物理海洋學導論

前言
第1章 基礎知識 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 歐洲發現者 3
1.2 海洋物理環境 4
1.2.1 四大洋及邊緣海 4
1.2.2 海洋的尺度 5
1.2.3 海底特徵 6
1.2.4 海洋深度的測量 6
1.2.5 海洋中的聲音 7
1.3 大氣動力作用 8
1.3.1 大氣風生系統 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 影響熱收支各項的因素 13
1.4.3 熱收支的空間分佈 15
1.5 海洋物理參數 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佈 19
1.5.4 密度、位元元溫和中性密度 20
1.5.5 溫度的測量 25
1.5.6 電導率或鹽度的測量 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 連續介質假設 28
2.1.2 基本守恆定律 28
2.1.3 歐拉的理想流體 30
2.1.4 納維-斯托克斯方程運算式 33
2.2 物理海洋方程的建立 35
2.2.1 連續性方程 35
2.2.2 運動方程的其他外力 37
2.2.3 熱鹽守恆過程及狀態方程 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、渦度與勢函數 51

第3章 潮汐 54
3.1 潮汐現象 54
3.1.1 相關天體知識 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 潮汐不等現象 62
3.3 潮汐調和分析預報 64
3.4 潮波 65
3.5 潮汐觀測 66
3.5.1 驗潮站 66
3.5.2 衛星觀測 67
3.6 我國近海潮汐特徵 68
3.6.1 我國近海潮波系統 68
3.6.2 我國近海潮汐類型 69

第4章 地轉流 73
4.1 靜力平衡 73
4.2 地轉方程組 74
4.2.1 地轉方程組的推導 74
4.2.2 熱成風關係 76
4.3 利用衛星高度計資料計算地轉流 76
4.3.1 衛星高度計的發展簡介 77
4.3.2 高度計資料計算地轉流 80
4.4 利用溫鹽資料計算地轉流 82
4.4.1 相對地轉流的計算 82
4.4.2 P 向量方法計算絕對地轉流 87

第5章 埃克曼流與慣性流 90
5.1 海表風應力 90
5.1.1 風能的輸入 90
5.1.2 朗繆爾環流 91
5.2 海表埃克曼層 92
5.2.1 海表埃克曼漂流 92
5.2.2 經驗計算與海表觀測 95
5.2.3 有限深海漂流 99
5.3 埃克曼品質輸運及其應用 101
5.3.1 埃克曼品質輸運 101
5.3.2 沿岸上升流 102
5.3.3 埃克曼抽吸 103
5.4 海底埃克曼流 105
5.5 慣性流 106

第6章 風生大洋環流 109
6.1 斯韋德魯普風生環流理論 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 位勢渦度守恆 118
6.3.1 海洋中的渦度 118
6.3.2 位渦守恆的推導 119
6.3.3 位渦守恆的意義 120

第7章 深層環流理論 123
7.1 深層環流結構 123
7.2 深層環流的重要性 125
7.2.1 全球熱量再分配 125
7.2.2 海水固碳作用 126
7.3 深層環流理論 126
7.3.1 翻轉環流與深層西邊界流 126
7.3.2 深層環流的多平衡態 128
7.4 深層環流的觀測 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 波動現象 134
8.1.1 海浪的運動學特徵 135
vi 物理海洋學導論
8.1.2 海浪運動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 線性波質點的運動軌跡 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 隨機波浪理論 151
8.5.1 特徵波法 151
8.5.2 兩種常見的波浪譜 151
8.6 波浪的觀測 153
8.6.1 波浪的現場觀測 153
8.6.2 波浪的遙感觀測 155
8.7 極端災害性波動 155
8.7.1 風暴潮 155
8.7.2 風暴潮災害及預防 155
8.7.3 風暴潮數值預報 156
8.7.4 風暴潮衛星觀測 157
8.7.5 海嘯 157

第9章 海洋中的大尺度波動 158
9.1 線性波動理論 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 海洋內波 168
10.1 內波現象 168
10.2 內波基本控制方程 171
10.3 內波頻散關係 173
10.3.1 垂向本征方程 173
10.3.2 內波頻散關係 174
10.4 內波動力學特徵 175
10.4.1 內波垂向本征模態 175
10.4.2 兩層流體內波解及其流場特徵 176
10.5 內波的反射與折射 179
10.5.1 海洋內波的反射 179
10.5.2 海洋內波的折射 180
10.6 內波觀測 181
10.6.1 現場觀測 181
10.6.2 衛星遙感觀測 181
10.7 內潮和內孤立波 182
10.7.1 內潮 182
10.7.2 內孤立波 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 觀測與預報 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 191
11.2.3 南極地區 197
11.3 海洋中尺度渦旋 203
11.3.1 海洋渦旋自動探測的必要性 204
11.3.2 海洋渦旋自動探測的方法 205
11.3.3 海洋渦旋的產生機制 206
11.3.4 大氣對海洋中尺度渦旋的回應特徵 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空特徵 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制 208
參考文獻 212
主要符號清單 221
後記 223