（16学时）

（1）掌握大气热力学基本定律；

（2）理解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：干绝热过程和湿绝热过程以及两种过程所涉及的主要概念（如假相当位温与相当位温）；焚风（概念和应用）；大气（层结）静力稳定度的概念，气层的不稳定能量，条件性不稳定的类型，相当温度和湿球温度的概念，条件性不稳定的类型，对流性不稳定概念。热力学图解及其在温湿要素求解、热力学过程、大气稳定度分析等方面的应用。

难点：热力学态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，使用热力学图解分析气块越山，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，潜在不稳定类型。

6. 地面和大气中的辐射过程（16学时）

（1）掌握辐射的基本物理量和物理规律；

（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：大气辐射基本物理量及意义，结合辐射基本物理量，了解各类辐射源以及与相关物理量之间的关系，黑体辐射定律、意义及应用，太阳辐射和地球辐射的区别，散射与吸收的概念及其所涉及的一些参变量，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，长波辐射传输特征与长波辐射传输方程，反照率，地－气辐射平衡，地气系统辐射差额，天空亮度和色彩分布的原因。

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。

四、课程考核

（1）作业和报告：作业：2~3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%。

（4）是否使用多媒体：是。

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）《大气辐射导论：第2版》，（美）廖国男著，郭彩丽，周诗健译，气象出版社，2004。

（3）《大气物理学基础》，徐绍祖主编，气象出版社，1993年。

（4）《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

2016年6月25日定制

流体力学I

Fluid Dynamics I

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，实验（含上机）：0学时， 课外：0学时

课程性质：必修

开课学期：第3 学期

先修课程：大学物理、高等数学、线性代数

适用专业：大气科学（大气物理方向）

教 材：陈海山等编著，流体力学，气象出版社，2013；

余志豪等编著，流体力学（第三版），气象出版社，2004。

开课单位：大气科学学院动力气象系

二、课程的教学目标和任务

本课程是大气科学专业本科生的一门学科基础课，是学习“天气学原理”，“动力气象学、“数值天气预报”等专业课必须掌握的一门理论性、方法性较强的课程。该课程包括了一般流体力学的理论基础以及有关地球物理流体力学的部分知识，它是以流体为研究对象，是研究流体运动规律，以及流体与固体之间相互作用规律的一门学科。主要介绍了流体力学的基本概念、流体运动的基本方程、实验流体力学的基本原理和方法、涡旋动力学基础知识、流体波动的基本概念、旋转流体力学的基础知识、湍流的基本概念。通过本课程的学习，要求学生掌握流体力学的基本概念、基本规律和基本方法，培养学生的抽象思维能力，为专业课程的学习和从事科研工作奠定扎实的理论基础。

三、教学内容和要求

第1章 流体力学的基础概念（14学时）

（1）理解流体的物理性质和宏观模型；（2学时）

（2）掌握描述流体运动的两种方法；（4学时）

（3）掌握迹线和流线及其求解方法；（2学时）

（4）掌握速度分解原理，掌握涡度、散度和形变率的概念及其应用；（6学时）

重点：宏观理论模型；描述流体运动两种方法；涡度、散度。

难点：流体的加速度，涡度、散度，形变率。

第2章 流体运动的控制方程（14学时）

（1）了解流体运动的基本方程组和求解；（2学时）

（2）掌握流体的连续方程；（4学时）

（3）掌握流体运动方程的建立；（4学时）

（4）掌握流体运动的能量方程；（4学时）

重点：连续方程；质量力和表面力；纳维-斯托克斯运动方程；能量方程。

难点：表面力；应力张量；能量方程。

第3章 实验流体力学基本原理和方法（8学时）

（1）了解相似判据的概念和确定方法；（2学时）

（2）理解流体力学的模型试验和相似概念；（2学时）

（3）理解量纲分析法和π定理；（2学时）

（4）掌握无量纲方程和特征无量纲数；（2学时）

重点：无量纲方程；特征无量纲数；量纲分析。

难点：相似判据；π定理。

第4章 流体涡旋动力学基础（8学时）

（1）理解有旋无旋运动，掌握速度势函数和流函数；（4学时）

（2）掌握速度环流定理及其应用；（2学时）

（3）掌握涡度方程及其应用；（2学时）

重点：速度势函数和流函数；速度环流定理；涡度方程。

难点：势函数和流函数；皮叶克尼斯定理应用。

第5章 流体波动（8学时）

（1）理解界面波波动方程及其求解；（4学时）

（2）掌握重力表面波方程及其求解；（4学时）

重点：波动的基本概念；重力表面波形成原因。

难点：界面波。

第6章 旋转流体动力学（8学时）

（1）理解普鲁德曼-泰勒定理；（2学时）

（2）掌握旋转参考系中的流体运动方程；（2学时）

（3）掌握旋转流体的无量纲方程和Rossby数；（2学时）

（4）掌握地转流动的概念；（2学时）

重点：旋转流体运动方程；旋转流体的无量纲方程；Rossby数；地转流动。

难点：普鲁德曼-泰勒定理。

第7章 湍流（4学时）

（1）了解湍流半经验理论；（1学时）

（2）理解湍流的基本概念；（1学时）

（3）理解湍流平均运动方程；（2学时）

重点：雷诺数；湍流平均运动方程。

难点：湍流半经验理论。

四、课程考核

（1）作业和报告：作业：16 次，课程论文：0篇

（2）考核方式：闭卷考试

（3）总评成绩计算方式：（平时成绩10%，期中考试成绩20%，期末考试成绩70%综合计算）

五、参考书目

1、张兆顺等编著，流体力学，清华大学出版社，1999；

2、吴望一编著，流体力学，北京大学出版社，1983；

3、王宝瑞编著，流体力学，气象出版社， 1988；

4、余志豪等编著，流体力学习题解，气象出版社， 1988；

5、王振华，流体力学的基本理论，上海大学出版社， 2002；

6、Pijush K.Kundu,et al. Fluid Mechanics Fourth Edition, Elsevier Academic Press, 2010.

制定人：彭丽霞 审定人：李忠贤 批准人：张文君

2016年 2 月 28 日制定

热力学

Thermodynamics

一、课程基本情况

课程类别：公共基础课

课程学分： 3 学分

课程总学时： 48 学时，其中讲课：48 学时，实验（含上机）： 0 学时，课外 0 学时

课程性质：必修

开课学期：第3学期

先修课程：大学数学和大学物理

适用专业：大气科学、大气物理等大气类专业

教 材：热力学与统计物理，高等教育出版社，汪志诚，2013年1月第五版。

开课单位：物理与光电工程学院

二、课程性质、教学目标和任务

本课程是大气科学类各专业的公共基础必修课程，是专业培养的主要课程之一；侧重于理论教学。热力学是研究宏观系统热运动的规律，即研究与热运动有关的宏观系统的物性及其演化。通过本课程的教学，目的在于培养学生理解和掌握宏观系统热运动的基本概念和基本规律及其应用；通过该课程的学习进一步使学生建立分析热力学问题的思路和方法，培养学生分析问题、解决问题、进行创造性思维的能力，为本专业后续大气类专业课程打下良好基础。

三、教学内容和要求

第1章 热力学的基本规律（28学时）

1.1热力学系统的平衡态及其描述（2学时）

（1）了解系统的分类；

（2）理解状态参量和状态函数的定义和类型；

（3）掌握热力学平衡态和简单系统的定义；

重点：热力学平衡态的概念

难点：简单系统定义的运用

1.2 热平衡定律和温度（2学时）

（1）了解理想气体温标；

（2）理解从热平衡定律推导温度定理；

（3）掌握热平衡定律；

重点：热平衡定律

难点：温度定理的证明

1.3 物态方程（2学时）

（1）了解昂尼斯气体物态方程和简单固体和液体的物态方程；

（2）理解理想气体和范氏气体的物态方程的推导；

（3）掌握体胀系数、压强系数、等温压缩系数的定义，理想气体和范氏气体的物态方程；

重点：理想气体和范氏气体的物态方程

难点：简单固体和液体的物态方程的推导

1.4 功（2学时）

（1）了解液体表面功的计算；

（2）理解准静态过程做功的推导、等容和等压过程做功的计算；

（3）掌握准静态过程的定义，准静态过程做功的计算；

重点：准静态过程做功的计算

难点：功的大小在pV图上的几何意义

1.5 热力学第一定律（2学时）

（1）了解热量的定义；

（2）理解内能的微观本质；

（3）掌握热力学第一定律的数学表达式；

重点：热力学第一定律的数学表达式

难点：内能的微观本质

1.6 热容和焓（1学时）

（1）掌握定容热容和定压热容的表达式以及焓的定义；

重点：定容热容和定压热容的表达式以及焓的定义

1.7 理想气体的内能（1学时）

（1）理解焦耳定律的推导；

（2）掌握焦耳定律以及理想气体内能；

重点：焦耳定律

难点：焦耳定律的推导

1.8 理想气体的绝热过程（1学时）

（1）理解理想气体的绝热过程的限制条件的推导；

（2）掌握理想气体的绝热过程的限制条件表达式；

重点：理想气体的绝热过程的限制条件表达式

1.9 理想气体的卡诺循环（2学时）

（1）了解卡诺循环的工作效率和逆卡诺循环的工作系数的定义；

（2）理解卡诺循环的构成；

（3）掌握理想气体的卡诺循环的工作效率的推导；

重点：理想气体的卡诺循环的工作效率的推导

难点：理想气体热循环中做功和热量的计算

1.10热力学第二定律（2学时）

（1）了解热过程的不可逆性；

（2）理解热力学第二定律两种表述等效性的证明；

（3）掌握热力学第二定律的两种表述、可逆过程和不可逆过程的定义；

重点：掌握热力学第二定律的两种表述

难点：热力学第二定律两种表述等效性的证明

1.11卡诺定理（1学时）

（1）理解卡诺定理的证明；

（2）掌握卡诺定理及其推论；

重点：卡诺定理及其推论

难点：卡诺定理的证明

1.12 热力学温标（1学时）

（1）了解热力学温标的推导；

（2）理解热力学温标与理想气体温标的一致性；

（3）掌握热力学温标的概念；

重点：热力学温标的概念

难点：热力学温标的推导

1.13 克劳修斯等式和不等式（2学时）

（1）了解多个热源以及普遍的克劳修斯等式和不等式的推导；

（2）理解两个热源的克劳修斯等式和不等式的推导；

（3）掌握克劳修斯等式和不等式的表达式；

重点：克劳修斯等式和不等式的表达式

难点：多个热源以及普遍的克劳修斯等式和不等式的推导

1.14 熵和热力学基本方程（1学时）

（1）理解熵的性质；

（2）掌握熵的定义和热力学基本微分方程；

重点：熵的定义

1.15 理想气体的熵（1学时）

（1）理解理想气体的熵的计算推导；

（2）掌握理想气体的熵的计算式；

重点：理想气体的熵的计算式

1.16 热力学第二定律的数学表述（2学时）

（1）了解非平衡态熵增加原理的推导、熵和熵增加原理的统计意义；

（2）理解热力学第二定律的数学表述以及平衡态熵增加原理的推导；

（3）掌握热力学第二定律的数学表述、熵增加原理；

重点：热力学第二定律的数学表述

难点：非平衡态熵增加原理的推导

1.17 熵增加原理的简单应用（2学时）

（1）理解熵增加原理的应用；

（2）掌握不同系统熵变的计算；

重点：不同系统熵变的计算

1.18 自由能和吉布斯函数（1学时）

（1）掌握自由能和吉布斯函数的定义以及判据；

重点：自由能和吉布斯函数的定义

第2章 均匀物质的热力学性质（7学时）

2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分（1学时）

（1）掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分表达式；

重点：内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分表达式

2.2麦氏关系的简单应用（1学时）

（1）了解麦氏关系的应用例题；

（3）掌握麦氏关系表达式；

重点：麦氏关系表达式

2.3气体的节流过程和绝热膨胀过程（1学时）

（1）了解节流过程温度变化的依赖条件以及昂尼斯气体的节流过程；

（2）理解节流过程和绝热膨胀过程中温度变化；节流过程和绝热膨胀过程制冷效果比较；

（3）掌握焦汤系数的定义；

重点：焦汤系数的定义

难点：昂尼斯气体的节流过程

2.4基本热力学函数的确定（2学时）

（1）了解特殊条件下基本热力学函数的求解；

（2）理解基本热力学函数的概念；

重点：基本热力学函数的概念

2.5特性函数（1学时）

（1）掌握特性函数的定义以及特性函数的应用；

重点：特性函数的定义以及特性函数的应用

2.6获得低温的方法（1学时）

（1）了解节流过程、磁冷却、激光制冷等方法获得低温；

第3章 单元系相变（9学时数）

3.1热动平衡判据（3学时）

（1）了解均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件的推导

（2）理解熵、自由能、吉布斯函数三种判据；

（3）掌握均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件；

重点：均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件

难点：均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件的推导

3.2开系的热力学基本方程（1学时）

（1）了解巨热力学势；

（2）掌握开系的热力学基本方程；

重点：开系的热力学基本方程

3.3单元系的复相平衡条件（1学时）

（1）了解单元系的复相平衡条件的推导；

（2）掌握单元系的复相平衡条件；

重点：单元系的复相平衡条件

3.4单元复相系得平衡性质（2学时）

（1）理解相图的基本要素以及含义、多相平衡的性质；

（2）掌握克拉珀龙方程及其简单应用；

重点：克拉珀龙方程及其简单应用

难点：多相平衡的性质

3.5液滴的形成（2学时）

（1）了解气相中液滴和液相中气泡的形成条件；

难点：具有表面效应的系统地平衡条件

第4章 多元系的复相平衡和化学平衡 热力学第三定律（4学时）

4.1多元系的热力学函数和热力学方程以及复相平衡条件（1学时）

（1）了解膜平衡；

（2）理解偏摩尔量的含义；

（3）掌握热力学函数、热力学方程和多元系复相平衡条件；

重点：掌握多元系复相平衡条件

4.2了解吉布斯相律的推导；（1学时）

（1）掌握吉布斯相律；

重点：吉布斯相律

难点：运用吉布斯相律计算系统自由度

4.3热力学第三定律（2学时）

（1）了解热力学第三定律的表述以及温度趋近于绝对零度时系统的性质；

四、课程考核

（1）作业等：作业：6 次，课程论文：0 篇；

（2）考核方式：闭卷考试

（3）总评成绩计算方式：（平时成绩20%+期中考试成绩10%+期末考试成绩70%）

五、参考书目

1、马本堃，《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1995年第二版；

2、王竹溪，《热力学》，高等教育出版社，2005年；

3、李椿等，《热学》，高等教育出版社，2008年第二版。

制定人：赖 敏 审定人：赵德林 批准人：陈玉林

2016 年 6 月 26 日 制定

天气学原理和方法I

Principle and Method of Synoptic Meteorology I

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

先修课程：高等数学、大学物理、热力学、流体力学、大气物理、理论力学等

适用专业：大气科学（大气物理方向、大气探测方向）

教 材：朱乾根，林锦瑞、寿绍文、唐东昇编著，天气学原理和方法（第四版），气象出版社，2007年。

开课单位：大气科学学院天气学系

二、课程性质、教学目标和任务

天气学原理和方法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。该课程是大气科学（大气物理方向、大气探测方向）专业本科生的重要专业基础课程和主干课之一，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 “中国天气”、“天气学分析基础”、“典型天气过程分析”等专业课奠定必要的理论基础。

三、教学内容和要求

第1章 大气运动的基本特征（18学时）

1.0 引言(1学时)

（1）了解天气学发展历史，了解参考系概念及分类

（2）掌握两种参照系中 的关系

（3）理解 的含义

重点： 的关系, 的含义

难点： 的关系, 的含义

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

重点：影响大气运动各作用力

难点：惯性离心力和地转偏向力

1.2控制大气运动的基本定律(4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

重点：运动方程，连续方程和热力学能量方程及表达式中各项意义

难点：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

重点：运动方程，连续方程和热力学能量方程的零级和一级简化方程含义

难点：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

1.4“P”坐标系中的基本方程组(2学时)

（1）了解P坐标系概念、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）掌握如何建立P坐标系中基本方程组

重点：P坐标系特点，位势、位势高度概念，P坐标系中基本方程组

难点：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

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、地转偏差的讨论及应用

重点：地转风、梯度风、热成风、地转偏差含义及表达式及其应用

难点：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

重点：气团的概念、形成条件

难点：气团形成条件

2.2锋的概念与锋面的坡度(2学时)

（1）了解并掌握锋、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

重点：锋、锋面、锋线、锋区概念，以密度零级不连续面模拟锋时，锋面坡度公式推导及讨论

难点：地面锋线与高空锋区、高空等压面上高度场三度空间的配置

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）了解以密度一级不连续模拟锋面的锋面坡度公式的意义

重点：锋附近各要素场的特征

难点：锋附近各要素场的特征

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）了解影响锋面要素不明显的因素

（3）掌握锋面分析中，高空测风资料（单站测风图）应用

重点：锋面分析的一般步骤，高空测风资料（单站测风图）应用

难点：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）掌握运动学锋生、锋消公式讨论

（3）了解我国锋生锋消概况

重点：锋生公式的物理意义及定性分析应用

难点：锋生公式定性分析及应用

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

重点：气旋、反气旋的定义和特征

难点：气旋、反气旋的定义和特征

3.2涡度与涡度方程（3学时）

（1）理解涡度、绝对涡度概念；理解 含义

（2）掌握涡度方程的推导，理解各项名称、物理意义并讨论

重点：涡度、绝对涡度的概念，涡度方程的推导及各项物理意义和定性应用

难点：涡度方程有关项的物理解释和定性应用

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方程各项名称和物理意义，并会画图讨论

重点：位势倾向方程、ω方程公式推导及各项的物理意义

难点：位势倾向方程、ω方程各项的物理意义

3.4温带气旋与反气旋（4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

重点：温带气旋发展的动力因子和热力因子；温带气旋的生命史；气旋再生、气旋族、热低压的含义

难点：温带气旋发展的动力因子和热力因子；用地转适应观点解释温带气旋的发展

3.5东亚气旋与反气旋（2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）理解江淮气旋中“倒槽锋生型”、“静止锋波动型”，能画图解释江淮气旋生成过程；（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：北方气旋和南方气旋；蒙古气旋、江淮气旋的温压场特征

难点：蒙古气旋、江淮气旋的温压场特征

第4章 大气环流概况 （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

重点：对流层中低层平均水平环流特征；大气活动中心

难点：对流层中低层平均水平环流特征

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

重点：控制大气环流的基本因子；极锋锋区与副热带锋区的形成及不同点

难点：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

重点：极地环流概况

难点：极地环流概况

4.4热带环流概况（0.5学时）

（1）了解热带环流概况；了解El Nino和沃克环流的含义

重点：热带环流概况；El Nino和沃克环流

难点：热带环流概况

4.5西风带的大型扰动（“中国天气”中讲解）

4.6急流（1学时）

（1）掌握急流的概念

（2）理解急流的基本特点

（3）了解急流的结构特征

重点：急流的基本特点

难点：急流的基本特点

4.7东亚环流基本特征（1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过程特点

重点：我国各季环流概况及主要天气过程特点

难点：我国各季环流概况及主要天气过程特点

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

重点：运动学公式的推导及运用；高空形势预报方程的推导、讨论及应用；地面形势预报方程各项讨论及应用

难点：高空形势预报方程的推导、讨论及应用；地面形势预报方程各项讨论及应用

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：温度的天气学预报方法

难点：温度的天气学预报方法

四、课程考核

（1）作业等：作业： 3 次

（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

五、参考书目

（1）伍荣生，现代天气学原理，高等教育出版社， 1999

（2）寿绍文等，天气学分析（第二版），气象出版社， 2006

（3）钱维宏，天气学，北京大学出版社， 2004

（4）寿绍文等，天气学，气象出版社， 2009

（5）吕美仲等，动力气象学，气象出版社， 2008

（6）陈中一等，天气学分析，气象出版社， 2010

(7) 寿绍文等，现代天气学方法，气象出版社， 2012

（8）姚学祥，天气预报技术与方法，气象出版社，2011

（9）孔玉寿等，现代天气预报技术（第二版），气象出版社， 2005

（10）丁一汇，高等天气学，气象出版社（第二版）， 2005

（11）James R.Holton,An Introduction to Dynamic, Meteorology, Fourth edition, Academic Press, 2004

（12）Toby N.Carlson,Mid-Latitude Weather Systems, American Meteorological Society, 1998

（13) Jonathan E.Martin，Mid-Latitide Atmospheric Dynamics,Wiley Press, 2006

制定人： 王黎娟 审定人：姚素香 批准人：张文君

2016年 7 月 10 日制定

大气化学

Atmospheric Chemistry

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，实验（含上机）： 学时，课外 学时

课程性质：必修

开课学期：第4学期

先修课程： 大气物理

适用专业： 大气物理

教 材：编者，教材名称（版次），出版社，出版年份等。

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

大气化学是大气科学的重要分支学科，也是一门交叉学科。本课程是面向大气物理专业开设的专业必修课。通过本课程的学习，使学生掌握大气化学组成，重要大气组分的源、输送、转化和沉降等汇构成的循环机制。使学生能够了解目前我国大气污染的现状，成因和控制策略，对大气中重要的化学过程有较清楚的认识，如光化学烟雾机制、酸雨成因、南极臭氧洞的成因、大气组分变化对气候变化的影响等问题。

三、教学内容和要求

第一章、地球大气的组成和演化（4学时）

了解大气化学的研究内容、特点和研究方法；

熟悉大气的组成与结构；

掌握大气成分浓度的常用表示方法及其相互转换；

理解停留时间的概念；

了解地球大气的形成和演化。

重点：掌握大气成分浓度的常用表示方法及其相互转换；

第二章、化学动力学和光化学基础 （6学时）

理解化学反应速率和反应级数；

熟悉化学反应速率表示方法；

掌握基元反应、链反应、速度控制步的概念；

掌握大气光化学反应的基本理论和特征。

重点：大气光化学反应的基本理论和特征

难点：复杂反应的反应机理

第三章、对流层大气组成和光化学（10学时）

熟悉对流层化学特征；

熟悉对流层含氮化合物的源汇和化学反应；

熟悉对流层含硫化合物的源汇和化学反应；

熟悉对流层含碳化合物的源汇和化学反应；

掌握OH自由基和HO2自由基的源和汇、理解OH自由基对大气化学过程的贡献；

掌握对流层光化学臭氧反应理论；

掌握煤烟型污染和光化学污染的特征

理解复合型污染的概念和特征

重点：掌握OH自由基和HO2自由基的源和汇、理解OH自由基对大气化学过程的贡献；

难点：复合型污染的概念和特征

第四章、大气气溶胶化学（8学时）

理解大气气溶胶的尺度及其浓度分布；

熟悉大气气溶胶化学组成及与来源的关系；

了解非均相反应的主要机理，掌握摄取系数的概念。

重点：大气气溶胶的尺度及其浓度分布

难点：非均相反应的主要机理，掌握摄取系数的概念

第五章、云雾降水化学（6学时）

掌握溶液的基本性质、气体吸收定律；

熟悉云、雾、降水的化学组成；

了解SO2的液相氧化过程；

了解我国酸雨的特征和控制策略；

重点：我国酸雨的特征和控制策略；

第六章、平流层大气组成和光化学（6学时）

熟悉平流层以臭氧为核心的光化学理论；

熟悉平流层主要物种族及其循环；

了解臭氧层的耗损；

理解南极“臭氧洞”现象及其成因；

重点：平流层以臭氧为核心的光化学理论；

第七章、大气化学与全球气候变化（2学时）

了解温室气体和气候变化；

了解大气气溶胶和气候变化；

了解我国对气候变化问题的应对策略。

重点：大气气溶胶和气候变化

第八章、大气成分的循环（2学时）

了解大气中碳、氮、硫的循环；

了解大气污染物的输送机制；

了解大气污染物的干沉降；

了解大气污染物的湿清除。

四、课程考核

（1）作业等：作业： 3次，期中考试：1次；

（2）考核方式：闭卷考试

（3）总评成绩计算方式：（平时成绩20%、期中考试成绩30%和期末考试成绩50%综合计算）

五、参考书目

唐孝炎，大气环境化学，高等教育出版社，2006年

制定人：张泽锋 审定人： 朱彬 批准人：杨军

2016年6月25日定制

天气学分析基础

Essentials of Synoptic Analysis

一、课程基本情况

课程总学时： 32

实验总学时： 32

学　　分：2

开课学期：第4学期

课程性质：必修

对应理论课程：天气学分析基础

适用专业：大气科学（大气物理方向）、大气科学（大气探测方向）

教 材：天气学分析基础，气象出版社，唐卫亚等编著，2016,6。

开课单位： 大气科学学院 学院 天气学 系

二、实验课程的教学目标与任务

本课程是和《天气学原理》同时开设的一门学科基础必修课程，是大气科学（大气物理、大气探测）及相关专业主要课程之一。该课程理论与实践相结合，侧重于理论的应用、基本技能的训练及思考与分析问题等综合能力的培养。在教学中理论结合实践，应用天气学原理中所学理论知识解释天气图中的现象，以培养学生动手能力为指导思想，在课堂上精讲多练，进行天气分析基本技能的训练。通过本课程的学习，可使天气学原理中的理论知识、天气系统的空间结构及天气分析的原则得到加深理解和巩固；学生应掌握天气图分析方法和各项技术规定与要求；基本具备天气系统及锋面分析的能力；能较快、较准确分析高空天气图、地面天气图及部分辅助图表。

三、实验课程的内容和要求

序号

项目名称

所需学时

内 容 提 要

项目要求

实验类型

必开

选开

试验一

等压线初步分析1

2

(1)了解地面天气图的概念；

(2)理解等值线的绘制原则；

(3)掌握地面天气图填写符号及等压线绘制技术规定。

√

验证

试验二

等压线初步分析2

2

（1）了解锋面附近气压场特征、风压关系在天气分析中的应用；

（2）理解各分析项目的目的与意义、理解等压线分析原则；

（3）掌握等压线分析技术规定。

√

验证

试验三

等压线初步分析3

2

（1）了解地图比例尺；

（2）理解地图投影；

（3）掌握等压线绘制方法和技术规定。

√

验证

试验四

等压线初步分析4

2

（1）了解三小时变压的含义；

（2）理解三小时变压的应用；

（3）掌握等三小时变压线、等压线的绘制方法和技术规定。

试验三

验证

试验五

气压场、变压场及天气区的初步分析

2

（1）了解天气系统与天气现象的关系；

（2）理解各分析项目的目的与意义、气压场的基本形势；

（3）掌握等变压线分析技术规定、天气区、等三小时变压线的技术规定。

√

综合

试验六

等压面初步分析1

2

（1）了解天气系统结构特征；

（2）理解等高（温）线分析的目的及意义、理解等值线及等高压线分析原则；

（3）掌握高空天气图填写符号的识别；掌握等高线分析技术规定、等温线分析技术规定。

√

验证

试验七

等压面初步分析2

2

（1）了解天气系统垂直结构特征；

（2）理解槽线、切变线分析的目的及意义；

（3）掌握槽线、切变线分析的方法。

√

验证

试验八

等压面初步分析3

2

（1）了解湿度平流的目的和意义；

（2）理解温度平流的目的意义；

（3）掌握温度平流分析的方法。

√

验证

试验9

锋面初步分析1

2

（1）了解锋面附近的天气现象；

（2）理解锋面的基本特征；

（3）掌握利用地面天气图确定锋面的方法。

√

验证

试验九

锋面初步分析2

2

（1）了解锋面附近的天气现象；

（2）理解锋面分析的意义；

（3）掌握不同类型锋面附近要素场（包括温度、露点、气压、风、变压、变温、云和降水）特征。

√

验证

试验十

锋面初步分析3

2

（1）了解锋面附的天气现象；

（2）理解锋面分析的意义；

（3）掌握确定不同类型锋面的方法和应用。

√

验证

试验十一

锋面综合分析1

2

（1）了解系统的垂直结构；

（2）理解高空槽脊对地面系统的影响；

（3）掌握和巩固高空天气图的绘制、槽线的确定。

√

验证

试验十二

锋面综合分析2

2

（1）了解锋区的基本概念；

（2）理解锋区及锋区上的冷暖平流；

（3）掌握和巩固高空天气图的绘制、槽线、切变线的确定。

√

验证

试验十三

锋面综合分析3

2

（1）了解锋区的基本概念；

（2）理解锋区与地面锋的配置；

（3）掌握和巩固高空天气图的绘制、槽线、切变线的确定，掌握利用高空锋区确定地面锋的方法。

√

验证

试验十四

锋面综合分析4

2

（1）了解锋面附近的天气现象；

（2）理解天气系统演变的历史连贯性；

（3）掌握复杂情况下地面要素确定锋面的分析方法。

√

验证

试验十五

锋面综合分析5

2

（1）了解锋面附近的天气现象；

（2）理解天气系统演变的历史连贯性；

（3）掌握运动学方法在锋面确定中的作用。

√

验证

试验十六

锋面综合分析6

2

（1）了解锋面附近的天气现象；

（2）理解天气系统演变的历史连贯性；

（3）掌握利用历史连贯性、高低空配置、单站高空风图等进行锋面综合分析的方法。

√

综合/设计

四、课程考核

（1）实验实习报告的撰写要求：根据每堂课的学习内容和课程要求完成天气图的绘制及规定项目的分析。天气图的绘制及分析要求课堂内基本完成、原则性错误不超过2-3个。

（2）实验实习报告：15次；

（3）考核及成绩计算方式： 闭卷考试。平时成绩30%，期末考试成绩70%

五、参考书目

1、天气学分析基本方法，气象出版社，寿绍文,刘兴中,王善华,侯定臣编著，1993，第一版

2、天气学原理与方法，气象出版社，朱乾根 林锦瑞 寿绍文 唐东升编著，2007年,第四版

制定人：唐卫亚、姚素香 审定人：祁莉 批准人：张文君

2016年 7 月 10 日制定

大气气溶胶

Atmospheric Aerosols

1、 课程基本情况

课程类别：专业主干课

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、大气物理学。

适用专业：大气科学、环境科学

教 材：John H. Seinfeld and Spyros Pandis, Atmospheric Chemistry and Physics: From Air pollution to Climate Change, 2nd Edition, 2006, John Wiley & Sons Inc.

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

《大气气溶胶》课程是培养大气科学和大气环境领域学生的专业主干课，课程内容与当前全球面临的气候变化与环境问题密切相关，该课程涉及到的气溶胶基础知识、研究方法以及基本理论为深入研究气候效应和环境问题奠定基础，课程相关知识还广泛应用在军事、卫生、工业和农业等领域。

大气气溶胶课程主要侧重理论学习，使学生能够从动力学、光学等多种理论基础上理解气溶胶在大气中的主要物理特性和物理过程，并在以上内容基础上能理解气溶胶测量和分析方法，培养学生开展大气气溶胶方面工作的综合能力。通过本课程的学习，要求学生能全面掌握气溶胶基本概念、分类、尺度谱、主要形成机制等基础知识，并且能够从动力学理论出发，理解Brown运动、Stokes定律、Brown运动碰并、切变、重力沉降等内容，熟悉气溶胶粒子的一般动力学方程，理解干沉降和湿沉降过程，并在大气气溶胶消光原理基础上，理解气溶胶对辐射传输过程的影响，进而在辐射强迫和气候效应概念基础上，熟悉气溶胶辐射强迫特征，最后从测量分析方法上，要求学生掌握气溶胶浓度、光学特性以及化学成分测量分析的基本方法。

三、课程教学基本内容

1．绪论（2学时）

（1）掌握大气气溶胶概念；

（2）理解大气气溶胶研究意义；

（4）了解大气气溶胶的研究历史和研究方法。

重点：大气气溶胶基本概念和研究意义。

难点：大气气溶胶定义。

2.大气气溶胶基础知识（4学时）

（1）掌握大气气溶胶的尺度、分类和浓度的表示方法，利用气溶胶谱观测资料画图；

（2）熟悉三模态气溶胶数浓度分布特征、常用的几类谱分布函数；

（3）理解气溶胶粒子谱分布特征参量；

（4）了解谱分布函数应用现状。

重点：气溶胶分类、气溶胶粒子谱。

难点：气溶胶三模态分布特征、粒子谱统计量计算。

3．大气气溶胶的来源与化学特征（4学时）

（1）掌握大气气溶胶粒子的主要形成机制、几种常用的源解析方法；

（2）熟悉大气气溶胶的主要化学组成特征；

（4）理解不同来源气溶胶尺度分布特征；

（3）了解全球气溶胶产生率。

重点：气溶胶主要形成机制、化学组成特征。

难点：地表起尘、海盐气溶胶产生机制。

4．单个气溶胶粒子动力学（4学时）

（1）掌握平均自由程、Stokes定律和重力沉降等概念；

（2）理解Brown运动和相关概念（扩散、迁移）；

（3）了解外力场单粒子运动。

重点：Stokes阻力公式、重力沉降过程、Brown扩散。

难点：弛豫时间、沉降末速、停止距离、Brown扩散概念。

5．气溶胶粒子群动力学（4学时）

（1）掌握Brown运动碰并、层流切变和湍流中的聚合、重力沉降聚合；

（2）熟悉气溶胶粒子一般动力学方程；

（3）了解外力场对粒子聚合的作用。

重点：聚合方程、一般动力学方程。

难点：聚合方程在不同聚合过程中应用。

6．对流层气溶胶及其移除过程（4学时）

（1）掌握干湿沉降过程、气溶胶标高、沉降速度概念；

（2）熟悉不同类型气溶胶垂直分布特征、干湿沉降速度测量方法、干湿沉降清除效率因子；

（3）理解干沉降阻力模型、云内清除和云下清除过程；

（4）了解大气气溶胶时间分布特征。

重点：干沉降过程和湿沉降过程。

难点：干沉降速度测量方法、湿清除效率因子。

7.平流层气溶胶（2课时）

（1）掌握平流层气溶胶基本特征；

（2）熟悉火山气溶胶主要成分、极地平流层云形成过程；

（3）理解平流层气溶胶与对流层气溶胶特征差异；

（4）了解全球平流层气溶胶研究进展。

重点：火山气溶胶分布特征、极地平流层形成过程。

难点：平流层气溶胶与对流层气溶胶特征差异。

8．大气气溶胶的光学特性（8学时）

（1）掌握大气气溶胶的消光原理和相关表征参量（消光系数、单次散射反照率、相函数等）；

（2）熟悉大、小尺度粒子的散射特征，大气能见度与消光系数的关系；

（3）理解气溶胶对辐射传输过程的影响及其参数化。

（4）了解全球和区域气溶胶光学特征。

重点：气溶胶光学特征参量、辐射传输方程。

难点：非球形粒子散射。

8．大气气溶胶的气候效应（4学时）

（1）掌握大气气溶胶辐射强迫基本概念及分类；

（2）熟悉气溶胶直接辐射强迫过程；

（3）理解对流层和平流层辐射强迫效应；

（4）了解云的辐射强迫。

重点：气溶胶辐射强迫概念。

难点：第一间接辐射强迫、第二间接辐射强迫概念。

9．大气气溶胶的测量和分析（12学时）

（1）掌握气溶胶浓度、光学特性以及化学成分测量分析的常用方法；

（2）熟悉气溶胶空气动力学和光学测量原理；

（3）理解气溶胶遥感探测技术；

（4）了解全球大气气溶胶遥感探测资料及相关产品。

重点：气溶胶浓度、光学特性测量技术。

难点：气溶胶动力学和光学测量技术原理。

四、课程考核

（1）作业和报告：作业：3-6次；报告：1次

（2）考核方式：闭卷考试

（3）总评成绩计算方式：平时成绩：20%、期中考试成绩占30%，期末考试成绩占70%。

（4）是否使用多媒体：是

五、参考教材

1、章澄昌、周文贤编著，大气气溶胶教程，气象出版社； 1995；

2、图梅著，王明星、王庚辰等译，大气气溶胶，科学出版社，1984；

3、William C. Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles, 2nd Edition, 1999, Wiley-Interscience.

4、Pramod Kulkarni, Paul A. Baron, and Klaus Willeke. Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications, 3rd Edition, 2011, Wiley.

制定人：邱玉珺 审定人：刁一伟 批准人：杨军

2016年6月25日定制

云降水物理学

Cloud Physics

一、课程基本情况

课程类别：专业主干课

课程学分：3学分

课程总学时：48学时，其中讲课：44学时；复习：2学时；测验：2学时

课程性质：必修

开课学期：第5学期

先修课程：热力学、大气物理学、大气探测学

适用专业：大气科学

教 材：云降水物理学（“十一五”国家级规划教材），气象出版社，杨军、陈宝君、银燕等编著，2011年。

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

云、雾、降水物理过程是大气水循环的核心组成部分，是地球大气的热量、水份和动量平衡的关键因素，它不仅影响到局地的和短期的天气过程，也影响到大气环流和全球气候的变化。此外，云和降水还会影响大气污染、大气雷电和电磁辐射的传播。

本课程以大气热力学和大气动力学为基础，研究大气中水分在各阶段所经历的物理过程，即研究云、雾和降水和形成、发展和消散的物理规律，是大气科学中最为重要的分支学科之一，是雷达气象学、天气导变、强风暴等物理气象学的核心，与《云动力学》、《云降水物理实验》等课程相配合，共同构筑专业知识结构的核心框架。

课程教学目标是使学生掌握云雾降水过程形成的基本原理，培养学生从物理本质出发分析和解决大气科学问题的能力。

三、教学内容和要求

1、绪论（3学时）

（1）掌握学科性质；微观云物理学与云动力学的联系；

（2）理解研究方法体系；

（3）了解学科的发展历史；

重点：学科性质；微观云物理学与云动力学的联系；云降水物理学与人工影响天气的关系

2、水的热力学性质（3学时）

（1）掌握表面张力、饱和水汽压及其影响因子；柯拉方程及其意义；

（2）理解水汽、液水、冰的分子结构特征及相变的微观解释；冰晶效应及其在云物理学中的意义；

（3）了解晶体缺陷；多相平衡的理论分析方法；

重点：表面张力能和饱和水汽压及其影响因子；Clausius-Clapeyron方程；Kelvin方程；Köhler方程；Bergeron效应（Bergeron过程、冰晶效应）

难点：Köhler方程的物理意义

3、云雾形成的宏观条件（2学时）

（1）掌握湿空气达到饱和的途径；含水量及其随高度的变化规律；

（2）理解大气主要降温机制；

（3）了解大气水循环过程的基本特征、水汽含量变化的原理；

重点：湿空气达到饱和的途径；大气降温过程与云雾形成的关系；含水量、绝热含水量的概念及其垂直分布规律

4、云雾的宏观特征（4学时）

（1）掌握积状云和层状云的宏观特征、辐射雾与平流雾的特征差异；

（2）理解云过程时间尺度；积云形成的热泡理论；辐射雾的物理机制；

（3）了解全球云雾降水的时空分布特征；卷云的宏观特征；地形对云系发展的影响；

重点：云过程时间尺度；全球云降水分布；积云形成的热泡理论；辐射雾的物理机制；气团雷暴、积云一般特征

难点：积云形成的热泡理论

5、云降水微观特征（4学时）

（1）掌握云降水粒子谱分布数据处理方法及微物理特征量的计算；

（2）理解云中湿度特征；温度与水成物相态的关系；云雾降水粒子的尺度分布；下落末速度；云的胶体稳定性；冰雹的分层结构；

（3）了解冰相云降水粒子的微物理特征；

重点：云雾降水粒子的典型尺度谱分布；Stokes定律推导；云的胶体稳定性；冰雹的分层结构

难点：云降水粒子谱分布数据处理方法及微物理特征量的计算

6、云的核化理论（4学时）

（1）掌握核化的概念；可溶性核上的凝结核化过程；

（2）理解云凝结核和大气冰核的性质和特点；冰核起核化作用的条件；

（3）理解同质核化的基本性质；同质冻结核化和异质冻结核化的差异；

（4）了解相变热力学基本原理；离子和不可溶粒子表面凝结核化的基本特点；

重点：可溶性核上的凝结核化过程；云凝结核和大气冰核的性质和特点、冰核起核化作用的条件

难点：相变热力学原理

7、水滴与冰晶的扩散增长（4学时）

（1）掌握球形滴表面的水汽扩散方程、热扩散方程、Maxwell方程；扩散系数、热传导率；扩散增长基本规律；潜热对冰晶效应的影响；

（2）理解单滴凝结增长方程的推导及应用；云滴群凝结增长过程基本规律；

（3）了解冰晶凝华增长处理方法；冰晶的形状与温度和湿度的关系；

重点：球形水滴表面的水汽扩散方程、热扩散方程、Maxwell方程、扩散增长基本规律；潜热对冰晶效应的影响；云滴群凝结增长过程基本规律

难点：单滴凝结增长方程的推导及应用

8、液相降水形成理论（4学时）

（1）掌握碰撞效率概念及规律；雨滴繁生机制；连续碰并增长方程的推导及应用；

（3）理解凝结增长与碰并增长的共同作用过程；凝结增长过渡到碰并增长的可能机制；

（4）了解随机和准随机碰并增长模型；

重点：碰撞效率概念及规律；连续碰并增长；雨滴繁生机制

难点：连续碰并增长方程的推导及应用；凝结增长过渡到碰并增长的可能机制

9、冰相降水形成理论（4学时）

（1）掌握冰相降水的主要形成机制；冰质粒繁生机制；冰质粒的融化；

（2）理解连续碰并增长方程对冰相粒子碰并增长过程的应用；成云致雨的微物理过程；

（3）了解冰相粒子的碰撞特性；

重点：冰相降水的主要形成机制；冰质粒繁生机制；成云致雨的微物理过程

难点：冰质粒的融化

10、冰雹微物理学（4学时）

（1）掌握气团雷暴的结构与生命史；干增长和湿增长的概念和判据；

（2）理解冰雹增长微物理过程；冰雹云流场结构对在冰雹形成过程中的作用；

（4）了解雹胚与云体温度的关系；

重点：干增长和湿增长及其判据；冰雹云流场结构对在冰雹形成过程中的作用

难点：冰雹增长微物理过程

11、降水过程与结构特征（4学时）

（1）掌握“播种云—供应云”降水机制；温带气旋云系及其雨带的结构；

（2）理解降水形成的简化理论；

（3）了解热带气旋的云系结构特征；雨带形成机制；

重点：“播种云—供应云”降水机制；温带气旋云系及其雨带的结构

难点：降水形成理论

12、云物理实验与探测技术（4学时）

（1）掌握绝热膨胀、扩散、混合实现过饱和的原理；云室、风洞特点；各类云物理探测原理；

（2）了解常用云室、风洞；机载探测；

重点：绝热膨胀、扩散、混合实现过饱和的原理

四、课程考核

（1）作业等：作业：10次；

（2）考核方式：闭卷考试

（3）总评成绩计算方式：平时成绩（课堂+作业）、期中考试成绩和期末考试成绩综合计算

五、参考书目

1.微观云物理学，气象出版社；王鹏飞、李子华编著，1989；

2.云物理简明教程，气象出版社；罗杰斯著，周文贤、章澄昌译，1983；

3.云物理学，科学出版社；梅森(Mason), 1978；

4. Thermodynamics, kinetics, and microphysics of clouds. Cambridge University Press; V. I. Khvorostyanov, and J. A. Curry, 2014;

5. Physics and dynamics of clouds and precipitation. Cambridge University Press, P. K. Wang, 2013.

6. Physics and chemistry of clouds. Cambridge University Press, D. Lamb and J. Verlinde, 2011。

7. Storm and cloud dynamics: the dynamics of clouds and precipitating mesoscale systems. Academic Press; W. R. Cotton, G. H. Bryan, and S. C. Van den Heever, 2011, 2nd.

8.Microphysics of Clouds and Precipitation. Kluwer Academic Publishers，H. Pruppacher and J. Klett, 2004，2rd；

制定人：杨军 审定人：刁一伟 批准人：银燕

2016年6月25日定制

边界层气象学

Boundary Layer Meteorology

一、课程基本情况

课程类别：（专业主干课）

课程学分： 2 学分

课程总学时：32学时，其中讲课： 32学时，实验（含上机）： 学时，课外 学时

课程性质：必修

开课学期：第5学期

先修课程：高等数学、大学物理、大气物理学、流体力学、

适用专业：大气物理、大气科学、应用气象

教 材：编者，教材名称（版次），出版社，出版年份等。（无）

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

“大气边界层”（Atmospheric Boundary Layer）是受下垫面强迫作用最剧烈，存在各种尺度的湍流，湍流输送作用起着重要作用并导致气象要素有显著日变化。大气边界层虽然很薄，典型厚度从百米到一两公里，时间尺度小于24h，但它在地球各个圈层相互作用中却扮演了十分重要的角色。本课程是大气科学方向、大气物理学与大气环境方向、应用气象方向的专业主干课，其目的是使学生掌握大气边界层中各种物理变化过程，以及这门学科与天气学、气候学、环境学、农业气象学之间内在联系。

课程学习要求学生掌握气象要素的铅直分布规律及其变化特征，了解大气湍流微结构特征，掌握研究大气边界层的相似理论和半经验理论的方法与技术，使学生具有参加边界层理论研究与观测研究的初步能力。课程中的主要内容（a）湍流的基本特征，湍流的运动规律，如何去计算湍流。（b）湍流与边界层内气象要素之间的关系。（c）大气边界层内各气象要素的分布特征及日变化规律。（d）下垫面强迫对湍流的影响，以及对气象要素的影响。

三、教学内容和要求

第一章 边界层气象学研究的对象、意义、方法及进展（2学时）

（1）掌握大气边界层定义及基本特征

（2）理解本门课程的研究对象、研究方法、研究意义，以及相关可拓展领域

重点：大气边界层的定义，主要研究内容，主要研究方法

难点：和自由大气的区别在哪里？

第二章 大气边界层湍流基础 （4学时）

（1）掌握平均场与湍流场的基本概念及主要特征

（2）理解湍流特征量及基本统计学方法

（3）了解大气湍流谱的基本构成

（4）掌握大气湍流通量意义与输送特征

（5）理解大气湍流动能的基本概念及物理意义

重点：湍流的定义，湍流研究方法

难点：建立湍流运动三维概念模型

第三章 大气边界层结构 （4学时）

（1）了解大气边界层的垂直分布结构

（2）掌握不同稳定度条件下，边界层结构的变化

（3）掌握下垫面对边界层结构影响的主要原因

重点：大气边界层的垂直分层

难点：下垫面对边界层结构的影响过程

第四章 大气边界层支配方程 （6学时）

（1） 理解大气运动尺度的概念及Boussinesq 近似的物理意义

（2）掌握雷诺平均运动方程组的简化形式、通量梯度关系和湍流粘性应力等基本概念

（3）理解从基本方程出发到平均量方程、方差预报方程、湍流能量方程及湍流通量预报方程的推导过程

（4）掌握平均量方程、湍流能量方程中各项的物理意义及变化特征

（5）理解湍流能量的产生、变化及消亡的影响因子及物理过程

（6）掌握湍流能量与稳定度参数的定义，阈值等关系

（7）了解湍流闭合理论

重点：大气边界层内的运动控制方程

难点：大气边界层与自由大气控制方程的差异

第五章 定常条件下的大气边界层 （4学时）

（1）掌握近地层相似理论，掌握风速对数律和指数律、风、温、湿的对数加线性律，

M—O长度和Ri等稳定度参数，量纲分析法

（2）理解全边界层相似理论

（3）理解半经验理论在边界层研究中的应用

（4）了解大气边界层中湍流谱特征、谱相似的原理

重点：相似理论在大气边界层中的应用

难点：对流边界层和稳定边界层的相似关系，谱相似的适用条件

第六章 非定常条件下的边界层气象学（4学时）

（1）掌握非定常条件下边界层温、压、湿、风变化一般特征

（2）掌握地表强迫引起的非定常变化

（3）掌握对流边界层和稳定边界层中气象要素的变化特征

重点：对流边界层和稳定边界层中大气运动的主要特征及差异

难点：不同稳定度条件下大气边界层中气象要素分布特征差异是如何导致的

第七章 非均一下垫面的大气边界层（4学时）

（1）了解非均匀下垫面的分类及属性

（2）了解山地环流、海陆环流、湖陆环流对边界层大气运动的影响

（3）了解地形起伏对边界层大气运动规律的影响

（4）了解城市大气边界层的主要特征

重点：非均一下垫面的强迫作用

难点：各种不同下垫面对大气强迫过程的差异

第八章 大气边界层的数值模拟研究（4学时）

（1）了解数值模式对大气边界层的模拟

（2）了解数值模式的种类

（3）了解数值模拟过程中的湍流闭合技术

（4）了解大气边界层模拟在天气、气候、空气污染预报中的应用

重点：数值模式如何刻画边界层内的大气运动规律

难点：湍流计算过程中如何闭合

四、课程考核

（1）作业等：作业： 2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20%，期末考试成绩80%

五、参考书目

（1）R-B.Stull, 边界层气象学导论，气象出版社，1991

（2）李宗恺等编著，空气污染气象学�