地球流体动力学
课程编码：280214070701P2001H
英文名称：Geophysical Fluid Dynamics
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业核心课
主讲教师：段晚锁等
教学目的要求
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。
预修课程
高等数学、海洋科学概论、物理海洋学概论、计算机程序设计、线性代数、概率论与数理统计等
大纲内容
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 大气涡街和二维湍流
第四章 旋转浅水模式和波动力学 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Kelvin波
第3节 地转适应
第4节 重力波坡度
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 风生大洋环流的Severdrup解
第5节 西向强化理论及其在真实洋流中的应用
第6节 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
参考书
1、
Fundamentals of Geophysical fluid dynamics
J. C. McWilliams
2006年7月
Cambridge University Press
2、
Geophysical Fluid Dynamics
Pedlosky J.
1987年1月
Springer
课程教师信息
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,（曾）兼任"SCIENCE CHINA Earth Sciences" , "Nonlinear Processes in Geophysics", "Advance in Atmospheric Sciences"等杂志的编委，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：海气相互作用动力学，高影响天气气候事件可预报性动力学、目标观测、资料同化和集合预报等。孙国栋：男，1980年出生，研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。2008年毕业于中国科学院大气物理研究所地球流体力学专业，获得理学博士学位。2020年起任中科院大气物理研究所研究员。现担任IAMAS-CNC青年工作组成员。主要从事青藏高原、干旱半干旱区等陆面过程的可预报性及陆气相互作用的研究，主持多项国家自然科学基金面上项目，参加青藏高原第二次科考项目。目前以第一作者或通讯作者发表学术论文40余篇。