hi,小慕
数值天气预报
第16次开课
开课时间: 2025年02月10日 ~ 2025年06月20日
学时安排: 4小时每周
进行至第8周,共19周 已有 1459 人参加
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课程详情
课程评价(1136)
spContent=数值天气预报课程是气象科学的一门专业课,主要介绍数值天气预报的基础知识、基本原理和基本方法。通过学习,使学生系统地理解数值天气预报的基本原理;切实地掌握制作数值天气预报的方法;初步具备设计数值天气预报模式的能力;为从事数值天气预报业务、数值预报产品释用、数值模拟研究等打下基础。
数值天气预报课程是气象科学的一门专业课,主要介绍数值天气预报的基础知识、基本原理和基本方法。通过学习,使学生系统地理解数值天气预报的基本原理;切实地掌握制作数值天气预报的方法;初步具备设计数值天气预报模式的能力;为从事数值天气预报业务、数值预报产品释用、数值模拟研究等打下基础。
—— 课程团队
课程概述

课程内容及面向对象

《数值天气预报》课程依托我校全国排名第一的大气科学学科,2006年被评为国家级精品课程2013年获国家精品资源共享课立项建设,2016年被认定为第一批“国家级精品资源共享课”2017年被确定为江苏省级在线开放课程;2018年被确定为国家级在线开放课程,2020年确定为国家级一流线上课程,2022年确定为江苏省级课程思政示范课。教学团队被评为江苏省级青蓝工程教学团队,全国气象教学团队。课程主要内容为:大气运动基本方程、地图投影坐标系中的方程组、数值计算方案、正压原始方程模式、斜压原始方程模式、初边界条件及物理过程参数化、中尺度数值模式及应用等。主要面向全国大气科学及相关专业的高校师生,及相关从业人员。

课程特色改革:

1、充实教学内容,构建与业务和科研紧密联系的知识体系

紧密联系气象业务实践,在注重理论教学的同时,充实大量紧贴科研业务的教学内容。具体地,除了基本的数值天气预报原理和方法,简单的数值天气预报模式外,还增加了大量反映本领域最新科技成果的内容,介绍了当前业务和科研中应用广泛的各类复杂数值模式,为学习者开展模式研究奠定了基础。

2、教学视频系统全面,充分利用多种辅助教学手段

视频教学内容、授课PPT内容与教学大纲完全一致,包含了课程所有知识点,并确保知识点之间衔接流畅,以便各类学习者均可流畅学习;设置了大量丰富的随堂测验和课后作业,帮助学习者加深对知识点的理解和掌握。

3、教学团队经验丰富,实施专题负责制

参与视频教学的教师是教学经验丰富的一线教学名师:陈海山教授和陈耀登教授。他们教学特色鲜明,通俗易懂,注重知识点的联系与拓展,易于学生理解掌握;为确保知识学习的连贯性,本课程在视频录制时每一章节确保一名教师讲解,取得良好效果。

4、强化学习研讨环节,构建活跃的线上和线下讨论区

进一步延伸学习过程,充分发挥课后讨论的作用,通过线上和线下讨论活动巩固知识学习。要求团队教师随时上网与学生展开讨论,答疑解惑。对于校内学习者,增加了课堂讨论部分,通过提问和分组讨论的方式加深对知识点的理解,显著提升了学生的学习效率和学习兴趣,同时也拓宽了学生的知识面。

5、打造适用于校外学习者的高水平自主学习平台

  我校的《数值天气预报》在线课程,能做到线上线下学习内容完全一致,校外学习者可以得到与在校生几乎相同的学习体验。

 

授课目标

由于数值天气预报水平是衡量世界各国气象业务现代化水平的标准,所以该课程已成为气象学专业最重要的专业课程之一,学习该课程可以使学生了解如今的天气预报是如何做出来的?并可学会编写数值天气预报模式,为将来走上工作岗位接触GRAPES模式和WRF模式等等奠定坚实的基础。故本课程以全国与气象专业有关的高校教师和学生为服务主体,同时面向相关从业人员开放。

课程大纲
引言
课时目标:了解数值天气预报的发展背景及其在当前天气预报中的重要作用。
1.1 数值天气预报引言
大气运动基本方程组及垂直坐标变换
课时目标:通过本章的学习,使学生能够理解数值天气预报模式的动力框架,具有能为模式方程组做垂直坐标变换的能力。
2.1 旋转参考系中的大气运动方程组
2.2 球坐标、局地直角坐标和p坐标系的大气运动方程组
2.3 SIGMA坐标系的大气运动方程组
2.4 数值模式的分类
地图投影坐标系中的大气运动方程组
课时目标:通过本章的学习,使学生能够建立地图投影坐标系的方程组,具有能为模式方程组做水平坐标变换的能力。
3.1 地图投影的基本知识
3.2 正交曲线坐标系的大气运动方程组
3.3 地图投影坐标系中的大气运动方程组
数值计算方案
课时目标:通过本章的学习,使学生能够运用差分法数值求解方程组,具有建立气象预报模式相关的数学物理模型并进行求解的基本能力。
4.1 差分方法和差分格式
4.2 差分格式的基本性质
4.3 时间积分方法和积分格式
4.4 有限差分格式的误差分析
4.5 非线性计算稳定性
正压原始方程模式
课时目标:本章在结合前三章的内容基础上,建立了正压原始方程模式。使学生能够具备设计数值天气预报模式的能力。
5.1 正压原始方程模式引言
5.2 正压原始方程组
5.3 正压原始方程组的积分性质
5.4 正压原始方程组的线性计算稳定性
5.5 正压原始方程组的空间差分格式
5.6 空间平滑和滤波
5.7 正压原始方程组的时间积分格式
5.8 正压原始方程模式的数值求解方法
斜压原始方程模式
课时目标:通过了解斜压原始方程模式的设计思想和方法,使学生初步具备设计复杂模式和数值模拟研究的能力。
6.1 斜压原始方程模式引言
6.2 斜压原始方程组及其积分性质
6.3 斜压原始方程模式的空间(垂直)差分格式
6.4 斜压原始方程模式的数值解法及模拟试验
初边界条件及模式的物理过程参数化
课时目标:使学生认识到模式初边界条件和物理过程参数化的重要性,为将来从事数值天气预报业务,数值模拟研究等打下基础。
7.1 数值模式中的初始化
7.2 数值模式的水平侧边界条件
7.3 物理过程参数化
7.4 资料同化理论及应用
中小尺度数值模式
课时目标:使学生了解复杂数值模式的大致框架,运行方法,为将来从事数值天气预报业务打下基础。
8.1 中小尺度数值模式简介
8.2 WRF中小尺度模式及其特点
8.3 WRF模式组成结构及其操作流程
展开全部
预备知识

  本课程先修课程包括高等数学、大学物理、数理方程、计算方法、Fortran程序设计及绘图、流体力学和天气学原理和动力气象学。

参考资料

 

参考文章: 

文章名称

作者

出版社

出版时间

 面向21世纪的中国气象数值预报

 陈德辉,薛纪善等

气象出版社

 2001

 数值天气预报中的若干新技术

 廖洞贤等

气象出版社

 1995

 Interaction of a cunlus cloud   ensemble with the large-scale   environment.Part I

 Arakawa A,Schubert W H

 J.Atomos Sci

 1974

 Further studies of the   parameterization of the influence of   cumulus convection on large-scale flow

Kuo H L

 J.Atomos Sci

 1974

 中尺度数值模式的资料同化系统

 陈子通,沈桐立等

 南京气象学院学报

 1998

 

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