2017年南京信息工程大学硕士研究生入学考试《动力气象与数值预报》考试大纲-气象学专业

南京信息工程大学2017年硕士研究生招生入学考试

《动力气象与数值预报》考试大纲

科目代码：F04

科目名称：动力气象与数值预报

第一部分  目标与基本要求

一、 目标：

应用物理学定律研究大气运动的动力过程、热力过程，从理论上探讨大气环流、天气系统演变的过程、规律和机理。数值天气预报的基础知识、基本原理和基本方法。

二、 基本要求：

要求学生掌握有关内容的基本概念、基本理论和基本方法，理解天气系统演变的基本规律和机理，提高分析问题、解决问题的能力，能理论联系实际并提高自己吸收新知识的能力。系统地理解数值天气预报的基本概念、基本理论和基本方法；掌握制作数值天气预报的方法和初步具备设计数值天气预报模式的能力。

第二部分  内容与考核目标

第一章、 描写大气运动的基本方程组

1、 理解描写大气运动的基本物理过程。

2、 掌握旋转参照系、科氏力、压力梯度力的概念。

3、 了解球坐标系中的基本方程组。掌握局地直角坐标系中的基本方程组。

4、 了解求解大气运动闭合方程组的定解问题。

第二章、 尺度分析与自由大气中的风场

1、 掌握尺度分析的基本概念和方法

2、 掌握R_o数的定义，理解其重要性。

3、 掌握静力平衡的概念与p－坐标系的物理基础。

4、 掌握地转运动、地转偏差的概念。

5、 掌握斜压大气、正压大气、热成风的概念。

第三章、 大气涡旋动力学

1、 掌握环流定理与涡度方程。

2、 掌握大气中涡旋系统演变的主要物理机制。

3、 理解位涡的概念，了解位涡方程的推导，会初步应用位涡守恒定律解释实际过程。

第四章、 大气行星边界层

1、 掌握湍流运动的特性，理解湍流运动的一般处理方法，了解平均运动方程的推导。

2、 掌握边界层的特点及大气分层。

3、 理解混合长理论，掌握湍流输送通量与湍流粘性力的概念。

4、 掌握近地面层中风随高度分布的特点及求解方法。

5、 掌握Ekman层中风随高度分布的特点，了解其求解过程。

6、 掌握Ekman抽吸、二级环流的概念，掌握大气旋转减弱的物理机制。

第五章、 大气能量学

1、 掌握大气能量的基本形态，掌握大气位能与内能关系及全位能的概念。

2、 会推导质点动能方程，掌握闭合系统动能与全位能转换的条件与机制。

3、 掌握有效位能的概念，了解有效位能的计算过程。

4、 掌握纬向平均运动与涡旋运动的概念，了解纬向平均运动动能和有效位能方程、涡旋运动动能和有效位能方程的推导过程。

5、 掌握实际大气中能量循环过程及物理机制。

第六章、 大气波动学

1、 掌握波动的基本概念，掌握单波与群波的概念，掌握群速度的概念和求法。

2、 掌握微扰动的概念和线性化方法。

3、 掌握声波产生的物理机制，了解其求解过程。

4、 掌握重力、惯性波产生和传播的物理机制与性质，掌握重力外波的求解，掌握浮力振荡的概念，了解重力内波和惯性波的求解过程。

5、 掌握Rossby波产生的机制、性质、物理模型及求解过程。

6、 理解波动滤波的概念及滤波条件。

第七章、 大气运动的稳定性理论

1、 掌握波动稳定性的概念及数学表述。

2、 掌握惯性稳定度与静力稳定度的概念。

3、 掌握正压不稳定的概念及判据，理解正压不稳定判据的推导过程。

4、 掌握斜压不稳定的概念及条件，理解斜压二层模式，了解不稳定条件的推导过程。

第八章、 地转适应过程

1、 掌握地转适应过程与准地转演变过程的概念及大气运动阶段性特点。

2、 掌握地转适应过程与准地转演变过程的不同点。

3、 掌握地转适应过程的物理机制，适应的结果与初始非地转扰动尺度的关系。

4、 了解斜压大气中的适应过程。

第九章、 热带大气动力学

1、 理解热带大气运动与中高纬度大气运动过程的不同点。

2、 掌握CISK机制。

第十章、大气运动的基本方程组及垂直坐标变换

   1、了解各种形式的大气运动方程组及其物理意义。

   2、理解坐标系的定义及其坐标系方程组的优缺点；

   3、掌握有关大气运动方程组垂直坐标变换的有关概念、基本方法和技巧，重点掌握P坐标向坐标系的坐标变换和表示方法。

   4、了解数值模式的基本分类，理解过滤模式和原始方程模式的区别。

第十一章、地图投影坐标系中的大气运动基本方程组

   1、掌握地图投影的基本知识，尤其掌握正形投影的基本概念；

   2、熟悉常见的三种正形投影的定义、特点；

   3、理解正交曲线坐标系的基本概念，理解拉密系数的物理意义；

   4、掌握水平坐标变换的基本方法。

   5、理解地图投影坐标系中拉密系数和地图放大系数的关系。

第十二章、数值计算方案

  1、理解差分方法的主要思想，掌握差分格式的构造方法；

2、熟悉并能够应用常用的差分格式。

3、了解差分格式的基本性质；

4、掌握确定差分格式线性稳定性判据的方法，能对不同类型差分格式的稳定性进行分析；

5、掌握构造常用的时间积分格式的方法；

6、了解常用的时间积分格式的特点。

7、了解有限差分格式所引起的各种误差；

8、熟悉非线性计算不稳定和混淆误差的概念；

9、理解非线性计算不稳定产生的原因，并熟悉其常用的抑制方法。

10、掌握三点平滑、五点平滑和九点平滑的方法；

11、理解响应函数的物理意义；

12、了解平滑公式的应用。

 第十三章、正压原始方程模式

   1、了解正压原始方程模式的设计思想、模式的基本特点；

   2、会应用有关假设，导出模式的预报方程；

   3、了解正压原始方程模式具有的积分性质。

   4、理解模式时间积分步长的选择依据。

   5、理解守恒差分格式的概念；

   6、掌握差分算符的表示方法；

   7、熟悉一次守恒格式和二次守恒格式的概念及其构造方法，熟悉正压原始方程模式二次守恒格式的构造方法；

   8、掌握三步法时间积分格式的构造方法；

  9、掌握正压原始方程模式显式时间积分方案的设计方法；

  10、了解半隐式格式的构造方法及其特点。

  11、掌握模式数值求解的方法，能够根据模式的基本原理和设计流程。

第十四章、斜压原始方程模式

   1、理解斜压原始方程模式与正压原始方程模式的差别；

   2、了解设计斜压原始方程模式的基本思想；

   3、熟悉斜压原始方程模式所采用的基本方程组及其积分性质。

   4、掌握斜压模式的垂直分层和守恒的垂直差分格式的构造方法。

   5、熟悉数值求解斜压原始方程模式的主要内容。

第十五章、正压涡度方程谱模式

   1、了解谱模式展开函数的选择依据；

   2、理解谱模式中因变量的选择原则；

   3、了解谱模式与格点模式的差别。

   4、掌握球谐函数的定义和性质、两种基本的波数截断方法；

   5、熟悉球谐函数的性质的数学内涵、两种波数截断方式的特点；

   6、了解离散傅里叶变换DFT与勒让德变换的基本数学过程；

   7、掌握正压涡度方程谱模式的求解步骤；

第十六章、初边界条件及模式的物理过程参数化

   1、掌握模式初始化的基本概念、基本方法；

   2、掌握资料同化的概念，了解资料同化的基本方法

   3、了解数值模式常用的边界条件的给定方法；

   4、掌握嵌套边界条件的概念。

   5、理解物理过程参数化的基本概念以及物理过程参数化在发展模式过程中的重要性。

   6、了解大气行星边界层和湿热力过程参数化的基本思路

有关说明：本课程对各考核点能力要求一般分为三个层次：

较低要求――了解。

一般要求――理解、熟悉、会。

较高要求――掌握。