授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 【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。
【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。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | [Applicable Diploma Policy] DP1: Acquire sufficient knowledge of the fundamentals of environmental studies and acquire a broad interest and knowledge of various environmental issues.
[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. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN) | | 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。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | 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. |
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授業の内容や構成
Course Content / Plan | | 【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 | [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 |
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履修条件・関連する科目
Course Prerequisites and Related Courses | | | ◆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。 | | 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. |
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成績評価の方法と基準
Course Evaluation Method and Criteria | | ・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 % |
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教科書
Textbook | | | 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 | | An Introduction to Dynamic Meteorology, J Holton, Academic Press (Elsevier), 532 pp., 2012 |
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参考書
Reference Book | | | 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 | | Atmospheric and oceanic fluid dynamics, G. K. Vallis, Cambridge Univ. Press, 964 pp., 2017 |
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課外学習等（授業時間外学習の指示）
Study Load(Self-directed Learning Outside Course Hours) | | | 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。 | | The class slides will be distributed electronically, so students are required to prepare for and review them. |
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注意事項
Notice for Students | | | 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. |
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授業言語 (資料)
Language(s) for Materials | | |
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授業言語 (口頭)
Language(s) for Instruction & Discussion | | |
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英語の質問への対応
English Question | | |
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授業開講形態等
Lecture format, etc. | | | ※履修登録後に授業形態等に変更がある場合には、TACTの授業サイトで案内します。 | | * If there is a change in the class form,etc. after registration, we will guide you on the TACT class site. |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置
Additional measures for remote class (on-demand class) | | | 授業を録画して後で視聴できるようなサービスは原則的に行わない。感染などの理由で、講義室に来られない学生に対して遠隔同時配信するサービスはリクエストに応じて行う。 | | In principle, we do not provide services that allow students to record classes and watch them later. Remote simultaneous viewing service for students who cannot come to the lecture room owing to infection or other reasons will be provided upon request. |
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