物理海洋學(xué)導(dǎo)論

目錄
前言
第1章 基礎(chǔ)知識(shí) 1
1.1 歷史背景 1
1.1.1 早期探索者 1
1.1.2 中國航海者 2
1.1.3 歐洲發(fā)現(xiàn)者 3
1.2 海洋物理環(huán)境 4
1.2.1 四大洋及邊緣海 4
1.2.2 海洋的尺度 5
1.2.3 海底特征 6
1.2.4 海洋深度的測量 6
1.2.5 海洋中的聲音 7
1.3 大氣動(dòng)力作用 8
1.3.1 大氣風(fēng)生系統(tǒng) 9
1.3.2 大氣對海洋的影響 10
1.4 海洋熱量收支 13
1.4.1 海洋熱收支 13
1.4.2 影響熱收支各項(xiàng)的因素 13
1.4.3 熱收支的空間分布 15
1.5 海洋物理參數(shù) 17
1.5.1 溫度 17
1.5.2 鹽度 17
1.5.3 海表溫度和鹽度的空間分布 19
1.5.4 密度、位溫和中性密度 20
1.5.5 溫度的測量 25
1.5.6 電導(dǎo)率或鹽度的測量 25
1.5.7 測量不同深度的溫度和鹽度 26
第2章 物理海洋方程組 28
2.1 納維-斯托克斯方程的建立 28
2.1.1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 28
2.1.2 基本守恒定律 28
2.1.3 歐拉的理想流體 30
2.1.4 納維-斯托克斯方程表達(dá)式 33
2.2 物理海洋方程的建立 35
2.2.1 連續(xù)性方程 35
2.2.2 運(yùn)動(dòng)方程的其他外力 37
2.2.3 熱鹽守恒過程及狀態(tài)方程 44
2.3 物理海洋方程的處理方法 48
2.3.1 主要的近似和邊界條件 48
2.3.2 尺度分析方法 49
2.3.3 散度與流函數(shù)、渦度與勢函數(shù) 51
第3章 潮汐 54
3.1 潮汐現(xiàn)象 54
3.1.1 相關(guān)天體知識(shí) 54
3.1.2 潮汐要素 55
3.1.3 潮汐的類型 56
3.2 潮汐基本理論 57
3.2.1 引潮勢 57
3.2.2 平衡潮理論 60
3.2.3 潮汐不等現(xiàn)象 62
3.3 潮汐調(diào)和分析預(yù)報(bào) 64
3.4 潮波 65
3.5 潮汐觀測 66
3.5.1 驗(yàn)潮站 66
3.5.2 衛(wèi)星觀測 67
3.6 我國近海潮汐特征 68
3.6.1 我國近海潮波系統(tǒng) 68
3.6.2 我國近海潮汐類型 69
第4章 地轉(zhuǎn)流 73
4.1 靜力平衡 73
4.2 地轉(zhuǎn)方程組 74
4.2.1 地轉(zhuǎn)方程組的推導(dǎo) 74
4.2.2 熱成風(fēng)關(guān)系 76
4.3 利用衛(wèi)星高度計(jì)資料計(jì)算地轉(zhuǎn)流 76
4.3.1 衛(wèi)星高度計(jì)的發(fā)展簡介 77
4.3.2 高度計(jì)資料計(jì)算地轉(zhuǎn)流 80
4.4 利用溫鹽數(shù)據(jù)計(jì)算地轉(zhuǎn)流 82
4.4.1 相對地轉(zhuǎn)流的計(jì)算 82
4.4.2 P 矢量方法計(jì)算絕對地轉(zhuǎn)流 87
第5章 埃克曼流與慣性流 90
5.1 海表風(fēng)應(yīng)力 90
5.1.1 風(fēng)能的輸入 90
5.1.2 朗繆爾環(huán)流 91
5.2 海表?？寺鼘?92
5.2.1 海表埃克曼漂流 92
5.2.2 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與海表觀測 95
5.2.3 有限深海漂流 99
5.3 ?？寺|(zhì)量輸運(yùn)及其應(yīng)用 101
5.3.1 埃克曼質(zhì)量輸運(yùn) 101
5.3.2 沿岸上升流 102
5.3.3 ?？寺槲?103
5.4 海底埃克曼流 105
5.5 慣性流 106
第6章 風(fēng)生大洋環(huán)流 109
6.1 斯韋德魯普風(fēng)生環(huán)流理論 109
6.1.1 斯韋德魯普方程 109
6.1.2 斯韋德魯普方程物理意義 112
6.2 西邊界流理論 113
6.2.1 斯托梅爾西邊界流理論 113
6.2.2 蒙克西邊界流理論 115
6.2.3 慣性西邊界流理論 117
6.3 位勢渦度守恒 118
6.3.1 海洋中的渦度 118
6.3.2 位渦守恒的推導(dǎo) 119
6.3.3 位渦守恒的意義 120
第7章 深層環(huán)流理論 123
7.1 深層環(huán)流結(jié)構(gòu) 123
7.2 深層環(huán)流的重要性 125
7.2.1 全球熱量再分配 125
7.2.2 海水固碳作用 126
7.3 深層環(huán)流理論 126
7.3.1 翻轉(zhuǎn)環(huán)流與深層西邊界流 126
7.3.2 深層環(huán)流的多平衡態(tài) 128
7.4 深層環(huán)流的觀測 130
7.4.1 深層西邊界流的觀測 130
7.4.2 其他深層流的觀測 131
第8章 波浪理論 134
8.1 波動(dòng)現(xiàn)象 134
8.1.1 海浪的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 135
vi 物理海洋學(xué)導(dǎo)論
8.1.2 海浪運(yùn)動(dòng)控制方程和定解條件 138
8.2 線性波理論 140
8.2.1 線性波控制方程、定解條件和理論解 140
8.2.2 線性波的速度場和加速度場 141
8.2.3 線性波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 142
8.2.4 線性波的壓力場 143
8.2.5 線性波的波能和波能流 143
8.2.6 波群和群速 145
8.2.7 駐波 147
8.3 非線性波理論 148
8.4 波浪的淺水變形、折射、繞射、反射和破碎 149
8.5 隨機(jī)波浪理論 151
8.5.1 特征波法 151
8.5.2 兩種常見的波浪譜 151
8.6 波浪的觀測 153
8.6.1 波浪的現(xiàn)場觀測 153
8.6.2 波浪的遙感觀測 155
8.7 極端災(zāi)害性波動(dòng) 155
8.7.1 風(fēng)暴潮 155
8.7.2 風(fēng)暴潮災(zāi)害及預(yù)防 155
8.7.3 風(fēng)暴潮數(shù)值預(yù)報(bào) 156
8.7.4 風(fēng)暴潮衛(wèi)星觀測 157
8.7.5 海嘯 157
第9章 海洋中的大尺度波動(dòng) 158
9.1 線性波動(dòng)理論 158
9.2 龐加萊波 159
9.3 開爾文波 160
9.4 羅斯貝波 161
9.5 地形羅斯貝波 165
第10章 海洋內(nèi)波 168
10.1 內(nèi)波現(xiàn)象 168
10.2 內(nèi)波基本控制方程 171
10.3 內(nèi)波頻散關(guān)系 173
10.3.1 垂向本征方程 173
10.3.2 內(nèi)波頻散關(guān)系 174
10.4 內(nèi)波動(dòng)力學(xué)特征 175
10.4.1 內(nèi)波垂向本征模態(tài) 175
10.4.2 兩層流體內(nèi)波解及其流場特征 176
10.5 內(nèi)波的反射與折射 179
10.5.1 海洋內(nèi)波的反射 179
10.5.2 海洋內(nèi)波的折射 180
10.6 內(nèi)波觀測 181
10.6.1 現(xiàn)場觀測 181
10.6.2 衛(wèi)星遙感觀測 181
10.7 內(nèi)潮和內(nèi)孤立波 182
10.7.1 內(nèi)潮 182
10.7.2 內(nèi)孤立波 183
第11章 若干前沿專題 185
11.1 赤道過程 185
11.1.1 赤道海流 185
11.1.2 ENSO 188
11.1.3 ENSO 觀測與預(yù)報(bào) 188
11.1.4 赤道開爾文波和羅斯貝波 189
11.2 極地過程 190
11.2.1 概述 190
11.2.2 北極地區(qū) 191
11.2.3 南極地區(qū) 197
11.3 海洋中尺度渦旋 203
11.3.1 海洋渦旋自動(dòng)探測的必要性 204
11.3.2 海洋渦旋自動(dòng)探測的方法 205
11.3.3 海洋渦旋的產(chǎn)生機(jī)制 206
11.3.4 大氣對海洋中尺度渦旋的響應(yīng)特征 206
11.4 海洋次中尺度過程 206
11.4.1 海洋次中尺度過程的時(shí)空特征 206
11.4.2 海洋次中尺度過程的種類 207
11.4.3 海洋次中尺度過程的生成機(jī)制 208
參考文獻(xiàn) 212
主要符號(hào)列表 221
后記 223