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【大學教育課程】 > 自然學科 > 地理|環境|地質|能源 |
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| 課程名稱: 數值天氣預報 |
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| 課程編號： |
MS_5513 |
系列: |
(大學)國家級課程 |
授課學校： |
南京信息工程大學 |
授時: |
全 60 講 |
| 授課語言： |
中文 |
光碟版: |
2 片教程光碟(mp4檔) |
| 其他說明： |
.......... |
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| 簡 介： |
數值天氣預報課程是氣象科學的一門專業課，主要介紹數值天氣預報的基礎知識、基本原理和基本方法。通過學習，使學生系統地理解數值天氣預報的基本原理；切實地掌握製作數值.......... |
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| 光碟版： |
NT$ 750 元
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數值天氣預報課程是氣象科學的一門專業課，主要介紹數值天氣預報的基礎知識、基本原理和基本方法。通過學習，使學生系統地理解數值天氣預報的基本原理；切實地掌握製作數值天氣預報的方法；初步具備設計數值天氣預報模式的能力；為從事數值天氣預報業務、數值預報產品釋用、數值模擬研究等打下基礎。 |
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—— 課程團隊 |
課程概述
課程內容及面向對像：
《數值天氣預報》課程依托我校全國排名第一的大氣科學學科，2006年被評為國家級精品課程，2013年獲國家精品資源共享課立項建設，2016年被認定為第一批「國家級精品資源共享課」；2017年被確定為江蘇省級在線開放課程；2018年被確定為國家級在線開放課程。主要內容：大氣運動基本方程、地圖投影坐標系中的方程組、數值計算方案、正壓原始方程模式、斜壓原始方程模式、初邊界條件及物理過程參數化、中尺度數值模式及應用等。主要面向全國大氣科學及相關專業的高校師生，及相關從業人員。
課程特色改革：
1、充實教學內容，構建與業務和科研緊密聯繫的知識體系
緊密聯繫氣象業務實踐，在注重理論教學的同時，充實大量緊貼科研業務的教學內容。具體地，除了基本的數值天氣預報原理和方法，簡單的數值天氣預報模式外，還增加了大量反映本領域最新科技成果的內容，介紹了當前業務和科研中應用廣泛的各類複雜數值模式，為學習者開展模式研究奠定了基礎。
2、教學視頻系統全面，充分利用多種輔助教學手段
視頻教學內容、授課PPT內容與教學大綱完全一致，包含了課程所有知識點，並確保知識點之間銜接流暢，以便各類學習者均可流暢學習；設置了大量豐富的隨堂測驗和課後作業，幫助學習者加深對知識點的理解和掌握。
3、教學團隊經驗豐富，實施專題負責制
參與視頻教學的教師均為教學經驗豐富的一線教師，教學特色鮮明，通俗易懂，注重知識點的聯繫與拓展，易於學生理解掌握；為確保知識學習的連貫性，本課程在視頻錄製時特別採用了一名教師講解一個章節的方式，取得良好效果。
授課目標
由於數值天氣預報水平是衡量世界各國氣象業務現代化水平的標準，所以該課程已成為氣象學專業最重要的專業課程之一，且該課程在教學中能反映國內外數值天氣預報理論研究和業務應用的最新進展。故本課程以全國與氣象專業有關的高校教師和學生為服務主體，同時面向相關從業人員開放。
課程大綱
第一單元 引言
瞭解數值天氣預報的發展背景及其在當前天氣預報中的重要作用。
課時
1.1 數值天氣預報引言
第二單元 大氣運動基本方程組及垂直坐標變換
通過本章的學習，使學生能夠理解數值天氣預報模式的動力框架，具有能為模式方程組做垂直坐標變換的能力。
課時
2.1 旋轉參考系中的大氣運動方程組
2.2 球坐標、局地直角坐標和p坐標系的大氣運動方程組
2.3 SIGMA坐標系的大氣運動方程組
2.4 數值模式的分類
第三單元 地圖投影坐標系中的大氣運動方程組
通過本章的學習，使學生能夠建立地圖投影坐標系的方程組，具有能為模式方程組做水平坐標變換的能力。
課時
3.1 地圖投影的基本知識
3.2 正交曲線坐標系的大氣運動方程組
3.3 地圖投影坐標系中的大氣運動方程組
第四單元 數值計算方案
通過本章的學習，使學生能夠運用差分法數值求解方程組，具有建立氣象預報模式相關的數學物理模型並進行求解的基本能力。
課時
4.1 差分方法和差分格式
4.2 差分格式的基本性質
4.3 時間積分方法和積分格式
4.4 有限差分格式的誤差分析
4.5 非線性計算穩定性
第五單元 正壓原始方程模式
本章在結合前三章的內容基礎上，建立了正壓原始方程模式。使學生能夠具備設計簡單數值天氣預報模式的能力。
課時
5.1 正壓原始方程模式引言
5.2 正壓原始方程組
5.3 正壓原始方程組的積分性質
5.4 正壓原始方程組的線性計算穩定性
5.5 正壓原始方程組的空間差分格式
5.6 空間平滑和濾波
5.7 正壓原始方程組的時間積分格式
5.8 正壓原始方程模式的數值求解方法
第六單元 斜壓原始方程模式
通過瞭解斜壓原始方程模式的設計思想和方法，使學生初步具備設計複雜模式和數值模擬研究的能力。
課時
6.1 斜壓原始方程模式引言
6.2 斜壓原始方程組及其積分性質
6.3 斜壓原始方程模式的空間（垂直）差分格式
6.4 斜壓原始方程模式的數值解法及模擬試驗
第七單元 初邊界條件及模式的物理過程參數化
使學生認識到模式初邊界條件和物理過程參數化的重要性，為將來從事數值天氣預報業務，數值模擬研究等打下基礎。
課時
7.1 數值模式中的初始化
7.2 數值模式的水平側邊界條件
7.3 物理過程參數化
7.4 資料同化理論及應用
第八單元 中小尺度數值模式
使學生瞭解複雜數值模式的大致框架，運行方法，為將來從事數值天氣預報業務打下基礎。
課時
8.1 中小尺度數值模式簡介
8.2 WRF中小尺度模式及其特點
8.3 WRF模式組成結構及其操作流程
課程列表
第01講 1.1.1數值天氣預報引言 →00:13:56
第02講 2.1.1旋轉參考系中的大氣運動方程組 →00:17:06
第03講 2.2.1球坐標、局地直角坐標和p坐標系的大氣運動方程組 →00:20:03
第04講 2.3.1SIGMA坐標系的大氣運動方程組 - SIGMA坐標系的大氣運動方程組1 →00:17:59
第05講 2.3.2SIGMA坐標系的大氣運動方程組 - SIGMA坐標系的大氣運動方程組2 →00:17:47
第06講 2.4.1數值模式的分類 →00:11:41
第07講 3.1.1地圖投影的基本知識 - 地圖投影的分類及其正形投影 →00:19:06
第08講 3.1.2地圖投影的基本知識 - 地圖投影的幾個重要概念 →00:13:24
第09講 3.1.3地圖投影的基本知識 - 常見的三種地圖投影及其特點 →00:11:42
第10講 3.1.4地圖投影的基本知識 - 正形圓錐地圖投影放大係數的計算 →00:20:30
第11講 3.1.5地圖投影的基本知識 - 極射赤面投影地圖放大係數的計算 →00:11:51
第12講 3.2.1正交曲線坐標系的大氣運動方程組 - 正交曲線坐標系的概念及其特點 →00:21:16
第13講 3.2.2正交曲線坐標系的大氣運動方程組 - 普遍的正交曲線坐標系的方程組 →00:15:30
第14講 3.3.1地圖投影坐標系中的大氣運動方程組 - 地圖投影坐標系中的大氣運動方程組 →00:25:41
第15講 4.1.1差分方法和差分格式 - 差分方法和差分格式 →00:12:22
第16講 4.2.1差分格式的基本性質 - 差分格式的基本性質 →00:06:07
第17講 4.2.2差分格式的基本性質 - 差分格式的線性計算穩定性- →00:08:08
第18講 4.3.1時間積分方法和積分格式 - 常用的時間積分格式1 →00:08:35
第19講 4.3.2時間積分方法和積分格式 - 常用的時間積分格式2 →00:09:32
第20講 4.4.1有限差分格式的誤差分析 - 差分格式誤差分析1 →00:07:08
第21講 4.4.2有限差分格式的誤差分析 - 差分格式誤差分析2 →00:08:50
第22講 4.4.3有限差分格式的誤差分析 - 差分格式誤差分析3 →00:11:26
第23講 4.5.1非線性計算穩定性 - 非線性計算穩定性1 →00:06:57
第24講 4.5.2非線性計算穩定性 - 非線性計算穩定性2 →00:10:44
第25講 5.1.1正壓原始方程模式引言 - 正壓原始方程模式引言 →00:12:29
第26講 5.2.1正壓原始方程組 - 正壓原始方程模式的物理條件 →00:11:42
第27講 5.2.2正壓原始方程組 - 正壓原始方程組的推導 →00:15:26
第28講 5.3.1正壓原始方程組的積分性質 - 正壓原始方程組的積分性質 →00:12:24
第29講 5.4.1正壓原始方程組的線性計算穩定性 - 正壓原始方程組的線性計算穩定性 →00:20:33
第30講 5.5.1正壓原始方程組的空間差分格式 - 守恆的空間差分格式的概念 →00:07:22
第31講 5.5.2正壓原始方程組的空間差分格式 - 差分算符的表示方法 →00:17:00
第32講 5.5.3正壓原始方程組的空間差分格式 - 一次守恆格式的構造及證明 →00:16:32
第33講 5.5.4正壓原始方程組的空間差分格式 - 二次守恆格式的構造及證明 →00:23:13
第34講 5.5.5正壓原始方程組的空間差分格式 - 正壓原始方程組的守恆差分格式 →00:15:24
第35講 5.6.1空間平滑和濾波 - 空間平滑公式 →00:09:34
第36講 5.6.2空間平滑和濾波 - 平滑公式的性能 →00:14:29
第37講 5.7.1正壓原始方程組的時間積分格式 - 正壓原始方程組的顯式時間積分方案一 →00:15:50
第38講 5.7.2正壓原始方程組的時間積分格式 - 正壓原始方程組的顯式時間積分方案二 →00:10:37
第39講 5.7.3正壓原始方程組的時間積分格式 - 六點隱式時間積分格式 →00:10:40
第40講 5.8.1正壓原始方程模式的數值求解方法 - 正壓原始方程模式的數值求解方法1 →00:12:39
第41講 5.8.2正壓原始方程模式的數值求解方法 - 正壓原始方程模式的數值求解方法2 →00:12:14
第42講 6.1.1斜壓原始方程模式引言 - 斜壓原始方程模式引言 →00:08:51
第43講 6.2.1斜壓原始方程組及其積分性質 - 垂直坐標的選取及其基本方程組 →00:12:30
第44講 6.2.2斜壓原始方程組及其積分性質 -1 →00:13:51
第45講 6.2.3斜壓原始方程組及其積分性質 -2 →00:17:02
第46講 6.3.1斜壓原始方程模式的空間垂直差分格式 -1 →00:12:54
第47講 6.3.2斜壓原始方程模式的空間垂直差分格式 -2 →00:12:57
第48講 6.4.1斜壓原始方程模式的數值解法及模擬試驗 -1 →00:12:42
第49講 6.4.2斜壓原始方程模式的數值解法及模擬試驗 -2 →00:20:35
第50講 7.1.1數值模式中的初始化 - 數值模式中的初始化 →00:24:45
第51講 7.2.1數值模式的水平側邊界條件 →00:18:14
第52講 7.3.1物理過程參數化 →00:19:47
第53講 7.4.1資料同化理論及應用 - 早期的資料同化1 →00:19:04
第54講 7.4.2資料同化理論及應用 - 早期的資料同化2 →00:17:17
第55講 7.4.3資料同化理論及應用 - 早期的資料同化3 →00:11:30
第56講 7.4.4資料同化理論及應用 - 變分資料同化 →00:32:09
第57講 7.4.5資料同化理論及應用 - 集合資料同化和混合資料同化 →00:29:56
第58講 8.1.1中小尺度數值模式簡介 - 中小尺度數值模式簡介 →00:13:35
第59講 8.2.1WRF中小尺度模式及其特點 - WRF中小尺度模式及其特點 →00:17:08
第60講 8.3.1WRF模式組成結構及其操作流程 - WRF模式組成結構及其操作流程 →00:18:51
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