大纲编号：S070600X002 高等大气动力学 Advanced Atmospheric Dynamics 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 学和大气动力学的 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木理论和方法，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： 第一本 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 位祸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 第五意 大气遥相关及波动的球面传播 第 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2OB0及其动力理论 第九章 热带大气低频振荡及其机理 第十章 大气扰动的稳定性理论 大气个别扰动的演变特征 第十二章 非线性动力学及其在大气环流中的应用 第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.Pedlosky J.Geographysical fluid dynamics.New York:Springer,1987. 6
6 大纲编号：S070600XJ002 高等大气动力学 Advanced Atmospheric Dynamics 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 2 QBO 及其动力理论 第九章 热带大气低频振荡及其机理 第十章 大气扰动的稳定性理论 第十一章 大气个别扰动的演变特征 第十二章 非线性动力学及其在大气环流中的应用 1 第十三章 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. Pedlosky J. Geographysical fluid dynamics. New York: Springer, 1987
4.Gill A.E.Atmosphere-ocean dynamics.New York:Academic Press.1982 5.Vallis G.K.Aimospheric and oceanic fluid dynamics fundamentals and large-scal circulation.Cambridge:Cambridge University Press,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
7 4. Gill A. E. Atmosphere-ocean dynamics. New York: Academic Press, 1982. 5. Vallis G. K. Atmospheric and oceanic fluid dynamics: fundamentals and large-scale circulation. Cambridge: Cambridge University Press, 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 Introduction to Computational Geophysical Fluid Dynamics 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。 课程主要介绍大气海洋问题数值模拟 (预报)所用计算方法 本情况， 及重点介绍 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 荷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Von Neumann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。 8
8 大纲编号：S070600XJ003 计算地球流体力学概论 Introduction to Computational Geophysical Fluid Dynamics 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 Von Neumann 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
9 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：B070600X004 计算地球流体力学 Computational Geophysical Fluid Dynamics 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，掌捉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 定性分析方》 范数法（能量法），福氏法(Von Neumann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。 第大章经济差分格式 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，LaD-og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， 产生计不稳定的机理 时论， 克服计算 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。 第十章量守恒型差分格式 10
10 大纲编号：B070600XJ004 计算地球流体力学 Computational Geophysical Fluid Dynamics 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（Von Neumann 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。 第十章 量守恒型差分格式