| 時間割コード | | 3400041 | | | 科目区分 | | Ⅰ類科目
Type 1 Subjects | | | 科目名 【日本語】 | | 地球流体力学 | | | 科目名 【英語】 | | Geophysical Fluid Dynamics | | | コースナンバリングコード | | ENV116003J | | | 担当教員 【日本語】 | | 相木 秀則 ○ | | | 担当教員 【英語】 | | AIKI Hidenori ○ | | | 単位数 | | 2 | | | 開講期・開講時間帯 | | 春 木曜日 ２時限
Spring Thu 2 | | | 対象学年 | | １年
1 | | | 授業形態 | | 講義
Lecture | | | 専攻 | | | 地球環境科学専攻 | | Department of Earth and Environmental Sciences |
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| 授業の目的 【日本語】 | | 【授業の目的】
大気・海洋大循環や気候システムを理解するための基本的枠組の一つである大気・海洋力学の基本的知識を提供する。地球上の大気と海洋の循環は、地球の自転と成層両方の効果を強く受けている。その基礎方程式から導かれる地球規模の渦や波動の構造と特性について解説する。歴史的に振り返ると地球流体力学の意義は、具体的な現象の中から一般原理を抽出し体系化する事によって支配方程式を構築することである。このような思考を通じて、大気と海洋の幅広い現象についての理解・予測の見通しを与える。
【到達目標】
大気海洋中のさまざまな波動を分類しそれぞれの特徴を理解できるようになる。
大気海洋大循環モデル（数値シミュレーション）の力学支配方程式を理解できるようになる。
Navier-Stokes方程式、Boussinesq方程式、プリミティブ方程式、浅水方程式、準地衡風方程式の違いを理解できるようになる。
大気海洋中の渦が発生するメカニズムの基礎を理解できるようになる。
【該当ディプロマポリシー】
DP1：環境学の基礎に関して十分な学識を身につけるとともに、環境に関わる諸問題に関して幅広い関心を持ち、知識を獲得することができる。
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| | | 授業の目的 【英語】 | | [Purpose of the Class]
Stratified fluid on the rotating sphere is called geophysical fluid. Geophysical fluid generalizes the fluids of the atmosphere and the ocean of large-scale that feel the rotation of the Earth and are statically stable. Geophysical fluid dynamics is thus fluid dynamics that deals with the nature common to the atmosphere and the ocean of large-scale.
[Target]
To be able to classify the various waves in the atmosphere and ocean and understand the characteristics of each.
Students will be able to understand the equations governing the dynamics of atmospheric and oceanic general circulation models (numerical simulations).
Understand the difference between the Navier-Stokes equation, Boussinesq equation, primitive equation, shallow water equation, and quasi-geostatic wind equation. To be able to understand the basics of the mechanism of the generation of vortices in the atmosphere and ocean.
[Applicable Diploma Policy]
DP1: Acquire sufficient knowledge of the fundamentals of environmental studies and acquire a broad interest and knowledge of various environmental issues.
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| | | 到達目標 【日本語】 | | | | | 到達目標 【英語】 | | | | | 授業の内容や構成 | | 【授業の構成】
１. 流体の基礎方程式
２. 波動力学の基礎、水面波
３. 分散関係式、群速度
４. 慣性振動、エクマンスパイラル、境界層
５. 回転成層流体の運動方程式
６. 内部重力波、鉛直モード分解
７. 温位・密度座標系、渦位の保存則
８. 回転水槽実験
９. 無次元数、有効位置エネルギー
１０. 準地衡風方程式（世界初の数値気象予報に使われた方程式系）
１１. 中緯度ロスビー波
１２. 赤道波、エルニーニョ現象
１３. 順圧不安定
１４. 傾圧不安定（温帯低気圧の発達の力学）
１５. 乱流
【履修条件・関連する科目】
◆授業を受けるにあたって、物理学、特に力学、の基本的考え方を修得していることが望ましい。さらに、流体力学、熱力学、ベクトル解析および偏微分の初歩についても慣れていることが望ましいが、授業の中で必要な部分は復習する。
【授業時間外学習の指示】
授業のスライドを電子配布するので予習復習をしておくこと。 | [Class Structure]
1. Governing equations for fluid motions
2. Wave dynamics, surface waves
3. Dispersion relation, group velocity
4. Inertial oscillation, Ekman spiral, boundary layer
5. Rotating stratified fluid
6. Internal gravity waves, vertical mode decomposition
7. Isentropic / density coordinates, conservation of potential vorticity
8. Rotating tank experiment
9. Nondimensional parameters, available potential energy
10. Quasi-geostrophic potential vorticity equation
11. Mid-latitude Rossby waves
12. Equatorial waves
13. Barotropic instability
14. Baroclinic instability
15. Turbulence
[Course Requirements and Related Courses]
It is desirable to have mastered the basic concepts of physics, especially mechanics, in order to take the class. In addition, students should be familiar with fluid mechanics, thermodynamics, vector analysis, and the rudiments of partial differentiation, although they should review the necessary parts of the class.
[Instructions for studying outside of class time]
The class slides will be distributed electronically, so students are required to prepare for and review them.
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| | | 履修条件・関連する科目 | | | | | 成績評価の方法と基準 | | ・講義への出席状況（参加態度・積極性・宿題達成度を含む）および講義終了時に課すレポート課題達成度（各50％）。
・講義終了時に課すレポートを提出しない学生は、「欠席」とみなす。 | Attendance and Home Work evaluation: 50 %
Final Report evaluation: 50 % |
| | | 教科書 | | 地球環境を学ぶための流体力学，九州大学, 成山堂書店, 336pp., 2006
地球流体力学入門-大気と海洋の流れのしくみ- 木村竜治, 東京堂出版, 247pp., 1983
| An Introduction to Dynamic Meteorology, J Holton, Academic Press (Elsevier), 532 pp., 2012
Atmospheric and oceanic fluid dynamics, G. K. Vallis, Cambridge Univ. Press, 964 pp., 2017 |
| | | 参考書 | | 単位は出せないが学部３・４年生（数理学科・物理学科・地球惑星学科・工学部・情報学部など）の受講も奨励する。
| | Credits are not awarded, but third and fourth year undergraduates (Department of Mathematics, Department of Physics, Department of Earth and Planetary Science, Faculty of Engineering, Faculty of Information Science, etc.) are encouraged to take the course. |
| | | 課外学習等（授業時間外学習の指示） | | | | | 注意事項 | | | | | 授業言語 (資料) | | | | | 授業言語 (口頭) | | | | | 英語の質問への対応 | | | | | 授業開講形態等 | | | | | 遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置 | | | |
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