地球流体动力学

课程编码：070701M04002H 英文名称：Geophysical Fluid Dynamics 课时：60 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：段晚锁等

本课程是面向物理海洋学、大气科学等专业开设的专业核心课程。主要围绕地球流体运动的不稳定性，讨论地球流体大尺度运动的一般规律和动力学机制。该课程的特点在于理论模型的构建和不稳定性理论体系的数理推演。该课程可为从事海洋和大气动力学机理、数值模拟，以及数值预报预测研究的研究生提供地球流体动力学基础。

高等数学、场论、数学物理方法、流体力学、动力气象学、物理海洋学

第一章 引言 1学时 段晚锁
第1节 引言
第二章 动力学基础 9学时 段晚锁
第1节 流体运动的基本方程组和边界条件
第2节 能量方程和涡度、散度
第3节 海洋运动近似
第4节 大气运动近似
第5节 地球旋转特性
第三章 正压和涡旋动力学 8学时 段晚锁
第1节 正压方程组
第2节 涡旋运动
第3节 正压不稳定和惯性不稳定
第4节 涡流相互作用
第5节 涡度粘性和扩散
第6节 涡街和二维湍流
第四章 旋转浅水模式和波动动力学 12学时 段晚锁
第1节 旋转浅水方程组
第2节 线性波动：重力惯性波和边界Kelvin波
第3节 地转适应
第4节 重力波趋陡
第5节 Stokes漂流和质量输送
第6节 准地转运动
第7节 Rossby波及其传播和反射特征
第五章 斜压和急流动力学 7学时 段晚锁
第1节 分层准地转模式：2层模式和N层模式
第2节 斜压不稳定
第3节 湍流斜压纬向急流
第4节 经向翻转环流和质量平衡
第5节 Rossby波辐射
第六章 边界层和风生环流动力学 7学时 段晚锁
第1节 行星边界层运动方程
第2节 大气和海洋Ekman层的运动
第3节 旋转衰减和湍流Ekman层
第4节 风生环流的Severdrup解
第5节 西向强化理论和湍流斜压风生环流
第七章 非线性地球流体动力学 16学时 孙国栋
第1节 动力系统基本概念、流体运动的非线性不稳定性，模式参数变化导致的平衡态分叉等
第2节 流体运动的敏感性分析，包括初值敏感性和参数敏感性
第3节 最优扰动方法及其在大气、海洋动力学研究中的应用
第4节 大气、海洋的可预报性、目标观测与集合预报简介等

段晚锁，中国科学院大气物理研究所，研究员（二级；中科院特聘研究员；国科大岗位教授），博士生导师，全国百篇优秀博士论文，及国家杰出青年科学基金获得者。兼任SCI杂志"Nonlinear Processes in Geophysics", "Advance in Atmospheric Sciences" , 以及Journal of Marine Science and Engneering杂志编委、核心期刊《大气科学》常务编委，以及国际动力气象学委员会（ICDM）、世界气候研究计划（WCRP）中国委员会、国际气象和大气科学协会（IAMAS）中国委员会委员等。目前的研究方向为：海气相互作用，以及台风、厄尔尼诺、印度洋偶极子等高影响天气、气候事件和海洋中尺度涡的可预报性、目标观测、资料同化和集合预报等。
孙国栋，中国科学院大气物理研究所，研究员（国科大岗位教授），博士生导师，中国科学院青年创新促进会会员、中国科学院大气物理研究所青年实验室成员。目前的研究方向为：陆气相互作用及其可预报性研究。