本书为"十三五"江苏省高等学校重点教材，旨在全面、系统反映物理海洋学的原理方法以及相关学科知识。本书共分11章。首先，从海洋科学基础知识展开，通过介绍物理海洋方程组出发阐述海水运动的基本规律；然后介绍了潮汐、地转流、Ekman流与惯性流、风生大洋环流、深层环流理论、波浪、海洋中的大尺度波动和海洋内波等海洋中的关键物理过程；最后，以专题形式介绍了海洋科学中的一些前沿研究方向。
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目录
前言
第1章 基础知识 1
1.1 历史背景 1
1.1.1 早期探索者 1
1.1.2 中国航海者 2
1.1.3 欧洲发现者 3
1.2 海洋物理环境 4
1.2.1 四大洋及边缘海 4
1.2.2 海洋的尺度 5
1.2.3 海底特征 6
1.2.4 海洋深度的测量 6
1.2.5 海洋中的声音 7
1.3 大气动力作用 8
1.3.1 大气风生系统 9
1.3.2 大气对海洋的影响 10
1.4 海洋热量收支 13
1.4.1 海洋热收支 13
1.4.2 影响热收支各项的因素 13
1.4.3 热收支的空间分布 15
1.5 海洋物理参数 17
1.5.1 温度 17
1.5.2 盐度 17
1.5.3 海表温度和盐度的空间分布 19
1.5.4 密度、位温和中性密度 20
1.5.5 温度的测量 25
1.5.6 电导率或盐度的测量 25
1.5.7 测量不同深度的温度和盐度 26
第2章 物理海洋方程组 28
2.1 纳维-斯托克斯方程的建立 28
2.1.1 连续介质假设 28
2.1.2 基本守恒定律 28
2.1.3 欧拉的理想流体 30
2.1.4 纳维-斯托克斯方程表达式 33
2.2 物理海洋方程的建立 35
2.2.1 连续性方程 35
2.2.2 运动方程的其他外力 37
2.2.3 热盐守恒过程及状态方程 44
2.3 物理海洋方程的处理方法 48
2.3.1 主要的近似和边界条件 48
2.3.2 尺度分析方法 49
2.3.3 散度与流函数、涡度与势函数 51
第3章 潮汐 54
3.1 潮汐现象 54
3.1.1 相关天体知识 54
3.1.2 潮汐要素 55
3.1.3 潮汐的类型 56
3.2 潮汐基本理论 57
3.2.1 引潮势 57
3.2.2 平衡潮理论 60
3.2.3 潮汐不等现象 62
3.3 潮汐调和分析预报 64
3.4 潮波 65
3.5 潮汐观测 66
3.5.1 验潮站 66
3.5.2 卫星观测 67
3.6 我国近海潮汐特征 68
3.6.1 我国近海潮波系统 68
3.6.2 我国近海潮汐类型 69
第4章 地转流 73
4.1 静力平衡 73
4.2 地转方程组 74
4.2.1 地转方程组的推导 74
4.2.2 热成风关系 76
4.3 利用卫星高度计资料计算地转流 76
4.3.1 卫星高度计的发展简介 77
4.3.2 高度计资料计算地转流 80
4.4 利用温盐数据计算地转流 82
4.4.1 相对地转流的计算 82
4.4.2 P 矢量方法计算绝对地转流 87
第5章 埃克曼流与惯性流 90
5.1 海表风应力 90
5.1.1 风能的输入 90
5.1.2 朗缪尔环流 91
5.2 海表埃克曼层 92
5.2.1 海表埃克曼漂流 92
5.2.2 经验计算与海表观测 95
5.2.3 有限深海漂流 99
5.3 埃克曼质量输运及其应用 101
5.3.1 埃克曼质量输运 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 惯性流 106
第6章 风生大洋环流 109
6.1 斯韦德鲁普风生环流理论 109
6.1.1 斯韦德鲁普方程 109
6.1.2 斯韦德鲁普方程物理意义 112
6.2 西边界流理论 113
6.2.1 斯托梅尔西边界流理论 113
6.2.2 蒙克西边界流理论 115
6.2.3 惯性西边界流理论 117
6.3 位势涡度守恒 118
6.3.1 海洋中的涡度 118
6.3.2 位涡守恒的推导 119
6.3.3 位涡守恒的意义 120
第7章 深层环流理论 123
7.1 深层环流结构 123
7.2 深层环流的重要性 125
7.2.1 全球热量再分配 125
7.2.2 海水固碳作用 126
7.3 深层环流理论 126
7.3.1 翻转环流与深层西边界流 126
7.3.2 深层环流的多平衡态 128
7.4 深层环流的观测 130
7.4.1 深层西边界流的观测 130
7.4.2 其他深层流的观测 131
第8章 波浪理论 134
8.1 波动现象 134
8.1.1 海浪的运动学特征 135
vi 物理海洋学导论
8.1.2 海浪运动控制方程和定解条件 138
8.2 线性波理论 140
8.2.1 线性波控制方程、定解条件和理论解 140
8.2.2 线性波的速度场和加速度场 141
8.2.3 线性波质点的运动轨迹 142
8.2.4 线性波的压力场 143
8.2.5 线性波的波能和波能流 143
8.2.6 波群和群速 145
8.2.7 驻波 147
8.3 非线性波理论 148
8.4 波浪的浅水变形、折射、绕射、反射和破碎 149
8.5 随机波浪理论 151
8.5.1 特征波法 151
8.5.2 两种常见的波浪谱 151
8.6 波浪的观测 153
8.6.1 波浪的现场观测 153
8.6.2 波浪的遥感观测 155
8.7 极端灾害性波动 155
8.7.1 风暴潮 155
8.7.2 风暴潮灾害及预防 155
8.7.3 风暴潮数值预报 156
8.7.4 风暴潮卫星观测 157
8.7.5 海啸 157
第9章 海洋中的大尺度波动 158
9.1 线性波动理论 158
9.2 庞加莱波 159
9.3 开尔文波 160
9.4 罗斯贝波 161
9.5 地形罗斯贝波 165
第10章 海洋内波 168
10.1 内波现象 168
10.2 内波基本控制方程 171
10.3 内波频散关系 173
10.3.1 垂向本征方程 173
10.3.2 内波频散关系 174
10.4 内波动力学特征 175
10.4.1 内波垂向本征模态 175
10.4.2 两层流体内波解及其流场特征 176
10.5 内波的反射与折射 179
10.5.1 海洋内波的反射 179
10.5.2 海洋内波的折射 180
10.6 内波观测 181
10.6.1 现场观测 181
10.6.2 卫星遥感观测 181
10.7 内潮和内孤立波 182
10.7.1 内潮 182
10.7.2 内孤立波 183
第11章 若干前沿专题 185
11.1 赤道过程 185
11.1.1 赤道海流 185
11.1.2 ENSO 188
11.1.3 ENSO 观测与预报 188
11.1.4 赤道开尔文波和罗斯贝波 189
11.2 极地过程 190
11.2.1 概述 190
11.2.2 北极地区 191
11.2.3 南极地区 197
11.3 海洋中尺度涡旋 203
11.3.1 海洋涡旋自动探测的必要性 204
11.3.2 海洋涡旋自动探测的方法 205
11.3.3 海洋涡旋的产生机制 206
11.3.4 大气对海洋中尺度涡旋的响应特征 206
11.4 海洋次中尺度过程 206
11.4.1 海洋次中尺度过程的时空特征 206
11.4.2 海洋次中尺度过程的种类 207
11.4.3 海洋次中尺度过程的生成机制 208
参考文献 212
主要符号列表 221
后记 223
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