基本介紹
- 中文名：地球流體力學
- 外文名：Geophysical Fluid Dynamics
- 類別：大氣科學類
- 建設院校：南京大學
- 授課平台：智慧樹網、中國大學MOOC
- 首次開課時間：2020秋季（智慧樹網）、2018年12月（中國大學MOOC）
- 授課教師：房佳蓓、楊修群、黃丹青、胡海波、張洋等
課程性質,課程定位,課程背景,適應對象,課程簡介,課程大綱,開課信息,課程特色,教學目標,學習預備,考核標準,所獲榮譽,教師簡介,
課程性質
課程定位
地球流體力學課程是大氣科學及地球科學相關專業的一門核心基礎課程，主要講述刻畫地球流體運動規律的基本概念、基本方法和基本理論。
課程背景
在人類生活的地球上，最常見的流體就是覆蓋在整個地球上的大氣以及占據地球面積70%的海洋。大氣與海洋不僅是地球生命形成的重要因素，它們的運動和變化還與人類的生存發展休息相關，構成了人類活動賴以生存的地球環境。與一般流體不同，由於受到地球的影響，大氣和海洋在大尺度運動上都具有了地球的固有特徵，基於這些動力學上的共同特徵，大氣與海洋也被概括成“地球物理流體”或者“地球流體”，從20世紀70年代開始誕生了“地球流體力學”這一門新型學科，它也是大氣動力學和海洋動力學的共同基礎。
適應對象
地球流體力學課程適合大氣科學類專業學生學習。
課程簡介
該課程共分八個專題予以介紹，在介紹流體基礎概念和基本方法之後，對流體動力學方程組給出詳細的推導和物理解釋，扼要介紹流體力學實驗的相似原理和量綱分析。對流體運動的幾種主要形式——渦旋、旋轉效應、波動運動做概念性講解。另外，對湍流和邊界層也有簡單介紹。
課程大綱
據中國大學MOOC和智慧樹平台課程大綱對比，兩個平台的課程大綱基本相同。
第一章基礎概念 1.1連續介質假說 1.2描述流體運動的兩種方法 1.3刻畫流體運動的幾何圖像 1.4渦度 1.5散度 1.6形變率 第二章基本方程 2.1連續方程 2.2作用於流體上的力 2.3運動方程 2.4能量方程 第三章相似原理和量綱分析 3.1量綱分析-無量綱量 3.2無量綱方程 3.3特徵無量綱數 第四章渦旋動力學基礎 4.1環流定理 4.2渦度方程 | 第五章旋轉流體動力學 5.1地球流體運動方程 5.2Taylor-Proudman定理 5.3地轉運動 第六章流體波動 6.1波動的概念 6.2重力表面波和界面波 6.3波動能量和能量的傳播速度 6.4旋轉產生的波動 第七章湍流 7.1湍流運動的特點和研究方法 7.2湍流平均運動方程和雷諾應力 7.3湍流能量方程 第八章邊界層流體力學 8.1邊界層的基本概念 8.2層流邊界層 |
（註：表中內容參考資料）
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 參與人數 |
第1次開課 | 2020秋冬 | 16 |
第2次開課 | 2021春夏 | 7 |
第3次開課 | 2021秋冬 | 10 |
該課程學時安排均為15；授課教師均為房佳蓓、楊修群、黃丹青、胡海波、張洋。 | ||
（註：表中內容參考資料）
開課次數 | 開課時間 | 參與人數 | 學時安排 |
第1次開課 | 2018年12月24日 ~ 2019年03月20日 | 1720 | 2-3小時每周 |
第2次開課 | 2019年04月15日 ~ 2019年07月14日 | 1220 | 3-5小時每周 |
第3次開課 | 2019年09月09日 ~ 2020年01月05日 | 2009 | 3-5小時每周 |
第4次開課 | 2020年02月17日 ~ 2020年06月21日 | 1664 | 3-5小時每周 |
第5次開課 | 2020年09月07日 ~ 2021年01月10日 | 780 | 3-5小時每周 |
第6次開課 | 2021年03月01日 ~ 2021年07月04日 | 776 | 3-5小時每周 |
第7次開課 | 2021年08月30日 ~ 2022年01月02日 | 573 | 3-5小時每周 |
授課教師均為房佳蓓、楊修群、黃丹青、胡海波、張洋、任雪娟、孫旭光、蔣益荃。 | |||
（註：表中內容參考資料）
課程特色
課程設計原則
- 將物理學基本原理套用於地球流體的描述。
- 將動力學基本原理與地球流體主要運動形式結合。
- 抓住本質物理過程，建立清晰的物理圖像。
教學目標
通過地球流體力學課程學習，學生能夠實現從經典力學“剛體質點觀念”到流體力學“連續介質流點觀念”的順利過渡，牢固建立刻畫地球流體運動的基本概念，熟練掌握分析地球流體運動規律的基本方法，並能夠利用所學方法，深刻認識渦旋、波動、湍流等主要地球流體運動形成的基本理論，形成創新思維的自覺意識和解決實際問題的能力，為其後續專業課程學習或科學研究奠定堅實的動力學理論基礎。
學習預備
- 預備知識
地球流體力學課程主要面向大氣科學、海洋科學、水科學等地球科學相關專業本科學生，需要大學數學和大學物理基礎。
- 學習資料
書名 | 作者 | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|
《流體力學》（第三版） | 余志豪 | 2004年 | 氣象出版社 |
《流體力學》（上冊） | 吳望一 | 1982年 | 北京大學出版社 |
《流體力學》（下冊） | 吳望一 | 1983年 | 北京大學出版社 |
《Fluid Mechanics》（5th Edition） | Pijush K. Kundu | 2011年 | 中國電力出版社 |
《Geophysical fluid dynamics》 | J. Pedlosky | 1987年 | 專著出版 |
（註：表中內容參考資料）
考核標準
平時成績50分
平時成績=學習進度分 （15.0分）+學習行為分 （35.0分）
章測試成績10分
單項類目名稱 | 卷面分 | 單項滿分 |
第一章 單元測試 | 40 | 2.0 |
第二章 單元測試 | 20 | 1.0 |
第三章 單元測試 | 40 | 2.0 |
第四章 單元測試 | 40 | 2.0 |
第五章 單元測試 | 24 | 1.2 |
第六章 單元測試 | 14 | 0.7 |
第七章 單元測試 | 16 | 0.8 |
第八章 單元測試 | 10 | 0.3 |
見面課成績0分
見面課成績得分 = 見面課實際得分 / 見面課總分 * 權值
期末考試成績40分
期末考試得分 = 期末考試實際得分/期末考試總分* 權值
採用線上期末考試形式作為期末考試成績
試卷：教程考試
所獲榮譽
2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程（線上線下混合式一流課程）”。
教師簡介
房佳蓓，南京大學副教授、碩士生導師。
楊修群，南京大學教授、博士生導師，
黃丹青，南京大學副教授、碩士生導師。
胡海波，南京大學副教授、碩士生導師。
張洋，南京大學教授、博士生導師。
任雪娟，南京大學大氣科學學院教授。
孫旭光，南京大學教授、博士生導師。
蔣益荃，南京大學副教授，碩士生導師。
