大气边界层物理  070602M05002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:胡非,程雪玲
授课时间: 星期一,第2、3、4 节
授课地点: 教二楼327
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070602M05002H 课时: 40 学分: 2.50
课程属性: 专业普及课 主讲教师:胡非,程雪玲 助教:郄秀书
英文名称: Atmospheric Boundary Layer Physics 召集人:

教学目的、要求

本课程是大气科学各专业博士、硕士研究生的学科基础课,同时可作大气化学、大气环境、海洋科学与工程科学等专业的研究生选修课。
	大气边界层是指离地面1~2公里范围的大气层最底下的一个薄层,它是大气与下垫面直接发生相互作用的层次,它与天气、气候以及大气环境研究有非常密切的关系。由于人类的生命和工程活动绝大多数都是发生在这一层次内,所以大气边界层的研究又与工业、农业、军事、交通、以及城市规划和生态环境保护等紧密相关。大气边界层物理主要是研究发生在大气边界层中的各种动力和物理过程。
本课程针对不同学科背景交叉的研究生,重点介绍大气边界层物理最基本的内容,包括大气边界层的特征,描述大气边界层的主要数学物理工具,大气湍流理论,大气边界层的半经验相似理论、数值模拟、大气污染扩散以及大气边界层探测的原理和方法等。
	     通过本课程学习,希望能够使研究生掌握大气边界层物理的基本概念、基本理论以及基本的数值模拟和观测实验方法,为将来从事天气、气候、空气污染、环境工程、生态环境等研究工作打下基础。

预修课程

大气物理学、流体力学

教 材

Stull, R. B.(杨长新 译):《边界层气象学导论》,气象出版社, 1991.
( An Introduction to Boundary Layer Meterology,  
 Kluwer Academic Publishers, 1988)

主要内容

   第一章  导论
大气边界层的基本特征,湍流现象,近地面层,稳定边界层,对流边界层,大气边界层研究的历史回顾,大气边界层研究的重要意义广阔应用领域等
第二章 湍流结构
若干基本概念,湍流发生机理,湍流统计理论,均匀各向同性湍流理论,湍流标度律,湍流的混沌与分形理论,非线性时间序列分析等
    第三章  控制方程
纳维-斯托克斯方程,雷诺平均,湍流能量平衡方程,应力和通量,湍流“不封闭问题”,一阶闭合,高阶闭合,大涡模拟和直接数值模拟等 
    第四章  相似理论
相似性原理,稳定度参数,莫宁-奥布霍夫长度,近地层相似理论,全边界层相似理论,局地相似理论,湍流参数化,边界层参数化等
第五章 数值模拟
一般概念,非均匀边界层,陆面过程,中小尺度模拟、微尺度模拟(CFD)
第六章 大气扩散
大气扩散的统计理论,K-理论模式,高斯与非高斯模式,蒙特卡罗方法,大气污染预报,大气污染优化控制理论等
第七章 观测实验
      一般原理,风、温、湿传感器,观测平台(汽艇、铁塔、飞机、船舶),地
基遥感探测,边界层综合观测实验介绍,质量控制和大数据分析等 

参考文献

周秀骥等,高等大气物理学,气象出版社,1991;胡非,湍流、间歇性与大气边界层,科学出版社,1995