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課程名稱 |
高等大氣動力學
Advanced Atmospheric Dynamics |
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開課學期 |
106-2 |
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授課對象 |
理學院 大氣科學研究所 |
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授課教師 |
郭鴻基 |
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課號 |
AtmSci7003 |
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課程識別碼 |
229 M1010 |
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班次 |
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學分 |
3.0 |
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全/半年 |
半年 |
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必/選修 |
選修 |
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上課時間 |
星期三1,2(8:10~10:00)星期五1(8:10~9:00) |
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上課地點 |
大氣A104大氣A104 |
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備註 |
總人數上限：40人 |
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Ceiba 課程網頁 |
http://ceiba.ntu.edu.tw/1062AtmSci7003_ |
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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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課程概述 |
因應地球科學跨領域研究，高等大氣動力學課程的安排，除了傳統大氣動力學外，更廣泛包括大氣海洋流體力學 (Atmospheric Oceanic Fluid Dynamics, AOFD)；課程也將加入新元素：例如探討空氣、水等流體性質對於生命科學與生物的影響；探討非線性動力數學建模，包含多重平衡與穩定、回饋、遲滯、同步、尺度分析等課題。課程重視數學思考與模式計算。 |
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課程目標 |
I. Mathematical Modeling of Dynamics數學建模：
0. Mathematical or computational thinking
1. The essence of Calculus-the Mathematics of Change and extrema; when least is best
2. Air and water; the biology applications流體力學與生命科學應用
3. Equilibriums, Stabilities and Bifurcation
4. Phase Plane and Intuitive Approach
5. Equations of Exponential and Periodic Solutions
6. e-1 scale, Residence Time, and Relaxation
7. Dating game and HIV problem
8. Population dynamics:
Malthusian, logistics, harvest, Lotka-Volterra and competition models*
9. Feedback, Fast and Slow Scales,
10. Dynamics of Marriage, Epidemics, Hysteresis and Synchronization
11. Chaos and Catastrophic Change*
12. Partial Differential Equation Models, Wave Solutions of D'Alembert and Bernoulli
13. Sturm-Liouville theorem:
Function space of completeness and orthogonal normal mode basis
14. Dimensional Analysis
15. Multiple Scale Phenomena and Non-dimensional Parameters
II.Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics (AOFD)大氣海洋流體力學：
0. Conservation laws and basic equations 流力方程式，Levi-Civita 張量符號
1. Effects of rotation, stratification, buoyancy and convection 旋轉、層化與對流
2. Circulation, vorticity, and potential vorticity 環流、渦度與位渦
3. Normal modes of Non-hydrostatic Model*
4. The Inevitability principle: potential vorticity and quasi-equilibrium dynamics; isentropic potential vorticity thinking 位渦思維、反演理論與準平衡動力
5. Balanced models: Quasi-balanced states and quasi-geostrophic analysis 平衡模式
6. Vertical normal modes of a continuous stratified fluid, shallow water model 垂直正模、淺水方程
7. The f-plane, β-plane, dynamics of wave and instabilities 波動與不穩度 (包含程式作業)
7. The geostrophic adjustment and typhoon dynamics 地轉調節與颱風動力
8. Transverse Circulation Equation and axisymmetric dynamics 次環流與對稱動力
9. Wave-mean flow interaction and the Non-acceleration theorem 波動平均流交互作用，不可加速理論
10. Turbulent diffusion, eddy transport and turbulent kinetic equations 亂流與亂流方程
11. Inverse cascade of 2D turbulent flows 兩維亂流
12. Stirring and mixing攪拌與混合
13. Boundary layer dynamics and dimensional analysis邊界層動力與因次分析
14. Vortex and typhoon dynamics
Asymmetric dynamics in typhoon 颱風不對稱動力
Track Problem 颱風路徑問題
Nonlinear wave energy accumulation 非線性能量累積與颱風生成
Concentric eyewall formation dynamics 雙眼牆生成動力
Spiral bands and meso-vortex 颱風螺旋雨帶雨中小尺度渦旋
Tornado and other rotating disk dynamics 龍捲風與其他旋轉體動力
15. Forecast Science and Numerical modeling 預報科學
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課程要求 |
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
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指定閱讀 |
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參考書目 |
待補 |
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評量方式
(僅供參考) |
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