数值天气预报
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课程评价
spContent=数值天气预报课程是气象科学的一门专业课,主要介绍数值天气预报的基础知识、基本原理和基本方法。通过学习,使学生系统地理解数值天气预报的基本原理;切实地掌握制作数值天气预报的方法;初步具备设计数值天气预报模式的能力;为从事数值天气预报业务、数值预报产品释用、数值模拟研究等打下基础。
—— 课程团队
课程概述

课程内容及面向对象

《数值天气预报》课程依托我校全国排名第一的大气科学学科,2006年被评为国家级精品课程2013年获国家精品资源共享课立项建设,2016年被认定为第一批“国家级精品资源共享课”2017年被确定为江苏省级在线开放课程。主要内容:大气运动基本方程、地图投影坐标系中的方程组、数值计算方案、正压原始方程模式、斜压原始方程模式、初边界条件及物理过程参数化、中尺度数值模式及应用等。主要面向全国大气科学及相关专业的高校师生,及相关从业人员。

课程特色改革:

1、充实教学内容,构建与业务和科研紧密联系的知识体系

紧密联系气象业务实践,在注重理论教学的同时,充实大量紧贴科研业务的教学内容。具体地,除了基本的数值天气预报原理和方法,简单的数值天气预报模式外,还增加了大量反映本领域最新科技成果的内容,介绍了当前业务和科研中应用广泛的各类复杂数值模式,为学习者开展模式研究奠定了基础。

2、教学视频系统全面,充分利用多种辅助教学手段

视频教学内容、授课PPT内容与教学大纲完全一致,包含了课程所有知识点,并确保知识点之间衔接流畅,以便各类学习者均可流畅学习;设置了大量丰富的随堂测验和课后作业,帮助学习者加深对知识点的理解和掌握。

3、教学团队经验丰富,实施专题负责制

参与视频教学的教师均为教学经验丰富的一线教师,教学特色鲜明,通俗易懂,注重知识点的联系与拓展,易于学生理解掌握;为确保知识学习的连贯性,本课程在视频录制时特别采用了一名教师讲解一个章节的方式,取得良好效果。

4、强化学习研讨环节,构建活跃的线上和线下讨论区

进一步延伸学习过程,充分发挥课后讨论的作用,通过线上和线下讨论活动巩固知识学习。要求团队教师随时上网与学生展开讨论,答疑解惑。对于校内学习者,增加了课堂讨论部分,通过提问和分组讨论的方式加深对知识点的理解,显著提升了学生的学习效率和学习兴趣,同时也拓宽了学生的知识面。

5、打造适用于校外学习者的高水平自主学习平台

  本课程作为全国唯一的《数值天气预报》在线课程,已做到线上线下学习内容完全一致,校外学习者可以得到与在校生几乎相同的学习体验。


 


授课目标

由于数值天气预报水平是衡量世界各国气象业务现代化水平的标准,所以该课程已成为气象学专业最重要的专业课程之一,且该课程在教学中能反映国内外数值天气预报理论研究和业务应用的最新进展。故本课程以全国与气象专业有关的高校教师和学生为服务主体,同时面向相关从业人员开放。

课程大纲

引言

数值天气预报引言

第1单元 大气运动基本方程组及垂直坐标变换

1.1 旋转参考系中的大气运动方程组

1.2 球坐标、局地直角坐标和p坐标系的大气运动方程组

1.3 SIGMA坐标系的大气运动方程组

1.4 数值模式的分类

大气运动方程组及垂直坐标变换单元测验

大气运动方程组及垂直坐标变换单元作业

第2单元 地图投影坐标系中的大气运动方程组

2.1 地图投影的基本知识

2.2 正交曲线坐标系的大气运动方程组

2.3 地图投影坐标系中的大气运动方程组

地图投影坐标系中的大气运动方程组单元测验

地图投影坐标系中的大气运动方程组单元作业

第3单元  数值计算方案

3.1 差分方法和差分格式

3.2 差分格式的基本性质

3.3 时间积分方法和积分格式

3.4 有限差分格式的误差分析

3.5 非线性计算稳定性

数值计算方案单元测验

数值计算方案单元作业

第4单元 正压原始方程模式

4.1 正压原始方程模式引言

4.2 正压原始方程组

4.3 正压原始方程组的积分性质

4.4 正压原始方程组的线性计算稳定性

4.5 正压原始方程组的空间差分格式

4.6 空间平滑和滤波

4.7 正压原始方程组的时间积分格式

4.8 正压原始方程模式的数值求解方法

正压原始方程模式单元测验

正压原始方程模式单元作业

第5单元 斜压原始方程模式

5.1 斜压原始方程模式引言

5.2 斜压原始方程组及其积分性质

5.3 斜压原始方程模式的空间(垂直)差分格式

5.4 斜压原始方程模式的数值解法及模拟试验

斜压原始方程模式单元测验

第6单元 初边条件及物理过程参数化

6.1 数值模式中的初始化

6.2 数值模式的水平侧边界条件

6.3 物理过程参数化

6.4 资料同化理论及应用

初边条件及物理过程参数化单元测验

第7单元 中小尺度数值模式

7.1 中小尺度数值模式简介

7.2 WRF中小尺度模式及其特点

7.3 WRF模式组成结构及其操作流程

预备知识

    本课程先修课程包括高等数学、普通物理学、计算方法、Fortran程序设计、流体力学、天气学原理和动力气象。

证书要求

本课程考试分为单元测验、单元作业、课程讨论和期末考试,单元测验有6次,成绩占总评分数的30%,单元作业有4次,成绩占总评分数的20%,课程讨论占总评分数的20%,期末考试只有一次,占30%

 暂无证书,等运行两三期,成型运行正常后,再证书收费。


参考资料

参考书目:

书目名称

作者

出版社

出版时间

  数值天气预报的数学物理基础

  曾庆存

  科学出版社

1979

  数值天气预报原理及其应用

  廖洞贤、王两铭编著

  气象出版社

1986

  数值天气预报

  张玉玲、吴辉碇、王晓林编著

  科学出版社

1986

  数值天气预报

  哈廷纳

  科学出版社

1975

数值天气预报教程

田永祥、沈桐立、葛孝贞、陆维松编著

气象出版社

1995

大气科学中的数值方法

葛孝贞编著

南京大学出版社

1994

计算方法引论

徐萃薇编

高等教育出版社

1999

 

 

参考文章: 

文章名称

作者

出版社

出版时间

 面向21世纪的中国气象数值预报

 陈德辉,薛纪善等

气象出版社

 2001

 数值天气预报中的若干新技术

 廖洞贤等

气象出版社

 1995

 Interaction of a cunlus cloud   ensemble with the large-scale   environment.Part I

 Arakawa A,Schubert W H

 J.Atomos Sci

 1974

 Further studies of the   parameterization of the influence of   cumulus convection on large-scale flow

Kuo H L

 J.Atomos Sci

 1974

 中尺度数值模式的资料同化系统

 陈子通,沈桐立等

 南京气象学院学报

 1998

 


常见问题