浙江省重点教材：物理海洋学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

《浙江省重点教材：物理海洋学基础》物理海洋学是海洋科学类专业十分重要的主干课程。该课程旨在使学生系统地掌握物理海洋的基本理论及其发展全貌，掌握动力海洋，包括海流、海浪、潮波、内波和风暴潮的基本概念和海水运动的基本规律，学会研究海洋动力现象的基本思路和方法，为今后从事海洋科学研究奠定扎实的理论基础。

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目录

绪论
第1章 地球
1.1 大洋和海
1.2 大洋尺寸
1.3 海底特征
1.4 水准面

第2章 大气层
2.1 宇宙中的地球
2.2 大气风系
2.2.1 大气环流
2.2.2 低纬度环流
2.2.3 极地环流
2.2.4 中纬度环流
2.3 行星边界层
2.4 风速的测量

第3章 海洋热量收支
3.1 海洋热量收支
3.3.1 太阳入射能Qsw
3.3.2 海水的红外辐射QLW
3.3.3 感热Qs
3.3.4 潜热Q
3.3.5 对流热量Qv
3.2 热量收支方程中各项的地理分布
3.3 子午向热量输运
3.3.1 大气层顶部的热量收支
3.3.2 海洋热量输运
3.4 子午向淡水输运
3.5 太阳常数变化

第4章 海水的温度、盐度和密度
4.1 盐度的定义
4.1.1 简单定义
4.1.2 稍完整的定义
4.1.3 以氯度为基础的盐度定义
4.1.4 盐度的电导率定义
4.1.5 1978实用盐标
4.1.6 评论
4.2 温度的定义
4.3 海表温度和盐度的分布
4.4 海洋混合层和温跃层
4.5 密度、位温和位密度
4.5.1 密度和Ot
4.5.2 位温
4.5.3 位密度
4.5.4 海水状态方程
4.5.5 温度、盐度和密度的精度
4.6 温度测量
4.6.1 水银温度计
4.6.2 高精度辐射计
4.7 电导率测量
4.8 压力测量
4.9 温度、盐度和深度测量
4.10 混合层厚度的测量
4.11 海洋中的光学现象
4.12海冰
4.12.1 海水的结冰过程
4.12.2 海冰的性质
4.12.3 海冰对海况的影响
4.12.4 海冰的分布

第5章 海水基本运动方程
5.1 海洋动力过程中的主要作用力
5.2 坐标系
5.3 海水运动形式
5.4 盐量和质量守恒
5.5 质点导数D/Dt
5.6 连续方程
5.7 盐扩散方程
5.8 传热方程
5.9 海水状态方程
5.10 动量方程
5.11 运动方程求解
5.12 罗斯贝数

第6章 湍流、混合和不稳定
第7章 海流
第8章 大洋环流
第9章 海浪
第10章 内波
第11章 赤道波动
第12章 潮汐理论
附录Ⅰ
附录Ⅱ
参考文献

物理海洋学基础：海洋动态的微观与宏观视角 本书聚焦于现代海洋科学的基石——物理海洋学，深入剖析驱动海洋运动和物质传输的复杂机制。我们旨在为读者构建一个全面、系统的知识框架，涵盖从基本的流体力学原理到全球尺度的环流系统，并辅以最新的观测技术和数值模拟方法。 第一部分：海洋流体动力学基础与环境参数 本部分为理解后续复杂海洋现象奠定坚实的理论基础。我们首先回顾适用于海洋环境的经典流体力学原理，重点关注牛顿流体的基本概念、粘性效应以及流动的分类（层流与湍流）。 1. 海洋环境参数的精确描述 海洋物理过程的独特性源于其特殊的物质组成和环境条件。本章详细阐述了影响海水密度和浮力的关键因素：温度和盐度。我们将深入探讨状态方程（EOS）在不同深度和压力下的应用，讨论温度、盐度测量（如CTD探头）的原理及其数据校正技术。此外，还将介绍海水热力学性质，如比热容、热膨胀系数和盐缩系数，这些参数直接决定了热量和物质在水体中的垂直扩散效率。 2. 宏观视角的引入：地球的运动效应 海洋现象的尺度通常远大于实验室实验，因此必须考虑地球的宏观运动。科里奥利力是理解大尺度海洋环流的决定性因素。本书将推导科里奥利力的数学表达式，并详细分析其在不同纬度上的表现及其对流体运动方向的系统性偏转作用。在此基础上，我们将介绍地转平衡（Geostrophic Balance）的概念，解释风场驱动下形成的大尺度、准平衡态流体运动，这是理解海洋环流速度场的基础工具。 3. 驱动力与平衡：运动方程的剖析 海洋运动的控制方程组是理解物理海洋学的核心。我们将系统地推导并分析原始方程（Primitive Equations）的各个组成部分，包括动量方程、质量连续性方程和热力学方程。特别地，我们将花费大量篇幅探讨摩擦项（粘性应力）和压力梯度力的精确表述。在特定简化条件下（如浅水或尺度分析），我们将导出重要的近似方程，如浅水方程和惯性流方程，从而揭示特定海洋现象的内在驱动机制。 第二部分：尺度分析与海洋动力学的核心过程 海洋现象涵盖了从毫米级的湍流涡旋到数千公里的大洋环流。本部分将引入尺度分析方法，帮助读者区分和理解不同尺度上占主导地位的物理过程。 4. 尺度分析与特征现象 尺度分析不仅是简化方程的工具，更是物理直觉的培养过程。我们将定义罗斯比数（Rossby Number）、艾克曼数（Ekman Number）和弗鲁德数（Froude Number）等无量纲参数。通过比较这些数字的相对大小，我们将精确界定惯性力、科里奥利力、粘性力、浮力（或压力梯度力）在不同尺度运动中的相对重要性，从而为后续章节中讨论的特定现象提供理论依据。 5. 边界层动力学：风应力与垂直混合 海洋的动量和物质交换主要发生在边界层。我们将详细分析风应力如何通过切向应力将能量输入海洋表层。重点讨论艾克曼输运（Ekman Transport）理论，推导出表层水体的平均运动方向与风向之间的精确关系，及其在沿岸上升流/下沉流形成中的作用。此外，本章将深入探讨湍流混合在垂直方向上的重要性，介绍边界层深度（如混合层深度）的估计方法及其对热量和溶解气体的垂直再分配的影响。 6. 惯性与旋转流：涡旋的形成与维持 海洋中充满了各种尺度的涡旋结构。本章将从理论上探讨旋转流体的动力学，引入涡度（Vorticity）的概念，包括绝对涡度、相对涡度、涡度守恒定律（如Homon-Heller定理）。我们将分析科里奥利力与压力梯度力在涡旋结构（如气旋和反气旋）中的平衡机制，以及这些涡旋如何作为能量和物质的有效载体在海洋中传播和耗散。 第三部分：大尺度环流、波动与全球气候联系 本部分将视角提升至全球尺度，探讨维持海洋热盐结构和驱动气候变化的关键动力学过程。 7. 全球温盐环流：驱动与反馈 温盐环流（Thermohaline Circulation）是全球海洋环流的“深层输送带”。本章将阐述深水形成的物理机制，特别是高纬度地区（如北大西洋和南大洋）海水分层和沉降的过程。我们将结合Stommel模型和Munk模型等经典理论，探讨深层流动的驱动力、阻尼机制及其与风驱动环流的耦合方式，强调其在调节全球碳循环和气候系统中的核心地位。 8. 内部波动：海洋的自由振荡 虽然大尺度环流看似稳定，但海洋内部存在着复杂的波动现象。我们将详细介绍开尔文波（Kelvin Wave）、惯性波（Inertial Wave）以及至关重要的正压和斜压的海洋开尔文波（Rossby Wave）。本书将推导这些波动的色散关系，分析其传播速度和频率，并解释它们在海洋中能量和信息传输中的作用，特别是它们与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等气候现象的内在联系。 9. 边界流与西向加强现象 大洋边界流是连接热带与高纬度地区、传输巨大热量的关键通道，如墨西哥湾流和黑潮。我们将重点分析西向加强（Western Boundary Intensification）的机制，深入探讨Beta平面近似在解释这一现象中的关键作用，并介绍大洋涡旋（Gyres）的结构和能量收支。 第四部分：观测、模拟与现代前沿 本部分着眼于物理海洋学的前沿应用，介绍现代科学家如何获取和解释海洋数据。 10. 现代海洋观测技术 精确的物理海洋学研究依赖于先进的观测手段。本章将全面介绍主要的观测平台和传感器： 原位观测： 深入剖析CTD温盐深仪的工作原理、Argo浮标网络的结构与数据质量控制。 遥感技术： 解释卫星高度计如何反演海表高度，进而计算地转流速和海洋涡旋；讨论海面温度（SST）和海色遥感在识别环流和混合区域中的应用。 声学技术： 介绍声学多普勒流速剖面仪（ADCP）测量水体流速的原理及其在剖面和锚定观测中的优势。 11. 数值模拟方法与应用 数值模型是检验理论和预测海洋行为的强大工具。本书将概述海洋环流模型的结构，包括： 模型的离散化方法： 介绍有限差分法和有限元法在处理复杂边界时的应用。 模型的分类： 区分箱式模型、简易混合模型和高分辨率的三维环流模型（如ROMS, MOM系列）。 数据同化： 讲解如何将实际观测数据融入模型以提高预报准确性的方法。 本书的编写旨在提供一个严谨的、与现代科研紧密接轨的物理海洋学教程。通过对基础理论的扎实阐述和对前沿现象的深入探讨，读者将能够独立分析海洋观测数据，理解全球气候系统中的海洋动力学角色，并为进一步的海洋科学研究做好充分准备。