数学物理方程大气物理学院.docx
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数学物理方程大气物理学院.docx
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数学物理方程大气物理学院
大气科学(大气物理方向)
本科课程教学大纲
(2013版)
教务处编印
二〇一三年
大学化学
CollegeChemistry
一、课程基本情况
课程类别:
学科基础课
课程学分:
3学分
课程总学时:
48学时,其中讲课:
48学时
课程性质:
必修
开课学期:
第1学期
先修课程:
无
适用专业:
环境科学、生态学、环境工程、给水排水、农业资源与环境、大气物理等
教材:
无机及分析化学,高等教育出版社,南京大学《无机及分析化学》编写组,2006年,第四版。
开课单位:
环境科学与工程学院化学系
二、课程性质、教学目标和任务
大学化学是环境科学等专业一门重要的学科基础课程,该课程无机化学理论部分主要介绍本学科的基本理论与基本原理,包括气体和溶液、化学热力学、化学动力学、水溶液中的平衡规律(酸碱解离平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、配合离解平衡等)、原子结构、分子结构等内容;分析化学部分主要介绍定量分析的原理和方法,包括定量分析方法分类、定量分析的误差和数据处理等。
通过本课程的教学,使学生对无机化学和分析化学内容有一个清晰的认识,使学生比较系统地掌握元素周期律、近代物质结构理论、化学反应的能量变化、化学平衡等基本原理以及定量分析方法及有关理论;同时结合实验教学使学生理解并掌握定性、定量分析的方法原理,掌握定量分析的仪器使用和实验数据处理等基本技能。
三、教学内容和要求
1.气体和溶液(4学时)
(1)掌握理想气体状态方程的使用;
(2)掌握分压定律的内容及应用;
(3)了解依数性的含义及应用;
(4)了解胶体溶液的制备方法及性质。
重点:
理想气体状态方程及应用
难点;分压定律
2.化学热力学初步(6学时)
(1)掌握热力学的基本概念;
(2)熟悉状态函数及其基本特征;
(3)理解热力学第一定律内容;
(4)掌握化学反应过程的能量变化计算;
(5)了解热力学第二定律的内容;
(6)掌握化学反应方向判断方法。
重点:
体系、环境、过程、途径等热力学基本概念;热力学第一定律及适用范围
难点:
化学反应进行方向的判断
3.化学平衡和化学反应速率(5学时)
(1)理解化学反应速率的含义;
(2)了解速率方程的确定方法;
(3)理解化学平衡的含义;
(4)掌握平衡常数的含义及确定方法;
(5)了解影响化学反应速率及化学平衡的因素;
(6)掌握用化学反应等温方程判断反应方向。
重点:
化学反应速率的定义及表示方法;化学平衡的含义及平衡常数的表示方法
难点:
平衡常数的相关计算;化学反应等温方程的应用
4.解离平衡(5学时)
(1)掌握一元弱酸、一元弱碱以及缓冲溶液的pH值的计算;
(2)理解溶度积及溶度积规则;
(3)掌握溶度积规则的应用。
重点:
一元弱酸、一元弱碱以及缓冲溶液的pH值的计算
难点:
溶度积规则的应用
5.氧化还原反应(5学时)
(1)掌握氧化还原反应的基本概念;
(2)掌握氧化还原方程式配平方法;
(3)掌握原电池的结构;
(4)掌握电极电势的计算及有关应用。
重点:
氧化还原反应的基本概念、离子-电子法配平氧化还原反应
难点:
电极电势概念及相关计算
6.原子结构(8学时)
(1)了解核外电子运动状态的描述方法;
(2)掌握1~36号元素核外电子排布式的书写方法;
(3)了解原子结构和元素周期律的关系;
(4)了解原子结构与元素性质的关系。
重点:
元素核外电子排布式的书写
难点:
核外电子运动状态的描述方法
7.分子结构(6学时)
(1)理解离子键、共价键的本质;
(2)掌握杂化轨道理论要点及应用;
(3)了解分子轨道理论内容;
(4)了解分子间力的概念。
重点:
离子键、共价键的本质
难点:
杂化轨道理论及应用
8.配位化合物(4学时)
(1)掌握配合物的组成、定义和命名方法;
(2)了解配位化合物的化学键本性;
(3)理解配合离解平衡的原理及有关计算。
重点:
配合物的组成、定义和命名方法
难点:
配合离解平衡的原理及有关计算
9.定量分析化学概论(5学时)
(1)了解分析化学的任务和作用;
(2)掌握定量分析方法的分类;
(3)了解定量分析的过程
(3)掌握分析结果的表示方法;
(4)理解有效数字的概念;
(5)掌握有效数字运算规则;
(6)掌握定量分析误差的产生原因及其各种表示方法。
重点:
定量分析方法的分类;分析结果的表示方法有效数字概念及运算规则
难点:
量分析误差的产生原因
四、课程考核
(1)作业等:
作业:
8次
(2)考核方式:
闭卷考试
(3)总评成绩计算方式:
(平时成绩10%,期中考试成绩30%,期末考试成绩60%)
五、参考书目
1、无机化学(上下册),高等教育出版社,北京师范大学等编,第4版,2002
2、分析化学,高等教育出版社,武汉大学主编,第4版,2000
3.大学化学(上下册),高等教育出版社,傅献彩主编,1999
制定人:
徐建强审定人:
李俊批准人:
陈敏东、周宏仓
热力学
Thermodynamics
一、课程基本情况
课程类别:
学科基础课
课程学分:
2学分
课程总学时:
32学时,其中讲课:
32学时,实验:
0学时,上机:
0学时
课程性质:
必修
开课学期:
第3学期
先修课程:
高等数学、普通物理
适用专业:
大气科学、应用气象等相关各专业
教材:
《热力学与统计物理》,高等教育出版社,汪志诚,2008年12月第四版
开课单位:
物理与光电工程学院物理系
二、课程性质、教学目标和任务
热力学是研究宏观系统热运动的规律,即研究与热运动有关的宏观系统的物性及其演化。
通过本课程的教学,学生应达到以下目的和要求:
1.理解和掌握宏观系统热运动的基本概念和基本规律及其应用;
2.通过该课程的学习初步建立分析热力学问题的思路和方法,培养学生分析问题、解决问题、进行创造性思维的能力,为专业后续课程打下良好基础。
三、教学内容和要求
1.热力学的基本规律(14学时)
(1)理解热力学系统的平衡态及其描述;
(2)掌握热平衡定律、理解温度概念;
(3)掌握几种物质的物态方程;
(4)理解准静态过程、系统作功、内能和热量等概念;掌握热力学第一定律;
(5)理解热容量和焓;掌握理想气体的内能表达式;
(6)掌握理想气体的绝热方程和理想气体的卡诺循环以及热机效率;
(7)理解掌握热力学第二定律、卡诺定理、热力学温标以及克劳修斯等式和不等式;
(8)理解熵的概念,掌握热力学基本方程以及理想气体熵的一般表达式;
(9)掌握热力学第二定律的数学表述和熵增加原理及其简单应用;
(10)掌握自由能和吉布斯函数的概念;
重点:
热力学第一定律,理想气体的卡诺循环以及热机效率,克劳修斯等式和不等式,熵的概念,熵增加原理;
难点:
热力学第二定律,熵增加原理的应用。
2.均匀物质的热力学性质(6学时)
(1)掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分,麦氏关系及其简单应用;
(2)理解气体的节流过程和绝热膨胀过程;
(3)掌握基本热力学函数一般表达式;理解特性函数;
(4)了解热辐射和磁介质有关热力学理论;
重点:
内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分,麦氏关系,气体的节流和绝热膨胀过程,特性函数;
难点:
麦氏关系的应用,热辐射的热力学理论。
3.单元系的相变(8学时)
(1)掌握热动平衡有关判据及开系的热力学基本方程;
(2)理解单元系的复相平衡条件;掌握单元复相系的平衡性质;
(3)熟悉临界点和气液两相的转变和克拉珀龙方程及应用;
(4)理解液滴的形成的力学平衡关系及中肯半径;
(5)了解相变的分类;
重点:
平衡判据,开系的热力学基本方程,单元系的复相平衡条件、平衡性质,气液两相的转变和克拉珀龙方程,液滴的形成;
难点:
克拉珀龙方程的应用,液滴的形成。
4.多元系的复相平衡和化学平衡热力学第三定律(4学时)
(1)掌握多元系的热力学函数和热力学方程;
(2)理解多元系的复相平衡条件;熟悉吉布斯相律;
(3)了解热力学第三定律;
重点:
多元系的热力学函数和热力学方程,多元系的复相平衡条件;
难点:
热力学第三定律。
四、课程考核
(1)作业:
8次
(2)考核方式:
闭卷考试
(3)总评成绩计算方式:
平时成绩20%、期末考试成绩80%
五、参考书目
1、《热力学与统计物理学》,高等教育出版社,马本堃等;
2、热力学,高等教育出版社,王竹溪,1986;
制定人:
王祖松审定人:
詹煜批准人:
张成义
大气化学基础
IntroductiontoAtmosphericChemistry
一、课程基本情况
课程类别:
学科基础课
课程学分:
32学分
课程总学时:
32学时,其中讲课:
32学时
课程性质:
必修
开课学期:
第4学期
先修课程:
大学化学、大气物理学
适用专业:
大气科学专业
教材:
大气化学基础,气象出版社,秦瑜、赵春生编著,2003。
开课单位:
大气物理学院大气物理系
二、课程性质、教学目标和任务
大气化学是大气科学的重要分支学科,也是一门交叉学科。
本课程是大气科学专业大气物理方向和环境科学方向学科基础课程。
本课程主要内容包括:
大气成分的组成,大气化学反应特征,大气化学反应的基本理论,主要的大气化学反应,大气组分的源、输送、转化和沉降构成的循环,平流层、对流层化学,气溶胶的化学组成,液相化学,大气组分与气候变化的关系。
对重要的大气环境问题也将论述,如臭氧层耗损、光化学烟雾、酸雨、霾、温室气体和大气气溶胶的气候效应。
通过本课程的学习,使学生熟悉大气的主要痕微量组成和大气污染的关系,理解大气化学反应动力学原理,掌握对平流层、对流层气相化学过程,理解大气气溶胶尺度和化学组成,了解大气成分变化的气候效应,具备较系统的大气化学及其环境气候效应的知识,具有开展大气化学、大气环境研究的基本能力。
三、教学内容和要求
1、地球大气的组成和演化(4学时)
了解大气化学的研究内容、特点和研究方法;
掌握大气的组成与结构;
掌握大气成分浓度的常用表示方法及其相互转换;
了解地球大气的形成和演化。
重点、难点:
浓度表示方法换算;停留时间概念
2、化学动力学和光化学基础(4学时)
理解化学反应速率和反应级数;
理解化学反应速率表示方法;
掌握基元反应、链反应、速度控制步的概念;
掌握大气光化学反应的基本理论和特征。
重点:
大气化学动力学
难点:
稳态近似法及其应用
3、平流层的光化学(6学时)
掌握平流层以臭氧为核心的光化学理论;
掌握平流层主要物种族及其循环;
了解臭氧层的耗损;
理解南极“臭氧洞”现象及其成因。
重点:
平流层臭氧形成过程
难点:
均相和非均相催化循环
4、对流层大气气相化学(6学时)
理解对流层化学特征;
了解对流层含氮化合物的源汇和化学反应;
了解对流层含硫化合物的源汇和化学反应;
了解对流层含碳化合物的源汇和化学反应;
掌握对流层光化学臭氧反应理论。
重点:
对流层光化学过程
难点:
氮化物和碳氢化合物在臭氧形成中的作用
5、大气气溶胶化学(2学时)
理解大气气溶胶的尺度及其浓度分布;
了解大气气溶胶化学组成及与来源的关系。
重点:
大气气溶胶化学组成
难点:
气溶胶尺度和组成的关系
6、云雾降水化学(4学时)
掌握溶液的基本性质、气体吸收定律;
掌握云、雾、降水的化学组成;
了解SO2的液相氧化过程;
了解酸雨问题。
重点:
液相氧化过程和云降水化学组成
难点:
酸雨的区域特征
7、大气成分的循环(4学时)
理解大气中碳、氮、硫的循环;
理解大气污染物的输送机制;
了解大气污染物的干沉降;
了解大气污染物的湿清除。
重点:
大气成分循环
难点:
干湿沉降机制
8、大气化学与全球气候变化(2学时)
理解温室气体和气候变化;
了解大气气溶胶和气候变化。
重点:
大气成分的气候效应
难点:
“温室效应”和“阳伞效应”
四、课程考核
(1)作业等:
作业:
3-4次;
(2)考核方式:
闭卷;
(3)总评成绩计算方式:
平时成绩20%、和期末考试成绩80%综合计算
五、参考书目
1.大气环境化学,高等教育出版社,唐孝炎主编,2006,第2版
2.大气化学,气象出版社,王明星著,1999,第2版
3.大气化学基础,气象出版社,莫天麟编著,1988
制定人:
朱彬审定人:
刁一伟批准人:
杨军
大气探测学I
Atmosphericsounding
一、课程基本情况
课程类别:
学科基础课
课程学分:
3
课程总学时:
48其中:
讲课:
44学时,实验:
4学时
课程性质:
必修
开课学期:
第三学期
先修课程:
《高等数学》、《普通物理》
适用专业:
大气科学
教材:
《大气探测学》,气象出版社,王振会,2011,第一版
开课单位:
大气物理学院大气物理系
二、课程性质、教学目标和任务:
大气探测学是大气科学专业的一门专业主干课程,通过这门课的学习,使学生掌握地面和高空各种气象要素的观测仪器和观测方法;熟悉我国正在进行的大气监测自动化系统工程的探测部分;并使学生了解国内外最新(90年代以后)探测技术。
三、教学内容和要求
1.第一章序言(3学时)
(1)掌握大气探测学研究的对象、任务和特点;大气探测的三性要求;
(2)熟悉气象观测工作的组织;
(3)理解气象仪器和测量误差;
(4)了解大气探测学发展简史;
(5)初步了解地面观测各要素的准确度要求;
重点:
大气探测的内容,气象观测工作的组织结构
难点:
气象仪器的使用方法和测量误差
2.第二章云、能见度、天气现象的观测(6学时)
(1)掌握云状的基本特征;能见度、天气现象的观测方法;以及能见度仪、激光云高仪、雨量计的基本原理、结构;
(2)熟悉各种天气现象的特征;
(3)理解云量和云高的观测方法;
(4)了解云的外形和形成云的基本过程;
(5)初步了解各种云状之间的互相演变及其和天气演变的关系;
重点:
云的分类与识别特征、天气现象分类特征
难点:
云状、云量、云高的观测、能见度仪的误差因子
3.第三章温度的测量(3学时)
(1)掌握四种主要的测温元件原理;
(2)熟悉测温元件的热滞效应;
(3)理解气温测量中的防辐射设备的基本特点;
(4)了解四种测温元件的误差;
(5)初步了解ITS-90部分温度参考点;
重点:
四种温度表的测温原理、气温观测的防辐射方法与设备
难点:
热滞效应
4.第四章湿度的测量(3学时)
(1)掌握湿度的定义和单位;四种主要的测湿元件原理;
(2)熟悉干湿球湿度表系数的特性;
(3)理解影响露点湿度仪精度的因素;
(4)了解电学湿度表和光学湿度计的特点;
(5)初步了解湿度的控制及检定;
重点:
干湿表和电学湿度表的结构及原理
难点:
影响露点湿度仪精度的因素
5.第五章气压的测量(4学时)
(1)掌握水银气压表的原理及读数订正;振筒式压力传感器和沸点气压表的原理、结构;
(2)熟悉空盒气压表和气压计的原理及误差;
(3)理解振筒式压力传感器和沸点气压表的误差;
(4)了解气压表的安置和观测方法;
(5)初步了解气压表的基准;
重点:
水银气压表和气压传感器的原理
难点:
海平面气压的订正
6.第六章气流的测量(3学时)
(1)掌握旋转式风速计、散热式风速计、声学风速计的原理;
(2)熟悉风向标的原理、结构、特点;
(3)理解散热式风速计的电路结构;
(4)了解风级的划分标准;
(5)初步了解风速检定设备;
重点:
风向标及旋转式风速表和其他风速传感器的测风原理
难点:
超声风速仪的原理
7.第七章辐射能的测量(3学时)
(1)掌握各种辐射测量仪器的原理和结构;
(2)熟悉辐射的测量内容和各种辐射能的定义;
(3)理解跟踪架的原理;
(4)了解各种辐射测量仪器的使用和维护;
(5)初步了解辐射能测量基准;
重点:
辐射的测量内容、直接辐射表、散射辐射表、总辐射表、净辐射表的结构及原理
难点:
各种辐射表的区别
8.第八章现代自动气象观测系统(4学时)
(1)掌握常规自动气象站系统的原理、结构;
(2)熟悉微气象观测系统;边界层系留探空系统;
(3)理解农业气象观测系统;
(4)了解水文自动气象站系统;
(5)初步了解数据采集板和数据传输方式;
重点:
自动气象站的组成
难点:
自动气象站的数据处理、仪器维护与校准
9.第九章高空风的测量(4学时)
(1)掌握高空风的观测方法;
(2)熟悉确定气球位置的仪器设备;
(3)理解风廓线雷达;
(4)了解气象气球;
(5)初步了解高空风测量误差;
重点:
高空风的测量仪器和原理
难点:
高空风的计算方法
10.第十章高空温压湿的无线电探空仪探测法(3学时)
(1)掌握变低频式探空仪的原理、结构;
(2)熟悉五九型转筒式电码探空仪的原理、结构、误差;带GPS测风的无线电探空仪;
(3)理解探空仪的三种装配方式;
(4)了解探空仪的观测误差及对比工作;
(5)初步了解探空资料的整理及软件设计;
重点:
无线电探空仪的分类及高空温压湿的测量
难点:
探空仪的观测误差
11.第十一章气象雷达(4学时)
(1)掌握气象雷达的工作原理、组成;
(2)熟悉各种目标物的回波特征;
(3)理解多普勒雷达及应用;
(4)了解气象雷达的主要技术指标;
(5)初步了解回波信号的数据采集与显示;
重点:
气象雷达的工作原理和组成
难点:
各种目标物的回波特征、雷达气象方程的运用
12.第十二章气象卫星(4学时)
(1)掌握各种气象卫星遥感仪器的原理;
(2)熟悉气象卫星接受系统;
(3)理解卫星资料处理;
(4)了解气象卫星概况;
(5)初步了解气象卫星的研究现状;
重点:
热辐射定律、红外云图及可见光云图的形成原理
难点:
卫星资料的处理
四、课程考核
(1)作业和报告:
作业:
2次,课程论文:
2篇;
(2)考核方式:
闭卷考试
(3)总评成绩计算方式:
平时成绩10%、实验成绩10%和期末考试成绩80%综合计算
五、参考书目
1、大气探测学,气象出版社;孙学金,2009年,第一版
2、大气探测原理与方法,气象出版社,张文煜,2007年,第一版
3、大气探测原理,气象出版社;赵柏林、张霭琛,1987;
4、大气探测学教程,气象出版社;林晔,1993;
5、地面气象观测规范,气象出版社;中国气象局,2002;
制定人:
李艳伟审定人:
刁一伟批准人:
杨军
大气探测学(实验)
Atmosphericsounding
一、课程基本情况
课程学分:
3
课程学时:
4学时
开设项目数:
2
课程性质:
必修
对应理论课程及性质:
大气探测,必修
适用专业:
大气科学专业(大气物理与大气环境方向;人工影响天气方向)
教材:
《大气探测学》,气象出版社,王振会,2011,第一版
开课单位:
大气物理学院大气物理系
二、课程的教学目标和任务
通过大气探测实验,使学生掌握地面和高空各种气象要素的观测仪器和观测方法;熟悉我国正在进行的大气监测自动化系统工程的探测部分;并使学生了解国内外最新(90年代以后)探测技术。
三、课程的内容和要求
序号
实验名称
实验学时
内容提要
实验要求
实验类型
必修
选修
1
地面气象要素的人工观测
2
人工观测各种气象要素
√
综合
2
地面气象要素的自动观测
2
自动气象站的使用
√
综合
四、课程考核
(1)实验实习报告的撰写要求:
实验过程和实验结果清晰
(2)实验实习报告:
1次,课程设计论文:
1篇;
(3)考核及成绩计算方式:
根据实验表现、实验报告和课程设计论文内容决定
五、参考书目
地面气象观测规范,气象出版社;中国气象局,2002;
制定人:
李艳伟审定人:
刁一伟批准人:
杨军
大气物理学I
AtmosphericPhysicsI
一、课程基本情况
课程类别:
学科基础课
课程学分:
3学分
课程总学时:
48学时,其中讲课:
48学时
课程性质:
必修
开课学期:
第3学期
先修课程:
高等数学、大学物理。
适用专业:
大气科学
教材:
大气物理学,北京大学出版社,盛裴轩,毛节泰等,2003。
开课单位:
大气物理学院大气物理系
二、课程性质、教学目标和任务
大气物理学是研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的大气科学的分支学科。
它既是大气科学的基础理论部分,又是环境科学的一个部分。
该课程的学习,使学生系统掌握大气物理学各方面的基础理论知识,为以后的动力气象学、云物理学及边界层气象学等专业课的学习奠定基础。
本课程主要讲述:
大气中各种气体成分的性质、各种气象要素的定义与计算、大气的垂直分层;大气静力学;大气热力学的基本概念和基本定律、各种热力过程和温湿参量;大气层结稳定度;辐射的基本概念和基本定律、太阳短波辐射在大气中的传输、地球长波辐射在大气中的传输;大气光学现象等大气学科的基础知识。
三、教学内容和要求
1、行星大气和地球大气的演化(1学时)
(1)了解太阳系形成和行星大气成分;
(2)理解地球大气的演化过程。
重点:
大气演化过程及其主要成分
2、地球大气的成分及其分布(4学时)
(1)了解空气的主要成分和主要的气象要素;
(2)掌握湿度的表示法和状态方程;
(3)理解虚温、水汽和大气气溶胶的作用等概念。
重点:
干湿空气状态方程,湿度参量概念及转换关系
难点:
实际水汽压与露点的关系
3、大气的分层和结构(2学时)
(1)理解大气分层的方法,大气垂直结构、特点及大气质量计算方法;
(2)了解大气的主要下垫面海洋的物理特性。
重点:
按温度划分的大气各层特征
4、大气静力学(4学时)
(1)掌握大气静力学方程及物理意义;
(2)理解模式大气和气压-位势高度公式;
(4)了解标准大气和气压的时空分布;
重点:
大气静力学方程和压高公式
难点:
5、大气热力学基础(16学时)
(1)掌握大气热力学基本定律;
(2)掌握描述大气热力学状态的热力学方程;
(3)掌握大气热力学过程和大气静力稳定度;
(4)掌握热力学图表并能用其描述大气热力学过程和静力稳定度分析;
(5)了解绝热混合过程和等压冷却过程;
(6)了解大气热力学中的温湿参量;
(7)了解逆温层的概念。
重点:
热力学第一、第二定律,干、湿绝热过程,泊松方程、位温等一些热力过程基本概念,热力学图解,大气稳定度概念、判据及图解分析;
难点:
热力学太函数及比熵等方程的推导和应用,克拉珀龙-克劳修斯方程,相当温度和湿球温度的物理过程,使用艾玛图分析气块越山,基于探空资料的大气层结特征分析,气块升降过程中水汽和液态水含量的转化,大气静力稳定度的几种判据,条件不稳定类型。
6、地面和大气中的辐射过程(16学时)
(1)理解辐射的基本概念和物理规律;
(3)掌握地球大气与辐射的相互作用;
(4)掌握太阳辐射在地球大气中的传输;
(5)掌握地球-大气系统的长波辐射;
(6)熟悉地球、大气及地气系统的辐射平衡;
重点:
描述辐射物理量及意义,黑体辐射定律、意义及应用,太阳辐射和地球辐射的区别,散射
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