課程資訊
課程名稱
動力模擬
Dynamical Simulations 
開課學期
108-1 
授課對象
理學院  大氣科學研究所  
授課教師
郭鴻基 
課號
AtmSci7086 
課程識別碼
229 M8420 
班次
 
學分
2.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期一9,10(16:30~18:20) 
上課地點
 
備註
學生修習過大動(一)可修習。上課地點由老師與學生協調訂定。
總人數上限:30人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1081AtmSci7086_ 
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

地球上的大氣和海洋以多重時間及空間尺度展現複雜的流體運動。課程介紹大氣、海洋流體力學的重要基礎觀念,重點在於理論、分析與數學模式。課程將討論以下課題:數學建模與因次分析、數學解特性、流體動力對生物的影響、颱風動力、二維亂流、以及重要大氣海洋流體力學的理論。本課程探討不同時間及空間尺度的大氣海洋流體力學,及其伴隨的數學分析,做為了解大氣海洋相關觀測與科學研究的基礎。

英國的天文物理學家 Arthur Eddington 曾說:『不要相信沒有理論依據的觀測。』這門課的目的,在於以數學模式強化大氣海洋流力研究與理解。讓學生學習以數學模式和觀測資料去建立理論,以及對理論的數量化。對於有興趣瞭解地球流體環境中的物理、化學或生物的學生,這門課也提供基礎大氣海洋流體力學知識。
 

課程目標
(範圍將依學生興趣課題授課研讀)

1. Levi-Civita symbols and some basic mathematics
2. Viscosity of air and water; terminal velocity; Hagen-Poiseuille equation and the circulation system of animals 生物相關應用
3. Effects of rotation, stratification, and conservation laws
4. Hierarchy of governing equations: fully and quasi- compressible equations, anelastic and Boussinesq equations; the primitive equations, nonlinear balanced, semi-geostrophic and quasi-geostrophic equations
5. Vorticity equation, Kelvin's circulation theorem and Bjerknes' solenoidal effect, Ertel's derivation of potential vorticity, and Haynes and McIntyre's theorem
6. Quasi-equilibrium dynamics and the invertibility of potential vorticity
7. Fourier series and wave equations; partial differential equations
8. Vertical transform, the linear normal modes (waves) and manifold dynamics
9. Instabilities
10. Transverse Circulation Equation and wave-mean flow interaction
11. The geostrophic adjustment 地轉調節
12. Boundary layer dynamics and dimensional analysis邊界層動力與因次分析
13. Vorticity stirring and mixing; filamentation dynamics 渦度攪拌與渦度混合
14. 2D and 3D turbulent flows 兩維與三維亂流
15. PBL topics: (a) Lilly's problems and the entrainment instability, (b) Mixed layer model (horizontally homogeneous and inhomogeneous solutions), (c) stratocumulus dynamics, (d) Dynamical adjustment of the trade wind inversion layer, (e) shock formation dynamics, (f) other recent problems.
16. Typhoon research Topics: (a) binary vortex interactions, (b) Nonlinear wave energy accumulation, (c) decadal typhoon rainfall increase in Taiwan, (d) concentric eyewall dynamics, (e) rapid intensification
17. Model tools: barotropic model, shallow water model, slab boundary layer model, 2D Boussiesq stratocumulus boundary layer model, and others of special interests
 
課程要求
Applied mathematics or dynamics (I) beyond, plus active participation, 以培養學生紮實動力、數學基礎與模式實驗實作能力為目的,學生修習過大動(一)可修習。 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
參考書目
1. Lectures in Geophysical Fluid Dynamics, R. Salmon
2. Air and Water-the biology and physics of life's media, M. Denny
3. Atmosphere, Ocean, and Climate Dynamics, J. Marshall and A. Plumb
4. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, G. Vallis
5. Introduction to Geophysical Fluid Dynamics: Physical and Numerical Aspects, Cushman-Roisin
 
指定閱讀
待補 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
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日期
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