課程資訊

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課程基本資訊

項目 內容
課程名稱 大氣動力學一
開課學期 114-2
授課對象 地球系統科學學程
理學院院學士學位
大氣科學系
授課教師 吳俊傑
課號 AtmSci3001
課程辨識碼 209 30110
班次
學分 3
全/半年 半年
必/選修 選修
上課時間 星期一 1,2(8:10~10:00)星期三 1,2(8:10~10:00)
上課地點 大氣B105
備註 週一單週上課。

 

課程大綱

項目 內容
課程概述 ★★★ 上課時間:每週一、三 08:30 – 10:00 AM ★★★ (★以此上課時間為準★) ★第一次上課時間為 115/02/23 (一) 08:30 – 10:00 AM 上課地點:B105教室 0. Overview 1. Introduction – The atmospheric continuum, physical dimensions and units, scale analysis, the fundamental forces, non-inertial reference frames and apparent forces, and structure of the static atmosphere. 2. The basic conservation laws – Total differential, the vertical form of the momentum equation in rotating coordinates, the component equations in spherical coordinates, scale analysis of the equation of motion, the continuity equation, the thermodynamic energy equation, thermodynamics of the dry atmosphere. 3. Elementary application of the basic equations – The basic equation in isobaric coordinates, balanced flow, trajectories, streamlines, streamfunction, the thermal wind, vertical motion, and surface pressure tendency. 4. Circulation and vorticity – The circulation theorem, vorticity, potential vorticity, the vorticity equation, the barotropic (Rossby) potential vorticity equation, the baroclinic (Ertel) potential vorticity equation. 6. Synoptic-scale motions I: Quasi-geostrophic analysis – The observed structure of extratropical circulations, the quasi-geostrophic approximation, quasi-geostrophic prediction, diagnosis of vertical motion, idealised model of a baroclinic disturbance. 8. The planetary boundary layer – Atmospheric turbulence, turbulent kinetic energy, planetary boundary layer momentum equations, secondary circulations and spin-down.
課程目標 課程開始時,先簡介大氣動力學的綱要,進而教授大氣之基本概念-單位,因次化,尺度分析及標準大氣之架構。繼之介紹基本守恆定律,大氣之基本方程及應用,環流、渦度之概念以及邊界層之理論;並將所學之概念應用於綜觀尺度天氣。
課程要求 作業請按照規定時間繳交。遲交予抄襲的作業將不予批改/計分。
預期每週課前或/與課後學習時數 課前 2 – 3 小時 / 每週 課後 3 – 5 小時 / 每週
參考書目  General Meteorology: a) Wallace, J. M., and P. V. Hobbs, 2006: Atmospheric Sciences: An Introductory Survey. 2nd Ed., Academic Press, 483 pp. b) Riegel, C. A., and A. F. C. Bridger, 1992: Fundamentals of atmospheric dynamics and thermodynamics. World Scientific, 496 pp.  Geophysical Fluid Dynamics: a) Kundu P. K., and Cohen I. M. 2008: Fluid Mechanics. Academic Press, 872 pp. b) Cushman-Roisin B., 1994: Introduction to Geophysical Fluid Dynamics. Prentice Hall, 320 pp.
指定閱讀  Holton, J. R. and G. J. Hakim, 2012: An Introduction to Dynamic Meteorology. 5th. Ed., Academic Press, 552 pp.

 

課程進度

週次 日期 單元主題
第1週 02/23 Class Overview Chap. 1 – A brief introduction to primitive eq. & external force
第1週 02/25 (1) Chap. 1 – Apparent force (Centrifugal force & Coriolis force) (2) Chap. 1 – Momentum eq., Hydrostatic balance & Hypsometric eq.
第2週 03/02 Chap. 1 – Geopotential height & pressure coordinate
第2週 03/04 Chap. 2 – Eulerian coordinate vs. Lagrangian coordinate
第3週 03/09 Chap. 2 – Scale analysis, Rossby number & Geostrophic wind
第3週 03/11 Chap. 2 – Hydrostatic approximation & the magnitude of Rossby number
第4週 03/16 (1) Chap. 2 – Continuity eq. (2) Chap. 2 – Thermodynamic energy eq.
第4週 03/18 (1) Chap. 2 – Stability (2) Review of Ch1 & Ch2
第5週 03/23 (1) Chap. 3 – Primitive eq. on isobar coordinate (2) Chap. 3 – Natural coordinate (geostrophic flow, inertial flow, & cyclostrophic flow) (3) 03/27(Fri) Ch1 & Ch2 homework due
第5週 03/25 (1) Chap. 3 – Natural coordinate (geostrophic flow, inertial flow, & cyclostrophic flow) (2) Python class 1 (TA, Lunch Time [12:20 - 13:10])
第6週 03/30 Mid-term exam Q&A
第6週 04/01 (1) Mid-term exam I (Ch1 & Ch2) (2) 04/03 (Fri) Ch1 & Ch2 Python exercises due
第7週 04/06 No class (Tomb-Sweeping Festival)
第7週 04/08 Chap. 3 – Gradient wind, Trajectories & Streamlines, Streamfunction (ψ)
第8週 04/13 Chap. 3 – Thermal wind, vertical motion, and surface pressure tendency
第8週 04/15 (2) Chap. 4 – Circulation & Vorticity
第9週 04/20 No class
第9週 04/22 Chap. 4 – Sea breeze & Vorticity in natural coordinates
第10週 04/27 Chap. 4 – Vorticity eq. & Divergence eq.
第10週 04/29 (1) Chap. 4 –Vorticity eq. & Divergence eq./Potential vorticity (2) 05/01 (Fri) Ch3 & Ch4 homework due
第11週 05/04 (1) Chap. 4 – Potential vorticity & Lee side trough (2) Review of Ch3 & Ch4
第11週 05/06 Mid-term exam II (Ch3 & Ch4)
第12週 05/11 (1) Chap. 6 – Quasi-geostrophic approximation (2) Python class 2 (TA, Lunch Time [12:20 - 13:10])
第12週 05/13 (1) Chap. 6 – Quasi-geostrophic approximation (2) Chap. 6 – Quasi-geostrophic vorticity eq. & β-plane approximation
第13週 05/18 (1) Chap. 6 – Quasi-geostrophic vorticity eq. & β-plane approximation (2) Chap. 6 – Tendency eq. & Omega eq.
第13週 05/20 Chap. 6 – Tendency eq. & Omega eq.
第14週 05/25 (1) Chap. 8 – Properties of BL & Boussinesq approximation (2) Chap. 8 – Reynolds averaging
第14週 05/27 (1) Chap. 8 – PBL momentum eq. & Bulk aerodynamic formula (2) Python class 3 (TA, Lunch Time [12:20 - 13:10])
第15週 06/01 Chap. 8 – Ekman Layer
第15週 06/03 Chap. 8 – Ekman pumping
第16週 06/08 (1) Chap. 8 – Secondary circulations and spin-down effect (2) Review of Ch6 & Ch8 (3) Review of the overall class
第16週 06/10 (1) Final exam (Ch6 & Ch8) (2) 06/10 (Wed) Ch6 & Ch8 homework due (3) 06/12 (Fri) Ch6 & Ch8 Python exercises due

 

補課資訊

編號 補課日期 補課開始時間 補課結束時間 補課地點或方式

 

成績評量方式

編號 項目 百分比 說明
1 作業 20% 含手寫作業與程式作業,兩者皆分三次繳交 第一次作業範圍: Ch1 & Ch2 (手寫作業:5%;Python程式作業:2%) 第二次作業範圍: Ch3 & Ch4 (手寫作業:5%;Python程式作業:2%) 第三次作業範圍: Ch6 & Ch8 (手寫作業:5%;Python程式作業:1%)
2 期中考 (一) 25% 範圍: Ch1 & Ch2
3 期中考 (二) 25% 範圍: Ch3 & Ch4
4 期末考 30% 範圍: Ch6 & Ch8

 

針對學生困難提供學生調整方式

調整方式
上課形式 以錄影輔助
作業繳交形式 學生與授課老師協議改以其他形式呈現
考試形式
其他 由師生雙方議定

 

面談時間

編號 星期 開始時間 結束時間
1 13:20 15:10
備註 地點:大氣科學系 C403 颱風動力研究室 At Department Building C403, or by appointment.