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課程名稱 |
大氣輻射學
Atmospheric Radiation |
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開課學期 |
107-2 |
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授課對象 |
理學院 大氣科學系 |
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授課教師 |
陳正達 |
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課號 |
AtmSci2017 |
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課程識別碼 |
209 49500 |
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班次 |
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學分 |
2.0 |
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全/半年 |
半年 |
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必/選修 |
必帶 |
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上課時間 |
星期一8,9(15:30~17:20) |
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上課地點 |
大氣系A100 |
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備註 |
總人數上限：47人 |
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Ceiba 課程網頁 |
http://ceiba.ntu.edu.tw/1072AtmRad_2019 |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
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課程大綱
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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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課程概述 |
太陽和地球的輻射是地球系統的主要能量源及匯，太陽的短波輻射與地球大氣的長波輻射；當它們在大氣中傳播時與大氣及地面互相作用產生吸收，散射與反射 。另外地面與大氣的輻射能量收支不平衡使地面和空氣的溫度發生變化，形成熱源與冷源推動了大氣的運動和變化。因而研究天氣變化和氣侯形成及演變必須要對大氣輻射有充份的了解。再者氣象衛星和遙測技術的開發皆以輻射理論為基礎，因而大氣輻射學為大氣科學系學生所必備的。 |
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課程目標 |
介紹大氣輻射學的基本理論與應用，使學生了解大氣中輻射傳遞的過程，包括氣體、氣膠與雲的吸收、散射與放射的特性，並討論其後續對地球大氣能量收支與分佈的影響，以及在遙測地球大氣狀態的相關應用。 |
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課程要求 |
待補 |
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
每週四 16:00~18:00
每週二 16:00~18:00 備註： 師大分部理學院大樓B208室，面談前請先聯絡確定
電話：77346403；e-mail: ctchen@ntnu.edu.tw |
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指定閱讀 |
待補 |
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參考書目 |
主要參考用書：
Liou, K.N., 2002: An Introduction to Atmospheric Radiation. 2nd edition, Oxford University Press, 583 pp. 總圖1F指定參考書區 SA-6, 總圖4F科技資料區 (QC912.3 L56 2002)。
圖書館有紙本與電子檔，有需要的同學可以借閱或下載來閱讀。
Petty, G. W, 2006, A First Course in Atmospheric Radiation, 2nd Ed., Sundog Publishing, 458pp. (website: http://www.sundogpublishing.com/AtmosRad.html)
曾忠一，1988，大氣輻射，聯經出版公司，360頁。總圖1F指定參考書區 (SA-6)
圖書館有紙本，有需要的同學可以借閱或下載來閱讀。
此外，以下連結是IPCC AR5，提供對氣候變遷的科學背景有興趣的同學參考。
http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/ |
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評量方式
(僅供參考) |
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No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
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1. |
平時成績、作業、實作報告 |
40% |
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2. |
期中考 |
30% |
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3. |
期末考 |
30% |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
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第1週 |
2/18 |
課程介紹、前言 (什麼是大氣輻射？） |
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第2週 |
2/25 |
前言：大氣輻射的應用：地球大氣輻射能量收支與基礎氣候動力、遙測觀測技術 |
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第3週 |
3/04 |
前言：大氣輻射的應用：氣候變遷的輻射驅動力
大氣輻射基本原理：輻射的基本性質、大氣輻射的基本概念 |
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第4週 |
3/11 |
大氣輻射基本原理：輻射的基本性質、大氣輻射的基本概念、電磁波譜的介紹 |
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第5週 |
3/18 |
大氣輻射基本原理：電磁波譜的簡介與相關大氣輻射在各波段的特性、光子的產生：熱輻射以及相關基本輻射原理 |
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第6週 |
3/25 |
教師出國參加CMIP6 Model Analysis Workshop，由助教協助實作課的說明。
第一部分的實作課程主要是運用一維灰色大氣輻射對流模式進行相關的實作練習。關於一維灰色大氣的特性會在課程中說明。
一維灰色大氣輻射對流模式的 R 程式（grey1d.R)，以及執行實作練習報告的說明 (grey1d.pdf）是進行實作練習所需要的。
由於所用的一維灰色大氣輻射對流模式是以 R Package 的程式語言寫的，所以需要使用 R Package。R語言是一種自由軟體程式語言與操作環境，主要用於統計分析、繪圖、資料探勘。除了在課程所用的主機上會安裝外，也可以直接在自己所用的桌上或筆記型電腦上安裝。後附的檔案還包括R package的使用簡要說明（AR_R_note.pdf）以及練習所需資料（pldat.dat, taipeiclimdata.txt, randomdata1.txt），可以在有空的時候先安裝練習。
第二部分的實作課程主要是運用一維大氣輻射對流模式進行在給定大氣氣體濃度分布下，大氣中短波與長波輻射傳遞的計算，以及達成能量平衡的過程。後續再補充相關說明。
所附的論文是以一維輻射對流模式計算出大氣平衡的溫度結構的經典論文（Manabe and Strickler 1964, manabejas64.pdf ）以及課程所使用模式的原作者所發表關於模式的說明論文（Mackay and Khalil, 1991, 1991OneDimensional-RCMChemosphere.pdf) |
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第7週 |
4/01 |
大氣輻射基本原理：熱輻射以及相關基本輻射原理的應用，大氣穿透率：大氣輻射的吸收與散射 |
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第8週 |
4/08 |
大氣穿透率：大氣輻射的吸收與散射、平行平面大氣假設、光程、透射率、吸收權重函數 |
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第9週 |
4/15 |
期中考 |
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第10週 |
4/22 |
大氣放射率（Atmospheric Emission） |
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第11週 |
4/29 |
大氣氣體分子吸收 |
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第12週 |
5/06 |
氣體分子吸收線與加寬 |
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第13週 |
5/13 |
寬帶通量與輻射加熱、冷卻率計算 |
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第14週 |
5/20 |
輻射加熱、冷卻率計算，包含散射的輻射傳遞方程式 |
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第15週 |
5/27 |
粒子（雲、氣膠）的散射與吸收、大氣光學現象、散射應用簡介（如雷達）
wiscombe-mie-code.zip is a zip file with all the Fortran code needed to make your own Mie-Scattering calculations. Try it if you are interested. But you need to go through Liou 2002 textbook section 5.2 to understand better all the details. |
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第16週 |
6/03 |
教師參加在中央氣象局所舉辦的2019 International Workshop on Climate Prediction: Past, Present, and Future，由助教協助第二部分實作課的說明。
第二部分的實作課程主要是運用一維大氣輻射對流模式進行在給定太陽常數、地表反照率、大氣氣體濃度與雲層分布下，大氣中短波與長波輻射傳遞的計算，以及達成能量平衡的過程。
1drc_exercise.pdf 是關於第二個實作練習的主要相關說明，細節助教會進一步說明
除了課程所用的一維輻射對流模式之外，也可以透過MIT線上課程中Kerry Emanual 教授所提供的MIT 一維輻射對流模式網頁進行相關數值模式實驗計算，並與課程所用MacKay所發展的模式結果加以比較。MIT 一維輻射對流模式的使用說明，請參閱MIT12_340S12_Users_Guide檔案
所附的論文是以一維輻射對流模式計算出大氣平衡的溫度結構的經典論文（Manabe and Strickler 1964, manabejas64.pdf; Manabe and Witherald 1967, manabe67.pdf ）以及課程所使用模式的原作者所發表關於模式的說明論文（Mackay and Khalil, 1991, 1991OneDimensional-RCMChemosphere.pdf)，課程所使用模式的原作者碩士論文(MacKay_thesis.pdf)，其中對模式的輻射傳遞計算有詳細的說明。Ramathana在Review of Geophysics發表的回顧論文也有很完整的介紹與議題探討（Ramanathan_et_al_1978_Review_of_Geophysics.pdf)。關於一維大氣輻射對流模式還有相當多的參考文獻，可以進一步上網搜尋。 |
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第17週 |
6/10 |
Radiative Transfer with Multiple scattering |
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第18週 |
6/17 |
期末考 |
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