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《大气流体力学》教学大纲 一、课程性质、地位和作用 大气流体力学是大气科学专业一门重要的专业基础课，属核心必修课。设置本课程的目 的是为该专业的学生提供必要的专业预备知识，特别是应用动力学观点研究地球流体运动问 题的基本方法，为学习后续课程(如动力气象学、数值天气预报等) 奠定必要的理论基础。 二、课程教学对象、目的和要求 该课程适用于大气科学专业全日制普通本科学生，通过本课程的学习，要求学生牢固掌 握以下内容： 描写流体运动的基本方法和物理量， 流体运动方程组， 不同坐标系中的大气运 动方程组，尺度分析方法和方程组的简化， 量纲分析方法及应用， 基本的大气运动方程的变 形方程。 教学基本要求： (1) 教学方法：课堂讲授＋课堂提问＋课后答疑(包括 Email 答 疑 )； (2)教学手段：板书及计算机投影 ；(3)英语、计算机要求：了解专业名词的英文称谓， 能用计算机程序设计语言或数学工具软件解答计算性问题。 三、课程的相关课程及其关系 本课程的先修课： 多元微积分、常微分方程、矢量分析与场论、大学物理(主要是力学 部分)、大气物理学。本课程的后续课：动力气象学、数值天气预报、动力气象学提高。 本课程与其它课程的联系与分工：传统“动力气象学”中的大气运动方程组、坐标系、 尺 度分析与方程组简化、大气运动方程变形内容在本课程中讲授； 其它传统“动力气象学”的内 容仍在“动力气象学”中讲授。 四、课程内容及学时分配 总学时： 56 学时 第一章 流体力学基础 (10 学时) § 1.流体的物理性质和宏观模型(了解) §2.流体速度与加速度，Lagrange 法和 Euler 法(掌握) §3.迹线和流线(掌握) §4.涡度、散度、环流和形变率(理解) §5.速度势函数和流函数(掌握) 重、难点：描述流体运动的基本方法及物理量。 第二章 流体运动方程组 (8 学时) § 1.连续方程(掌握) §2.作用于流体上的力(理解) §3.流体运动方程及其简化形式(掌握) §4.能量方程(了解) §5.Naver-Stokes 方程的简单解(掌握) 重、难点：流体的三大守恒定律，作用在流体上的力， Naver-Stokes 方程。 第三章 大气运动坐标系与方程组 (12 学时) § 1.作用于大气上的力，惯性坐标系运动方程(掌握) §2.视示力， 旋转坐标系运动方程(掌握) §3.连续方程和热力学方程(理解) §4.球坐标系大气方程组简介(了解) §5.局地直角坐标系的大气方程组(掌握) §6.坐标变换,P 坐标系的大气方程组(理解) 重、难点:作用在大气上的力，局地直角坐标系中的大气方程组,坐标转换公式,P 坐标系中的 大气方程组。 第四章 尺度分析与方程组的简化 (8 学时) § 1.尺度概念,大气运动的分类(了解) §2.大气方程组的尺度分析(掌握) §3.大气方程组的简化(掌握) §4.常见的特征无量纲数(理解) 重、难点:尺度分析法及应用,大尺度大气运动的基本特征,常用的特征无量纲数及物理意义。 第五章 量纲分析与Π定理 (6 学时) § 1.相似概念与相似判据(了解) §2.量纲分析，Π定理(掌握) §3.Π定理的应用(掌握) 重、难点: 量纲分析，Π定理及其应用 第六章 大气运动方程的变形(12 学时) § 1.环流定理(掌握) §2.涡度方程及其简化形式(掌握) §3.位势涡度, 位涡守恒原理(掌握) §4.散度方程(了解) 重、难点: 铅直涡度方程,位涡概念,绝对环流守恒、绝对涡度守恒和位涡守恒的条件及应用。 五、实践环节的要求 本科课程无单独的实践环节，课程重点在于理论知识的讲授。 六、作业(习题) 要求 通过布置作业加深对基本概念的理解，练习用动力学观点分析和处理流体及大气问题的 基本方法，掌握地球流体力学的基本原理和主要分析结论。作业量： 共计 55 题左右， 其中 第一章 14 题， 第二章 7 题， 第三章 8 题， 第四章 9 题， 第五章 6 题， 第六章 11 题。 七、考核 考试环节：课堂测验＋期末考试，考试形式为闭卷， AB 两套试题随机抽取 1 套，内 容涵盖教学大纲所要求的各章内容， 题型以名称解释、判断是非、填空、问答、计算、证明 、 推导为主。成绩＝平时成绩(课堂考勤、作业、测验)×20％＋期末考试成绩×80％。 试题库采 用本院李国平二次开发的“大气流体力学试题库管理及试卷生成系统”。教案采用自编的电子 教案，其中含调用及自己开发设计的 CAI 课件。 八、教材与主要参考书 1、教材 《流体力学(修订版)》，余志豪等，气象出版社，1994 《大气动力学》(上)，刘式适、刘式达，北京大学出版社，1991 《新编动力气象学》，李国平，气象出版社，2006 2、主要参考书