云降水物理学及其数值模拟

课程编码：180083070601P2001H 英文名称：Cloud Physics and Simulations 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：孙继明

本课程为大气科学类研究生的学科基础课。本课程从热力学和大气动力学的角度陈述云的微物理演变过程，并应用数学的方法描述大气中气相，液相以及冰相之间的微物理转换过程。从而使大气科学类的研究生能更加深入地理解和掌握云滴、冰晶和雨滴形成的有关理论，及其目前国际云微物理学界最新的研究进展；并且进一步了解云降水过程在积云模式、中尺度模式以及气候模式中的描述方法。

热力学、高等数学

第一章 介绍云降水物理及数值模拟的主要内容 3.0学时 孙继明
第1节 介绍云降水物理及数值模拟的主要内容
第二章 Thermodynamics of Dry Air 3.0学时 孙继明
第1节 Thermodynamics of Dry Air
第三章 Water Vapor and its Thermodynamic Effects 3.0学时 孙继明
第1节 Water Vapor and its Thermodynamic Effects
第四章 Parcel Buoyancy and Atmospheric Stability 6.0学时 孙继明
第1节 Parcel Buoyancy and Atmospheric Stability
第五章 Mixing and convection 3.0学时 孙继明
第1节 Mixing and convection
第六章 observed properties of clouds 3.0学时 孙继明
第1节 observed properties of clouds
第七章 Formation of cloud droplets 6.0学时 孙继明
第1节 Formation of cloud droplets
第八章 Droplet growth by condensation 3.0学时 孙继明
第1节 Droplet growth by condensation
第九章 期中考试 3.0学时 孙继明
第1节 期中考试
第十章 Initiation of Rain in Nonfreezing Clouds 3.0学时 孙继明
第1节 Initiation of Rain in Nonfreezing Clouds
第十一章 Cumulus cloud dynamics 3.0学时 孙继明
第1节 Cumulus cloud dynamics
第十二章 Formation and Growth of ice crystals 3.0学时 孙继明
第1节 Formation and Growth of ice crystals
第十三章 Rain and Snow 3.0学时 孙继明
第1节 Rain and Snow
第十四章 Precipitation Processes 3.0学时 孙继明
第1节 Precipitation Processes
第十五章 Severe Storms and Hail 3.0学时 孙继明
第1节 Severe Storms and Hail
第十六章 Numerical Simulations 3.0学时 孙继明
第1节 Numerical Simulations
第十七章 Newly Developed Multiparameter Bulk Cloud Schemes 3.0学时 孙继明
第1节 Newly Developed Multiparameter Bulk Cloud Schemes
第十八章 期末考试 3.0学时 孙继明
第1节 期末考试

孙继明教育经历

学士， 1986-1990，南京气象学院，气象系天气动力专业
硕士， 1999-2002，南京气象学院，大气物理及大气环境系
博士， 2003-2008，加拿大麦吉尔大学，大气科学和海洋系
　 工作经历 　

2011-09--今 中国科学院大气物理研究所 研究员
2010-01--2011-08 美国夏威夷大学 博士后
2008-11--2009-12 加拿大环境部气象中心 博士后
1992-08--1999-08 宁夏气象科学研究所 工程师，高级工程师
1990-07--1992-07 宁夏同心县气象局 天气预报员
　　学术成就

　　1.完善了积云生成的微物理学和动力学机制

　　 积云云滴谱的拓宽是云降水物理学一个长期没有解决的难题。经典的气块理论和湍流挟卷理论无法解释积云中心滴谱的拓宽现象。为此，指出了经典气块理论的缺陷，提出了积云生成的一个新的理论：积云的生成是浮力和气压扰动梯度力同时发生作用的结果，在积云的发展阶段，大气连续性的特征要求积云云顶上部的空气必须在气压扰动梯度力的作用下绝热抬升，这种绝热膨胀冷却过程必然导致云顶边界层饱和而生成新的云滴。在积云的发展阶段，积云云顶和云底同时生成云滴，积云云顶边界层存在凝结过程的这一理论打破了长期以来认为的云顶边界只存在蒸发过程的观念。
　　2.解释了暖积云冰晶的繁生现象
　　浅对流暖积云的冰晶繁生现象是困扰云雾物理学家多年的未解之谜，问题的焦点在于如何快速形成大的冰粒子，从而借助Hallett-Mossop机制解释在10分钟之内冰晶的浓度从可探测到的每升小于1个迅速增加到每升大于100个。为此，提出了在积云的发展阶段，积云内部存在一个向上移动的雨滴高浓度带，过冷雨滴经过极个别的生物冰核活化后形成的原始冻滴，在-3℃与-8℃之间和云滴碰撞后会生成小的冰晶粒子，冰晶粒子进一步被高浓度的雨滴捕捉，形成大量的次生冻滴，云滴粒子和冻滴连续不断地碰撞从而导致了冰晶粒子在很短时间内的爆发。
　　学术任职
　　《Advanced Atmospheric Sciences》编委
　　《大气科学》编委
　　现任中国气象学会大气物理学会委员会委员