大气旋转力研究论文

【摘要】本文介绍了构建相近专业相近课程的交互融合式教学理念，以大气动力学与海洋动力学课程体系为例，进行两类课程相互结合的教学探索，以及为此开展的教学方法和综合实践的改革尝试，初步教学效果令人满意。教学计划针对主体专业增设相关专业选修课，能够较容易地拓展和深化学生的专业知识。下面是小编精心推荐的《大气旋转力研究论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。

大气旋转力研究论文 篇1：

风洞那些事

人类所赖以生存的贴近地球表面的大气层里，有许多与我们的生活密切相关、值得研究的现象。其中最为普遍的现象就是风对物体的作用力以及物体运动时所受的力。呼啸而过的大风可以折树倒屋，掀翻航船，造成严重的灾难；而利用风能的风车又可以提水发电，为人类效力。车船在空气中前进，会受到阻力；而飞机又靠在空气中前进所引起的空气动力，才能够飞行。

物体表面与空气接触会产生两种力：一种是垂直于表面的，一种是与表面相切的。在物体表面和周围情况不变的条件下，这些力的大小只与物体和空气的相对速度有关。也就是说，同样的物体，如果以同一姿态在空气中匀速运动所受的力，是和物体在同样姿态下，空气以相同的速度流过物体时所受的力相同的。物体表面所受的这些力的合力组成合力与合力矩，它们决定了物体在空气中的行为。

人们十分关心物体在风的作用下所受的力，以及物体在空气中运动时所受的阻力和升力情况。为了解这些力的大小，研究人员在英国数学家和工程师本杰明·罗宾斯所设计的悬臂机上进行了测试：将要测量的物体固定在悬臂末端，当悬臂以一定速度旋转起来时，从所加的驱动力就可以换算出物体所受的阻力。这种悬臂机使用了很长时间。不过，它有一个缺点，就是当悬臂旋转了一段时间后，周围的空气或水会随着悬臂一同旋转，导致实验精度大大降低。

既然物体在空气中所受的力只和物体与空气的相对速度有关，那么，是不是可以将物体固定起来，只让空气运动，进而测量出物体所受的力呢？这就是人们最初建造风洞的想法。

“飞行器的摇篮”

早期的风洞就是为了研究物体在空中飞行时所受的升力与阻力来设计的，即为了飞机设计所需。第一个设计与建造实验风洞的是英国人温翰姆，他是英国航空学会的创始人之一。他在1871年设计、建造了一座风洞。1884年，英国人菲利普建造了一座改进的风洞。1901年，美国莱特兄弟为了研制飞机建造了一座风洞。1902年，俄罗斯力学家茹科夫斯基在莫斯科大学建造了一座直径大约为0.61米的风洞。

1903年，莱特兄弟成功地让人类建造的飞机飞上了天空，开辟了航空史上的新纪元。这次成功的试飞得益于他们的风洞。1901年，莱特兄弟为实验和改进机翼，建造了风洞并在风洞中研究与比较了200种以上的机翼形状。到1902年秋，他们已经积累了上千次滑翔经验，掌握了飞行的理论与技术。这些为他们之后的成功奠定了坚实的基础。

因此，风洞被称为“飞行器的摇篮”，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。这种管道状实验设备能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象。

风洞实验，就是根据相对运动原理和相似理论，在风洞中测量飞行器缩比模型的空气动力特性，并研究相应的流动现象与流动机理。风洞实验要遵循几何相似、流动相似等一系列相似准则。

1903年以后，伴随航空业的发展，各国纷纷建造风洞。风洞的尺寸越来越大，功能多样，形式各异。德国早在1907年就成立了“哥廷根空气动力实验院”，为德国航空工业长期处于世界领先地位做出了卓越贡献。美国在1915年建立了航空（航天）咨询委员会（英文缩写为NACA，其后改为NASA），该机构除了领导和组织航空和航天方面的研究外，还建造和管理不同形式的风洞。1918年，苏联成立了中央流体动力研究院，苏联力学家茹科夫斯基出任所长。1921年，茹科夫斯基逝世后，研究所由他的学生恰普雷金继任。研究所也建造了许多不同功能的风洞。据统计，仅20世纪90年代，美国、英国、法国、德国、加拿大、荷兰和日本这7个国家共建有186座风洞，其中，美国有114座。目前，全世界的風洞已经有千余座。

我国第一座风洞是1934年由清华大学自行设计的低速风洞。该风洞建成于1936年，后因日本侵华战争爆发，风洞被毁。此后，在南昌筹建的4.57米低速风洞于1937年基本完工，该风洞在1938年毁于日本飞机的轰炸。抗战胜利后，清华大学、浙江大学都曾建过风洞，主要用于教学需要。

1949年之后，位于哈尔滨的解放军军事工程学院和北京大学等相继建造了低速风洞。为了加速发展中国的航空航天事业，根据著名科学家钱学森、郭永怀的构想，我国于1965年在四川组建了高速空气动力研究机构，随后又相继迅速组建了超高速和低速空气动力研究机构。

40多年来，中国空气动力研究与发展中心建造了数十座高质量的风洞，其规模堪称亚洲之最，为我国航空航天事业的发展做出了突出的贡献。

风洞什么样

风洞名称中通常会使用尺寸，风洞实验段尺寸决定了实验模型的大小。一般风洞实验模型尺寸比真实飞行器的尺寸小得多，当模型尺寸太小时，飞行器上的几何细节和小部件难以模拟。风洞越大，实验模型尺寸越大，模型保真度越高，实验数据就越可靠；但是，风洞尺寸越大，建设难度越大、运行成本就越高，这就要求权衡模拟准确度、可行性与经济性，合理确定风洞尺寸。

为此，世界主要空气动力研究机构都对风洞尺寸进行统一规划，按大、中、小尺寸配套，成体系地进行建设。其中，小型风洞主要用于基础研究和先进气动技术探索、多学科研究及计算流体力学（CFD）验证；中型风洞主要用于中小型飞行器选型、校核和定型实验，先进气动技术的验证；大型风洞主要用于大型飞行器的选型、校核和定型实验等。

现今，风洞的形式和功能已经发展得很复杂。

从吹风的形式来说，有直流式，有的为了节约能耗做成回流式。从吹风持续时间来说，有持续式和暂冲式。从实验段形状看，有圆形、方形、六角形和八角形等。

从风速来说，有低速风洞（风速在130米/秒以下）、高速风洞（实验段内气流马赫数为0.4～4.5的风洞）、亚音速风洞（实验段气流马赫数为0.4～0.7）、跨音速风洞（实验段气流马赫数为0.5～1.3）、超音速风洞（实验段内气流马赫数为1.5～4.5）、高超音速风洞（实验段内气流马赫数大于5）。马赫数是气流速度与声音传播速度之比。

从风洞的特别用途来说，有模拟风对近地结构作用的大气边界层风洞、用于测量车辆行进时所受阻力的汽车风洞，有模拟沙漠迁移规律的风沙风洞以及为测量高空气流特性的稀薄气体风洞、为研究飞机穿过云雾飞行时飞机表面局部结冰现象的冰风洞等。此外，还有激波风洞、热冲风洞等，不一而足。

也许你认为，建造一个风洞是很简单的事情，无非是建造一个大的洞体，再由一个巨大的风扇吹风就妥了。其实，风洞的建造是很复杂的，就洞内的气流来说，如果要使实验段各处的风速均匀，速度的方向平行，湍流度要控制在一定范围内，这就是所谓对流场品质的要求。对于高速风洞，除了有对流场品质的要求外，对气流的湿度和温度还有要求。另外，洞体合乎要求后，还要有配套的许多测试设备和仪器。要有测力矩和测量流场各点速度压强的设备。由于测量这些数据的工作量很大，所以又需要有数据的自动采集和处理设备。

因而，现代化风洞的建立是现代科技水平的体现，风洞的水平完全能够体现一个国家的综合科技水平和实力。有的风洞的尺寸很大，可以把一架飞机装在里面吹风。我们见到的任何一架飞机或火箭的设计都需要成千上万次的风洞实验。建造一座现代化的风洞，耗资可以达数亿美元乃至数十亿美元之巨。

用途多又多

有了合格的风洞，利用这些风洞究竟能够做些什么实验呢？

风洞的产生和发展首先是同航空航天科学的发展紧密相关的。风洞广泛用于研究空气动力学的基本规律，以验证和发展有关理论，并直接为各种飞行器的研制服务，通过风洞实验来确定飞行器的气动布局和评估其气动性能。现代飞行器的设计对风洞的依赖性很大。例如，20世纪50年代美国研制B-52型轰炸机时，曾进行了约1万小时的风洞吹风实验，20世纪80年代第一架航天飞机的研制则进行了约10万小时的风洞实验，包括测量在不同姿态、不同速度、不同大气条件下的阻力、升力和压力分布。所以风洞实验的水平体现了一个国家航空航天的水平，也体现了一个国家国防中制空权的水平。

随着现代科学发展整体化趋势的出现，空气动力学特别是低速空气动力学已跨出航空航天领域，正在向国民经济各个领域渗透，并发挥着越来越大的作用，由此逐步形成了一门新兴的边缘学科——工业空气动力学。工业空气动力学这个名词最早在20世纪60年代初使用，主要是指非航空、航天工程的空气动力学问题。

随着科学技术的发展，风洞的应用范围日益广泛。降落伞、船帆、球类、标枪、铁饼、汽车、建筑物、桥梁、奥运火炬、风车、通风机、冷却塔，等等，凡是对于在空气和风中的物体的运动行为不清楚的地方，都需要在风洞中实验和研究。

举例来说，建成于1940年的美国西北部一座跨海吊桥，即长853.4米的塔科马大桥，建成后不久，由于同年11月7日的一场不大的风（风速仅为19米/秒），引起了振幅接近数米的“颤振”。在这样大振幅的振荡下，桥梁结构很快便塌毁了。人们在事后的风洞研究中发现，这座桥在设计上存在缺陷，是以往桥梁设计者所没有预见到的。自此之后，凡是设计跨度较大的吊桥，都必须进行风洞模型实验，以便对桥梁所受的空气动力进行详细论证。

运动的物体所受气流的迎风阻力f是由公式f =ρkSV 2给出的，其中ρ是空气密度，S是物体的截面积，V是气流的相对速度，而k是与物体形状有关的系数，也称为阻力系数或形状系数。这个系数k只能靠风洞实验来确定。物体不同，阻力系数也不同，通过阻力系数，可以看出物体的不同形状对其所受阻力的影响可以达到数倍到数十倍之大。20世纪70年代以前，一般小汽车的阻力系数约为0.4～0.6；之后，由于油价飙升，节油成为评价汽车性能的重要指标之一，经过不断改进，现今一般小汽车的阻力系数已经降低到0.28～0.4。这都是借助于风洞来实现的。目前，全世界专用于研究汽车空气动力学的风洞有50多座，大部分分布在欧美和日本。

关于自行车在空气中的阻力，测试表明，当车速增加到11米/秒时，空气阻力占前进总阻力的80%。减小空气阻力最有效的措施是减少“人-车系统”在前进方向上的截面积：身体蜷伏、臀部高抬、背部平直的骑行姿势能大大减少空气阻力，“羊角把”的设计便是为了实现这种姿态。

近年來，人们对环境问题日益重视。美国洛杉矶市区三面环山，很少有风，20世纪40年代初，由于有250多万辆汽车每天向大气中排放大量的碳氢化合物、氮氧化物以及一氧化碳等废气，致使废气在日光作用下形成光化学烟雾，造成严重的光化学烟雾污染事件，许多居民出现了眼睛红肿、流泪、喉痛、胸痛和呼吸衰竭等现象。当地65岁以上的老人在两天内死亡400多人。这种情况并不是孤例。

随着城市的发展和规模的扩大，高楼鳞次栉比，密集的建筑群与风相互作用，使得城市在不同的风场条件下出现绕流涡、下冲流、角区流、变化的尾流和穿堂风等效应和现象，这些给城市环境带来了很大影响。过去，由于在城市建设中缺乏科学规划与合理布局，导致有些地方因为大风吹拂而尘土飞扬，另外一些区域由于楼群的阻塞使得空气滞留，通风不畅，空气混浊。这些都会严重影响居民健康。据统计，我国空气质量超过国家三级标准、属于严重污染的城市占到40%左右。城市悬浮颗粒物超标比较普遍。因此，研究建筑群及城市的环境流动、指导科学合理的城市规划和建设是十分必要的。

对于这方面的研究，科学家早在20世纪20年代就开始摸索利用风洞实验来模拟大气边界层流动特性及大气扩散现象。1941年，夏洛克和斯托克在风洞中研究地形及建筑物对烟囱排放出来的烟气扩散的影响。1952年，斯特罗姆在风洞实验段装上加热气流的格栅及阻尼网，形成温度梯度及速度梯度的气流，用于研究大气扩散现象。直到1963年世界上第一座长实验段大气环境风洞——美国科罗拉多州立大学气象风洞的出现，使大气扩散风洞模拟研究从在常规的航空低速风洞中的探索阶段进入到使用专用的大气环境风洞的发展阶段。

由于水和空气都是流体，风洞不仅可以模拟物体在空气中的受力情况，也可以模拟物体在水下受力的情况。只不过在实测阻力系数下，用水的密度来计算实际阻力。所以，风洞在研究潜水艇的改进中也具有巨大作用。

总之，经过100多年的发展和改进，作为高科技领域一种体现国家综合科学技术实力的重要标志，风洞的种类日益繁多，功能日益完善。发展航空航天事业离不开风洞，改进建筑离不开风洞。风洞还可以为减灾、环境保护、提高体育运动成绩以及车船节能等贡献力量。

【责任编辑】赵 菲

作者：武际可

大气旋转力研究论文 篇2：

相近专业交互融合式教学理念构建与实践

【摘要】本文介绍了构建相近专业相近课程的交互融合式教学理念，以大气动力学与海洋动力学课程体系为例，进行两类课程相互结合的教学探索，以及为此开展的教学方法和综合实践的改革尝试，初步教学效果令人满意。教学计划针对主体专业增设相关专业选修课，能够较容易地拓展和深化学生的专业知识。课程教学中增加与主体专业概念近似的相关专业内容的附带介绍，对提高学生归纳与分类的能力有益，对主体专业核心概念的理解与记忆也有促进。在综合实践过程中设计结合相近专业内容的综合实践项目，有利于培养适应性强的专业人才。

【关键词】大气动力学，海洋动力学，专业结合教学理念，综合教学法

1 引言

大气与海洋以覆盖地球表面的水圈与气圈的形式存在，它们相互叠置与连接，它们的运动既有各自的特点，也有相似相近的特征，还有相互的影响与相互的响应。所以描述大气与海洋动力性质的大气动力学和海洋动力学是系统性学习海洋与大气动力机理的基础理论，是认识大气与海洋在地球旋转效应下运动规律的重要学术背景，也是研究海气相互作用必备的专业知识。将大气动力学与海洋动力学结合起来学习，对全面和深入掌握大气与海洋的动力原理有积极促进作用。

对于学习大气动力学和海洋动力学的两类教学体系，其相关的核心课程在大气动力学方面有[1]动力气象学、天气学原理、流体力学、数值天气预报、中小尺度天气动力学、热带天气动力学等，在海洋动力学方面有[2]物理海洋学、海洋气象学、海洋数值模拟、海洋要素计算与预报、海洋调查方法等。这两类课程从不同的角度阐述大气与海洋的动力活动特征和时空演变规律。以常规教学惯例，两类课程对于两个专业是分别授课，各成自我体系，区别较显著，界限也分明的。但实际上，在教学内容上两类课程是有许多相似理念与相通概念的。综合两类课程的教学，不仅对培养从事海气相互作用研究的学生是必要的，对大气科学与海洋动力学高质量人才培养也是非常有利的。我们不可能局限学生未来的工作领域，我们需要培养适应性强的，满足行业拓展需求的人才，因此立足地球流体动力学，将大气动力学与海洋动力学相结合的教学体系应该是学科发展的内容之一。

随着大气科学和海洋科学的发展，人们对大气和海洋的认识不断深化，研究大气和海洋作为一个综合系统的性质及其产生的效应，需求量迅速增加。大气作为海洋的动力与热力的驱动机制，海洋作为大气的热力与动力反馈的下垫面，共同依托地球地形强迫与太阳的辐射加热，对人类生存环境、地球气候演变、天气灾害活动、海洋状态变化、以及资源强弱和蕴藏能力，均产生重大影响。因此综合大气动力学与海洋动力学的学习与研究成为大气与海洋交叉学科发展的趋势，也成为环境与能源、经济与交流等相关领域的迫切要求，在这样的形势下，大气动力学与海洋动力学的高等教学应该在教学形式上和教学理念上进行新型结合与尝试。这是科学发展历程中的必然，是实践活动中的产物。

本文根据一段时期所进行的大气科学与海洋科学动力学类课程体系相互拓展的构建经验，以及在高等教学方式中的改革尝试和获得的效果，对大气动力学与海洋动力学相结合的专业教学进行介绍与小结，以期对提高教学质量，探索新的教学方式提供建议与参考。

2 教学体系构建中的考虑

2.1 教学计划中的交叉专业内容体现

对于大气科学专业的教学，在南京信息工程大学大气科学学院的教学计划中，自2005级的教学计划就开始增加了一门选修课《 物理海洋学基础 》，课程大纲指出[3]课程的主要性质与任务为：“本课程旨在使学生系统地了解物理海洋的基本理论，了解目前的研究水平和今后发展的方向。通过本课程的学习要求学生熟悉海洋的动力现象（海流、海浪、潮波、内波和风暴潮）的基本概念和运动变化的基本规律，理解对海洋动力现象进行研究和分析的基本思路和方法。”在教学内容的安排中，基于选修课的宗旨，注重基本概念的介绍，基本性质的了解，基本理论的认识，给出的大纲为：第一章：物理海洋背景知识，第二章：海水运动基本方程，第三章：海流，第四章：海浪，第五章：潮波，第六章：内波，第七章：风暴潮。其中海流、潮波和风暴潮介绍了主要的海洋动力理论。海流介绍了梯度流，倾斜流，Ekman飘流，底流，非均匀风场的风生流，升降流，漂流的发展，惯性流，西向强化流，温度扰动引起的热盐环流、风生热盐环流，中国海海流特征以及海洋锋等。波浪介绍了线性波动理论，波动的折射和绕射，线性波动的合成，有限振幅波动，以及海浪谱等。潮波一章介绍了潮波理论，陆架自由波，潮波系统，河口潮波，浅水潮波，孤立波等。风暴潮重点介绍了狭长矩形浅水海域中的定常与非定常风暴潮，大洋风暴潮的生成和传播等。

该课程教学对大气科学人才培养的促进性是显著的。曾有两种教学时间的安排，一种为安排在本科四年级上学期讲授，另一种为安排在本科三年级上学期讲授。对两种安排的教学效果进行对比：首先当该课程教学在四年级上学期时，这个时间是在学生考研之前，学生已熟悉了大气动力学的基本知识与理论，该课程内容不仅丰富了学生对海洋动力系统的认识，更强化了学生对动力学理论和思路的掌握。课后学生前来与教师探讨的问题，不仅有课程相关内容，还有大气动力学问题，以及大气动力学方程的推导与应用。动力气象学与物理海洋学从不同的角度对地球流体的描述，已给学生明确的印象，他们开始综合考虑大气与海洋动力学的相似相近，这是我们教学所希望的效果。此外，考研的学生感觉到了对知识的巩固，而有些学生希望投考海洋预报方向，更是专门选修此课程。存在的问题是由于四年级上学期学生的选修学分多数已选够，加之考研压力大，本课程并非大气科学考研科目，因此选课学生较少。对于课程安排在本科三年级上学期的情况，首先是选课学生较多，但该课程在动力气象学课程之前，学生还未了解大气动力学理论。针对这种情况，我们发挥选修课的特色，强调认识与认知，重点在动力学思路的建立，目的为学生后续大气动力学的学习奠定好有利基础，掌握大气与海洋科学两类应用地球流体力学的相似性与差异。由于是选修课，学生学习压力较轻，重视课堂学习时间，态度认真。在2014年第一学期教务处网上评教系统学生评教反馈中，对 “开拓学生思维，指导学习方法”以及 “学生学习收获很大，印象深刻”两项评分高达98.91和99.09（100分为满分/选课学生110人）。

2.2 教学计划中的交叉专业课程安排

对于海洋科学的动力学教学，注重培养方向定在海气相互作用以及海洋气象方面，因此安排了气象相关课程加入专业核心课程：如天气学原理，大气动力学，海洋气象学，以及选修课程中国天气，大气物理学等。图1为海洋科学教学计划课程关联图。

图1南京信息工程大学海洋科学教学计划课程关联

海洋科学课程关联图的设计是依据学生专业人才培养方案进行的，学生的培养目标为[4]：培养具有良好的科学素养、系统掌握海洋科学、特别是物理海洋学、海洋气象学、海洋要素监测与预报、海气相互作用等基本理论、基本知识和应用技能的人才。培养在海洋科学、海洋气象、气候变化、军事海洋、海洋环境监测、环境保护和资源开发等领域从事科研、教学、科技开发及相关管理工作的专业人才。毕业生具有基础扎实，勤于实践、敏于思考、适应性强的科学专业品质。

由于培养目标明确，学生对自身的专业能力与定位清楚，在就业方面充分利用专业适应性，对相关行业积极主动求职，面试时强调所学之长，受到用人单位的认可。目前毕业生就业的行业有：气象局、海洋局、空管局、低空飞行公司、大气与海洋能源公司等；依托数理基础强，大气与海洋相结合的背景特色，学生考研单位有高校海洋类与气象类专业、海洋类科研院所、气象类科研院所等。由毕业生反馈显示，多数喜欢所学专业，乐意目前从事的与本专业相关工作。而相关科研院所也经常表达对生源所具备的学科特色的肯定与欢迎。

3 实际授课中综合教学方法的尝试

大气与海洋动力学的综合教学，是依据教学心智规律，对教学内容进行多次重复，对记忆反复刺激，协助学生加快对概念的熟悉与掌握。但这种重复与英语教学中单词在前后课文中的重复出现不完全相同的是，相关课程多次从不同角度对专业概念与理论进行描述与讲解，使学生通过拓展与比较，能够较全面地，多方位地认识和理解所学知识的核心。当然，此种教学方法对教师能够具备大气科学与海洋动力学两方面背景有一定期望。

3.1 基本概念与理论的介绍

在基本概念和理论的介绍方面，首先明确主体课程的基本要求，在学生了解基本定义的情况下，适时提及相关学科相似概念及其关系。恰当地加深学生对概念的理解。

例如地转流概念的教学，大气与海洋都是受地球旋转效应影响的行星尺度流体，因此两者都有地转流（风）概念。定义分别为对海水[5]：“地转流为大尺度海水在压强梯度力和 Coriolis 力平衡下的流动。这种流动基本上是近水平的，可近似认为是定常的，流速大小与梯度大小成正比。对于密度非均匀的地转流，称为梯度流，对于密度均匀假定下的地转流称为倾斜流。梯度流沿等压线流动，在北半球高压在右，低压在左；倾斜流沿等水位线流动，在北半球高水位在右低水位在左.”，对于大气[6]：“地转风为在中高纬度自由大气中水平气压梯度力与与水平地转偏向力平衡下的大尺度气流，风速与气压梯度成正比，风向与等压线平行，在北半球背风而立，高压在右低压在左。在不考虑摩擦力时，气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三力平衡时的风称为梯度风。”

它们的表达式分别如表1所示：

从表1可以注意到地转流与地转风的类似，归类定义的学习，对于学生有了一次对比认知，多了一次复习机会，帮助了对概念的记忆与正确理解。

再例如动力系统的特征对比，锋面是重要的天气系统，强烈的天气现象往往伴随锋面而来。海洋中也有锋面系统，但更重要的是跃层。锋面和跃层的存在都是基于不同性质气团的交界面和不同性质的水团交界面，在水平方向上称为锋面，当水团垂直叠置时交界面为跃层。在锋面处和跃层位置，要素的梯度大，但是由于海水密度大于空气，因此大气锋面带来强风可大于10m/s，而海洋锋面处的流动在10-50cm/s左右已是强流动了。由于极地冷，低纬度热，因此海洋行星尺度锋面是大致沿纬圈绕极维持的，而大气锋面形态往往是与高层槽线配合，经向度更大，过程性显著，有冷暖锋，静止锋，锢囚锋等，主要依据气温特征和锋面移动特点进行分类。海洋中的中小尺度锋面则受地形、系统、以及不同要素特征控制更多，锋面种类较丰富，时空非规律性变化较显著。

通过在教学中的对相似动力系统有主次地介绍与提及，学生学习了新概念，也复习或了解了相关动力系统，轻松地记住了大气与海洋动力系统的差异和共性，有利于学生开拓性学习和提升学习兴趣。

3.2 适应行业需求的综合实习

学生的专业综合实习为6周，主要是对四年所学各核心课程进行梳理，认识基本理论的实际应用，特别是在解决问题中对原理与方法进行综合运用。由于沿海气象局均有海洋气象台，而国家海洋局系统和沿海省市海洋局均在构建海洋预报体系，因此无论从气象角度还是海洋方面，对海洋与大气动力理论结合的实习，都是综合实习的重要组成部分。在大气科学教学实习中心，安排了沿海风和雾的预报实习，在海洋综合实习内容中，安排了台风风暴潮过程要素诊断，这些实习项目对学生理解海洋与大气运动过程的相互影响相互响应提供了感性认识，而具体的统计方法、诊断技术、以及数值产品质量控制等实习过程，加深了学生对数理方法普适性的认识，对海洋与大气动力性质相似相异的深刻印象。培养了学生的领悟性，动手能力，多学科的适应性，和对理论与实际结合的初步了解。在实习中并不要求学生对大气与海洋都深入了解，而是形成对海洋动力学和大气动力学基本理论的不同层次上的理解与掌握的互补，实践证明，这对人才能力的培养有助。

3.3 开放式综合思路的构建

现代高等教育面临着新兴技术的迅速生长，旧的生产方式逐渐隐退的社会局面，经典理论在深化，新型论点在形成，因此对学生的培养需要向开放式综合性方面发展，需要尝试构建新的培养模式。就从气象预报和海洋预报的流程来看，过去的报务员已被网络信息传递所代替，过去的填图员已被自动绘图设备所取代，而数值模拟预报、资料质量控制成为兴盛职业。随着国家经济的发展，中国已跨过了960万平方公里土地国土的局限，积极地开发海洋疆域，积极地进行海上交流已成为国家日常重要经济活动。因此大气与海洋的综合预报，综合监测，综合使用需求量迅速增长。对于人才培养的大气海洋类专业，立足大气动力学，熟悉海洋动力学，或立足海洋动力学，熟悉大气动力学已成为型新人才的新素质标准。可是本科四年的培养时间不可能拉长，专业特色不应该模糊，因此在教学计划中增加相关选修课，在教学方法上进行某种革新，对培养学生构建开放式思路，学会归纳分类的科学思考习惯都营造了良好的启发环境。以本专业概念为主，配合相关专业知识的补充讲解，通过归纳与分类协助对知识的深入理解，这样不仅传授了知识，也指导了学习方法和分析技能。所以我们的教学尝试------构建大气动力学与海洋动力学相结合的教学理念，以及进行教学内容的综合实践，是有意义的，也为学生今后在工作岗位更快地适应新知识，新技术奠定了必备基础。目前效果良好，受到学生的欢迎和行业单位的认可。对教师的能力的提升也有促进作用。

4 小结与讨论

本文介绍了构建大气动力学与海洋动力学相结合的教学理念，以及为此进行的教学方法和综合实践的改革尝试，初步教学效果令人满意。

（1）教学计划针对主体专业增设相关专业选修课，可事半功倍地拓展学生的专业知识。

（2）课程教学中增加与主体专业概念近似的相关专业内容的附带介绍，既培养了学生归纳与分类的能力，也帮助了学生对主体核心概念的理解与记忆。

（3）在综合实践过程中设计结合相近专业的综合实践项目，有利于培养适应性强的专业人才。

（4）对教师能力的系统性提升也有促进作用。

参考文献：

[1]南京信息工程大学大气科学学院大气科学专业教学计划2011版

[2]南京信息工程大学海洋科学学院海洋气象与物理海洋专业教学计划2011版

[3]南京信息工程大学大气科学学院大气科学专业教学大纲2011版

[4]南京信息工程大学大气科学学院海洋科学专业人才培养方案2011版

[5]物理海洋学，叶安乐等编著，青岛海洋大学出版社，1992年。

[6]天气学原理和方法（第四版），气象出版社，朱乾根，林锦瑞、寿绍文、唐东昇编著，2007年6月

基金项目：资助项目：南京信息工程大学教改课题（10TD002）；南信大教材基金（N1885012195），南信大教材基金（N1885012194），南信大实验室开放项目（N1081005174），南信大教材基金（N10JCLX013），共同资助.

作者：王坚红 刘刚 李洪利

大气旋转力研究论文 篇3：

大气旋涡：舞动的精灵

关于UFO有许多报道，也有一些猜测和解释，但始终众说纷纭，莫衷一是。我对UFO研究不深，不敢妄断。我翻阅了一些资料，总觉得有些照片和叙述不是那么真实，疑点丛生；但是，有几篇报道还是让我为之振奋。

一是2002年11月1日2时30分，伊宁市东方夜空中，“一颗看起来有米粒般大小的物体不停地发出黄、蓝、紫等奇异的光芒。4时10分，该物体突然变大。呈暗红色圆球状。约有当晚月亮的1／4大，表面似有细圈同心圆图案。它一边旋转，一边喷射出细小的颗粒。数秒后又缩小成米粒大。6时5分，UFO再次变大。数十秒后消失”。

二是2004年8月28日5时20分，太原市东方夜空中出现一个圆盘状UFO，“中间部位呈环形波纹状，中心有两个黑点，有时合二为一，黑点似乎在做环状运动。该发光物体呈梨的形状。做翻转、跳跃式运动，还相继发出白色和暗红色光”。

三是2005年9月25日18时30分，在中国北方夜空出现了一个奇特的螺旋状UFO，“中心有个较亮的头部，呈伸长状。看起来类似彗发，相当亮。靠近头部的地方有明显的纤维状喷流结构。头部拖着‘彗尾’逆时针旋转。这个螺旋状发光物整体向西缓缓移动，逐渐变小变暗，最后消失在西方低空”。

从照片和文字叙述上来看，上述UFO具有一些共性：①都呈圆形；②都有圈层；③都在自旋；④都会发光；⑤都来去匆匆。

关于圆盘状UFO，之前也有人见到过。20世纪初的文献中记载：“是夜，星光满天，却无月色。各人正在险滩，瞥见空中忽起一道圆光，大可亩许。圆光中有一紫一白两种色，此前彼退。此缩彼涨，各人看得眼花。足有五分钟。白光便不见，仅有紫光，在圆光内渐缩渐小，初如笆，继如斗，如碗。如拳，如指，忽尽灭。”这个UFO与伊宁市、太原市的圆盘状UFO很相似。

南京紫金山天文台研究员王思潮先生对UFO颇有研究。他认为2002年11月1日2时30分，出现在伊宁市东方夜空中的UFO“是一个由智慧生物控制的飞行器，不可能是自然现象”。还有一种观点，认为是织女星。但我一看到照片，就立即意识到这是一个分出圈层的微型大气旋涡。

关于螺旋状UFO，古籍也有记载。乾隆年间的《潮州府志》就说，明朝万历五年十二月初三夜，天空“尾星旋转如轮，焰照天。逾时乃灭”。

2005年中国北方出现的那个UFO是一个带有旋臂的微型大气旋涡，而旋转如轮的“尾星”也应该是一个微型大气旋涡。

说起大气旋涡，就使我想起了坟前烧纸引起的“鬼抢钱”的旋风；想起了盛夏中午，空旷的原野上的那些卷起尘土和杂草冲向空中的旋风；想起了可以将海水、尘土和杂物吸至高空，形成像大象鼻子一样的巨大水柱的破坏力极其强大的龙卷风；想起了肆虐中国北方的沙尘暴；想起了引起浪潮、海啸、狂风和暴雨，一次竞夺走30万人生命的台风。上述三个UFO实际上都是一种大气旋涡。只是这种大气旋涡受重力的影响比较小，与旋风、龙卷风和台风略有不同。

旋涡有什么样的结构呢?

旋涡是流体绕着中心向一个方向旋进而形成的一种近圆形构造。在旋涡平面上自外向里依次为：旋涡边缘、旋涡外围和旋涡中心。由于旋涡力的作用较小，这些区域只是彼此分离，形成一个个环形区域。旋涡边缘为运动速度较慢的一个环形区域，旋涡外围为运动速度较快的一个环形区域。如果旋涡速度很大，外围区域就会形成两个、四个或更多个旋臂。旋涡中心是旋涡里速度最大的物质最密集的区域，它的核心部位有一个洞，可以分为洞沿、洞壁和洞眼(伊宁市夜空中的UFO有非常明显的中心洞)，洞壁上可以流出物质(伊宁市和中国北方出现的UFO都从中心向外喷射物质)。微型大气旋涡由于受重力的影响比较小，因此核心洞内的物质不是流向一个方向，而是流向相反的两个方向。伊宁市和太原市出现的UFO属于自转速度较小的大气旋涡；中国北方出现的UFO则属于自转速度较大的大气旋涡。

整个旋涡好似中国古代的太极阴阳鱼，不同的是，太极阴阳鱼是完整的两条鱼，而旋涡是两条鱼共用一个鱼头，鱼眼为中心洞，鱼头为中心区；一条鱼就是一个旋臂，鱼身为外围区；鱼尾向外甩开并分叉。台风是最典型的旋涡，两条巨大的旋臂上浪起云涌，中心区雨暴风狂，但中心区里的台风眼里却风平浪静。

旋涡是怎样运动的呢?

旋涡具有明显的公转、自转、进动和轴向运动。

旋涡的公转就是整体运动，这种运动是有一定方向的。一般情况下是沿着自转的方向前进，只是曲率半径较大而已。在众多情况下，人们只看到了UFO的整体运动，而未看到自转、进动和轴向运动，也就是说，未看到细微处。

旋涡是如何产生和消失的呢?

形成旋涡的必要条件是：①要有大量的可流动物质；②要有可以使可流动物质运动的外力。当外力作用于可流动物质时，可流动物质就会流动；但由于可流动物质所处的位置不同，受到的力的大小不同，流动速度就有所不同。速度大的可流动物质对速度小的可流动物质形成一种压力，于是，旋涡就形成了。

在高速运动的物质流周围也会形成横切运动方向的旋涡，地球上池水下泄、热气流上升引起的旋涡就属于这一种。人们看到的可能是旋涡的正面，也可能是侧面；可能向一个方向喷发，也可能向两个方向喷发。喷射张角越小，说明旋转速度越大；喷射张角越大．说明旋转速度越小。2004年，墨西哥一家电视台播放了一段长达15分钟的UFO录像，画面上。11个UFO结队飞行，速度极快，在半空中组成圆形，团团围住侦察机。这11个UFO就是飞机高速运动带出来的一个个大气旋涡。2002年6月30日22时10分，驻渝航空兵部队的一位飞行员执行任务时发现，同高度右边400米左右处有一个亮着黄色灯的UFO与他平行飞行。这个UFO也应该是飞机自己运动带出来的一个大气旋涡。

根据流体力学原理，当一个旋涡的物质凝聚大于扩散时，这个旋涡就会逐步扩大；当一个旋涡的物质凝聚小于扩散时，这个旋涡就要萎缩、消失了。台风登陆后．很快就会衰亡。当力量衰竭或者运动到微粒较少的区域时，大气旋涡就会渐渐变小，直至消失。

旋涡从无到有、从小到大，又从大到小、从有到无，有一个完整的生命周期。旋风、台风、龙卷风时而出现，时而消失，也就是这个道理。当然，大气旋涡之类的UFO也是如此。

那么，大气旋涡之类的UFO为什么会发光呢?

圆周运动定律告诉我们，距离圆心越近，物体的运动速度越大。旋涡中心区与外围区速度的差异会使其中的物质相互摩擦而产生热量，当公转、自转和轴向运动的速度达到一定程度时，旋涡就会发出光芒。我们能够看到UFO明亮的圆盘和明显的圈层，那是因为旋涡里的物质做高速圆周运动所致；我们能够看到UFO中心明亮的喷发物，那是因为旋涡中心的物质高速轴向运动的结果；我们能够看到球形闪电，那是因为旋涡速度特别大，大气被电离的缘故。大气层中有许许多多的旋涡，但是，由于旋涡中的物质密度太低或旋转速度太小，物质发不出可见光来，人们看不到它们。正因为如此，人们总是在晚上发现UFO。如果有一台红外望远镜，你会看到许多这种UFO。2004年5月10日，墨西哥一家电视台播放的UFO录像就是用远红外线摄像机拍摄的。

大气旋涡之类的UFO出现在什么地方。说明那里的大气中微粒多一些(或者说大气污染严重一些)，外界的扰动多一些(如飞机的航线上)。难怪，UFO总爱光临繁华城市的上空，而很少去偏僻的农村。

总之，有一些UFO只是一种大气旋涡。当你看到它时，不必惊慌失措。

作者：袁玉刚