大氣與海洋的流體力學

• 課程重點

此課程包含講稿資料和作業。

 

• 使用工具或軟體、技術需求

在執行課程網站中的.m檔時，需要用到MATLAB® software。而在打開課程網站中的.zip檔時需要用到解壓縮軟體，比如Winzip®或者StuffIt®

MATLAB®腳本

l63.m (M)

lorenzeq.m (M)

step_it.m  (M)

 

教學大綱

• 課程描述

本課程為對一年級研究生介紹流體力學。目的在於幫助學生理解一些流體力學的基本概念，打下必要的基礎，以便於進一步學習有關大氣科學，物理海洋學，海洋工程學等課程。本課程重點在於流體的基本原理，並介紹大氣與海洋的相關知識。

 

• 期望

在學習本課程之前，我們假定學生已經學習過古典力學和微分方程，但不需要有過學習流體力學的經歷（認為自己大大超過或達不到必需條件的學生應當聯繫老師）。

我們也假定學生對向量、張量和代數學有基本的瞭解，對波動的瞭解也是必需的（色散關係，群速度，相速度等等）。在本課程將介紹以上各項的具體應用，但不會給予很多教材。在規定的課程之外，也將給出簡短的復習講稿。學生也被假定已經擁有Matlab®.的應用知識。如果學生認為自己缺乏以上相關領域的知識，我們希望學生能趕上教學進度（學生應該在空閒時間尋求老師的幫助）。

 

• 課程組成

此課程主要包含四個部分：1)講稿 2)閱讀作業3)作業問題集 4)小測驗

 

• 講稿

在講稿中，我們將會介紹重要的概念並且在適當的時候引入到地球物理學的問題中。這份講稿中並沒有包含足夠的對流體力學的介紹，必須藉由閱讀作業來補充。同時，也會有一些定期的短片來作為講稿的補充。

 

• 閱讀、參考書目

主要的教材是KC04，CR94，強烈建議購買這兩本書。其他有用的三本書是： G82，T88， H92，另一本有用的教材是線上論文（見參考書目）。所有列出的書在Lindgren圖書館和物理海洋閱覽室都有收藏。我們會不時在課堂上和網上提供來自於其他資源的材料。在課程提綱裏會給出閱讀作業的基本指導。更詳細的閱讀作業將會在課堂中給出。

閱讀作業由KC04和CR94組成。你自己必須擁有一本KC04。，如果你有資金，購買一本CR94。以下三本書我也發現非常有用，即G82，T88和H92。

 

KC04：Kundu, P. K.和I. M. Cohen.《流體力學》Fluid Mechanics.（第三版）3rd ed。New York: Elsevier Academic Press, 2004. ISBN: 0121782530.

 

CR94：Cushman-Roisin, B.《地球物理流體動力學導論》Introduction to Geophysical Fluid Dynamics，New York: Prentice Hall, 1994. ISBN: 0133533018.

 

G82：Gill, A. E.《大氣海洋動力學》Atmosphere-Ocean Dynamics，San Diego: Academic Press, 1982. ISBN: 0122835220.

 

T88：Tritton, D. J. 《物理流體動力學》Physical Fluid Dynamics，Oxford: Oxford Science Publications, 1988. ISBN: 0198544936.

 

H92：Holton, J. R.《動力氣象學導論》An Introduction to Dynamic Meteorology，San Diego: Academic Press, 1992. ISBN: 012354355X.

 

Online Publication線上論文: Price, James F. 《流體力學相關課題：向量分析，柯氏力，拉式與歐式表述法》Topics in Fluid Dynamics: Dimensional Analysis, the Coriolis Force, and Lagrangian and Eulerian Representations

 

• 小測驗

小測驗大約每週一次，所包含的內容不僅是課堂上所講的。這些小測驗將依據在課堂上所給的閱讀作業，促使學生能積極的為課程做充分的準備。測驗將在上課開始時進行，內容包括一些是非題以及需要簡單計算或寫出解釋的問題。當學生完成測驗後，立即會進行對測驗答案的互動性的討論。這些問題將會對當天的學習提供指引並且我們希望藉此促進學生之間和學生與老師之間的互動。

 

• 考試和評分

課程計畫中將會有期中考試，在期末考試期間也會舉行期末考試。大體上，在最終的成績中，考試成績占40%的比重，作業占60%的比重。只有當學生處於等級邊緣，或經常缺席測驗或完成得很糟糕時，測驗成績才會被考慮到最終的成績中。

 

• 作業問題集

在大多數的周都會指派作業，這些作業對最終的成績等級有重要的影響。指派的作業應該在教學期間完成並且會放在課程網頁上。大體說來，作業遲交將不被接受。特殊情況將會根據具體情況做考慮。