課程資訊
課程名稱
大氣動力學一
Atmospheric Dynamics (Ⅰ) 
開課學期
112-2 
授課對象
理學院  大氣科學系  
授課教師
吳俊傑 
課號
AtmSci3001 
課程識別碼
209 30110 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
必修 
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大氣B105 
備註
週一單週上課。
總人數上限:65人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

★★★ 上課時間:每週一、三 08:25 – 10:00 AM ★★★ (★以此上課時間為準★)
★第一次上課時間為 113/02/19 (一) 09:10 – 10:00 AM
上課地點:B105教室
課程網頁:https://cool.ntu.edu.tw/courses/34812

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。 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
每週四 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.  
指定閱讀
 Holton, J. R. and G. J. Hakim, 2012: An Introduction to Dynamic Meteorology. 5th. Ed., Academic Press, 552 pp. 
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.
 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
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
 
上課形式
以錄影輔助
作業繳交方式
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
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
02/19  Class Overview
 
第1週
02/21  Chap. 1 – A brief introduction to primitive eq. & external force 
第2週
02/26  (1) Chap. 1 – Apparent force (Centrifugal force & Coriolis force)
(2) Chap. 1 – Momentum eq., Hydrostatic balance & Hypsometric eq. 
第2週
02/28  No Class (Holiday) 
第3週
03/04  Chap. 1 – Geopotential height & pressure coordinate 
第3週
03/06  Chap. 2 – Eulerian coordinate vs. Lagrangian coordinate 
第4週
03/11  Chap. 2 – Scale analysis, Rossby number & Geostrophic wind 
第4週
03/13  Chap. 2 – Hydrostatic approximation & the magnitude of Rossby number 
第5週
03/18  (1) Chap. 2 – Continuity eq.
(2) Chap. 2 – Thermodynamic energy eq. 
第5週
03/20  (1) Chap. 2 – Stability
(2) Review of Ch1 & Ch2
(3) Python class 1 (TA, Lunch Time [12:20 - 13:10])
(4) 03/22 (Fri) Ch1 & Ch2 homework due 
第6週
03/27  (1) Chap. 3 – Natural coordinate (geostrophic flow, inertial flow, & cyclostrophic flow)
(2) 03/29 (Fri) Ch1 & Ch2 Python exercises due 
第6週
03/25  (1) Chap. 3 – Primitive eq. on isobar coordinate
(2) Chap. 3 – Natural coordinate (geostrophic flow, inertial flow, & cyclostrophic flow) 
第7週
04/03  Mid-term exam I (Ch1 & Ch2) 
第7週
04/01  Chap. 3 – Gradient wind, Trajectories & Streamlines, Streamfunction (ψ) 
第8週
04/08  Chap. 3 – Thermal wind, vertical motion, and surface pressure tendency 
第8週
04/10  Chap. 4 – Circulation & Vorticity 
第9週
04/15  Chap. 4 – Sea breeze & Vorticity in natural coordinates 
第9週
04/17  Chap. 4 – Vorticity eq. & Divergence eq. 
第10週
04/22  (1) Chap. 4 – Potential vorticity & Lee side trough
(2) Review of Ch3 & Ch4 
第10週
04/24  Chap. 6 – Quasi-geostrophic approximation 
第11週
04/29  Chap. 6 – Quasi-geostrophic approximation 
第11週
05/01  Chap. 6 – Quasi-geostrophic vorticity eq. & β-plane approximation 
第12週
05/06  (1) Python class 2 (TA, 09:10 - 10:00)
(2) 05/07 (Tue) Ch3 & Ch4 homework due 
第12週
05/08  (1) Mid-term exam II (Ch3 & Ch4)
(2) 05/14 (Tue) Ch3 & Ch4 Python exercises due 
第13週
05/13  Chap. 6 – Tendency eq. & Omega eq. 
第13週
05/15  Chap. 6 – Tendency eq. & Omega eq. 
第14週
05/20  (1) Chap. 8 – Properties of BL & Boussinesq approximation
(2) Chap. 8 – Reynolds averaging 
第14週
05/22  (1) Chap. 8 – PBL momentum eq. & Bulk aerodynamic formula
(2) Python class 3 (TA, Lunch Time [12:20 - 13:10]) 
第15週
05/27  Chap. 8 – Ekman Layer & Ekman pumping 
第15週
05/29  (1) Chap. 8 – Secondary circulations and spin-down effect
(2) Review of Ch6 & Ch8
(3) Review of the overall class  
第16週
06/03  Final exam (Ch6 & Ch8) 
第16週
06/05  (1) 06/04 (Tue) Ch6 & Ch8 homework due
(2) 06/05 (Wed) Ch6 & Ch8 Python exercises due