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物理海洋学
本书是海洋科学领域“101计划”核心教材之一。
全书共有十三章：第一至三章为基础章节，涵盖物理海洋学的研究范畴、方法论框架及核心物理量（温度、盐度、密度）的时空分布与收支规律。第四至六章聚焦地球旋转效应主导的大尺度动力过程，从地转平衡、埃克曼输运到风生环流与热盐环流理论，系统解析大洋环流的动力机制。第七至十二章系统介绍海洋波动、涡旋与湍流混合等重要海洋动力过程，从惯性重力波、罗斯贝波到潮汐与海浪，揭示不同时空尺度波动现象的基本特征与传播机制。第十三章则从地球系统的视角探讨物理海洋学过程与大气运动、海洋生物地球化学循环的耦合机制。书中部分章节有“延伸阅读”，表示难度较高或拓展内容，教师可根据学时灵活选讲。
本书是为海洋科学类专业本科生编写的教材，也可作为大气科学、环境科学等相关专业的教学参考用书，亦可作为研究生与科研人员的参考书目。
作者：
主编：吴立新、林霄沛 副主编：吴辉、刘志宇、周磊、张志伟
定价：
76.00 元
出版时间：
2025-10-27
ISBN：
978-7-04-065102-7
物料号：
65102-00
读者对象：
高等教育
重点项目：
基础学科系列“101计划”教材
版面字数：
600.00千字
开本：
16开
装帧形式：
平装
页数：
376
最新印次时间：
2025年10月
- 目录
- 前辅文
- 第一章 绪论
- 第一节 概述
- 一、课程目的
- 二、研究对象
- 三、物理海洋学研究意义
- 一、课程目的
- 第二节 物理海洋学主要的研究范式
- 一、研究发展历史与研究范式演变
- 二、主流研究方法
- 一、研究发展历史与研究范式演变
- 第三节 物理海洋学现象
- 一、海洋多尺度动力过程
- 二、具体现象简介
- 延伸阅读：人工智能海洋学研究介绍
- 一、海洋多尺度动力过程
- 思考题
- 第一节 概述
- 第二章 海水的温盐及其收支
- 第一节 海水的温度、盐度与密度
- 一、海水温度的定义与测量
- 二、海水盐度的定义与测量
- 三、海水密度的定义与状态方程
- 延伸阅读：保守温度、绝对盐度、中性密度面与TEOS-2010
- 一、海水温度的定义与测量
- 第二节 世界大洋温度、盐度与密度的分布
- 一、水平分布
- 二、垂向分布
- 一、水平分布
- 第三节 海洋热量收支
- 一、海洋热收支主要贡献因子
- 二、海洋热通量的空间分布
- 一、海洋热收支主要贡献因子
- 第四节 海洋淡水收支
- 一、海洋淡水收支主要贡献因子
- 二、浮力通量
- 一、海洋淡水收支主要贡献因子
- 思考题
- 第一节 海水的温度、盐度与密度
- 第三章 海水运动基本方程组
- 第一节 描述海水运动的两种观点
- 一、连续介质假定
- 二、拉格朗日观点和欧拉观点
- 三、随体导数
- 一、连续介质假定
- 第二节 质量连续性方程
- 一、从欧拉观点导出质量连续性方程
- 二、从拉格朗日观点导出质量连续性方程
- 一、从欧拉观点导出质量连续性方程
- 第三节 惯性参考系下的动量方程
- 一、惯性参考系和非惯性参考系
- 二、动量方程的一般形式
- 三、压强梯度力
- 四、摩擦力
- 五、重力
- 一、惯性参考系和非惯性参考系
- 第四节 旋转参考系下的动量方程
- 一、旋转参考系的物理效应
- 二、旋转参考系下矢量随时间的变化
- 三、旋转参考系下的速度和加速度
- 四、惯性离心力
- 五、科氏力
- 一、旋转参考系的物理效应
- 第五节 热盐输运方程
- 一、盐度输运方程
- 二、热量输运方程
- 一、盐度输运方程
- 第六节 雷诺平均方程
- 一、雷诺分解
- 二、海水运动方程的雷诺平均
- 一、雷诺分解
- 第七节 边界条件
- 一、运动学边界
- 二、动力学边界
- 三、热盐边界条件
- 一、运动学边界
- 第八节 方程的无量纲化与尺度分析
- 一、运动尺度和方程无量纲化
- 二、无量纲数的物理含义
- 一、运动尺度和方程无量纲化
- 第九节 常用近似
- 一、布西内斯克近似
- 二、静力近似
- 三、f-平面近似和β-平面近似
- 一、布西内斯克近似
- 思考题
- 第一节 描述海水运动的两种观点
- 第四章 地转效应
- 第一节 惯性振荡
- 第二节 地转平衡与地转流
- 一、大尺度海流的运动特征
- 二、地转近似与地转平衡
- 一、大尺度海流的运动特征
- 第三节 位涡守恒
- 一、浅水近似和浅水方程
- 二、涡度方程与位涡守恒
- 一、浅水近似和浅水方程
- 第四节 泰勒-普鲁德曼定理
- 第五节 热成风关系
- 第六节 地转流的诊断和计算
- 思考题
- 第一节 惯性振荡
- 第五章 海水的埃克曼运动
- 第一节 埃克曼漂流现象
- 第二节 无限水深风生埃克曼漂流理论
- 第三节 埃克曼输运及其应用
- 一、埃克曼质量输运
- 二、埃克曼抽吸
- 一、埃克曼质量输运
- 第四节 海底埃克曼层理论
- 第五节 有限水深风生埃克曼漂流理论
- 第六节 非定常埃克曼运动
- 第七节 近岸升降流
- 思考题
- 第一节 埃克曼漂流现象
- 第六章 大洋环流理论
- 第一节 全球风生大洋环流概况
- 一、大洋环流各流系
- 二、大洋环流西向强化现象
- 三、大洋东边界流
- 一、大洋环流各流系
- 第二节 大洋内区风生环流
- 一、斯维尔德鲁普方程的推导及物理意义
- 二、斯维尔德鲁普输运及推论
- 三、斯维尔德鲁普理论的应用及缺陷
- 一、斯维尔德鲁普方程的推导及物理意义
- 第三节 大洋环流的西向强化理论
- 一、施托梅尔西向强化理论
- 二、蒙克西向强化理论
- 三、西向强化的惯性理论
- 一、施托梅尔西向强化理论
- 第四节 位涡均一化与通风温跃层理论
- 第五节 水团形成与销蚀
- 一、世界大洋的中、深层水源地
- 二、模态水及其形成机制
- 一、世界大洋的中、深层水源地
- 第六节 潜流系统
- 一、赤道潜流系统
- 二、西太平洋潜流系统
- 一、赤道潜流系统
- 第七节 深层环流观测事实
- 第八节 深层环流理论
- 一、经典深层环流理论
- 二、深层环流新理论
- 一、经典深层环流理论
- 第九节 风生环流与热盐环流的关系
- 附录
- 思考题
- 第一节 全球风生大洋环流概况
- 第七章 海洋中的大尺度波动
- 第一节 波动的基本要素
- 一、基本要素
- 二、平面波的概念
- 三、群速度
- 一、基本要素
- 第二节 惯性重力波
- 第三节 开尔文波
- 一、沿岸开尔文波
- 二、赤道开尔文波
- 一、沿岸开尔文波
- 第四节 罗斯贝波
- 一、不考虑地形效应的罗斯贝波
- 二、地形罗斯贝波
- 一、不考虑地形效应的罗斯贝波
- 第五节 陆架波
- 思考题
- 第一节 波动的基本要素
- 第八章 中尺度涡与亚中尺度过程
- 第一节 现象与意义
- 一、中尺度涡的现象与意义
- 二、亚中尺度过程的现象与意义
- 一、中尺度涡的现象与意义
- 第二节 准地转理论
- 一、准地转位涡方程
- 二、准地转不稳定
- 一、准地转位涡方程
- 第三节 中尺度涡动力学问题
- 一、中尺度涡与罗斯贝波的关系
- 二、生成与消亡机制
- 三、中尺度涡的输运作用
- 四、中尺度过程的能量收支
- 一、中尺度涡与罗斯贝波的关系
- 第四节 亚中尺度过程动力学问题
- 一、亚中尺度过程的动量平衡
- 二、亚中尺度过程的生成机制
- 三、亚中尺度过程的研究前沿
- 一、亚中尺度过程的动量平衡
- 第五节 中尺度涡与亚中尺度过程的大尺度效应
- 一、湍流斯维尔德鲁普关系
- 二、残余环流理论
- 三、能量逆串级的大尺度效应
- 一、湍流斯维尔德鲁普关系
- 思考题
- 第一节 现象与意义
- 第九章 潮汐
- 第一节 天体引潮力
- 第二节 平衡潮理论
- 第三节 动力潮理论
- 第四节 陆架潮汐的波动性质
- 一、等深广阔水域中的潮波
- 二、有界水域的潮波
- 一、等深广阔水域中的潮波
- 第五节 潮余流
- 一、欧拉余流和拉格朗日余流
- 二、弱非线性下的拉格朗日余流理论
- 一、欧拉余流和拉格朗日余流
- 思考题
- 第一节 天体引潮力
- 第十章 海浪
- 第一节 小振幅波理论
- 一、海表重力波的基本特征
- 二、二维周期性重力波的边界值问题
- 三、小振幅假设与线性波的解
- 四、海浪的频散关系
- 五、行进波与驻波
- 一、海表重力波的基本特征
- 第二节 小振幅波的运动学与能量学
- 一、水质点的速度与轨迹
- 二、压强场分布
- 三、海浪的能量与能流
- 四、波浪的浅化变形
- 五、海浪的折射与衍射
- 一、水质点的速度与轨迹
- 第三节 小振幅波的非线性效应
- 一、质量输运效应
- 二、辐射应力
- 三、涡旋力
- 一、质量输运效应
- 第四节 海浪
- 一、海浪的演化
- 二、海浪的统计学描述
- 三、波面高度分布
- 四、海浪谱
- 一、海浪的演化
- 附录
- 一、 分离变量法
- 二、 边界值问题
- 一、 分离变量法
- 思考题
- 第一节 小振幅波理论
- 第十一章 海洋内波
- 第一节 基本知识
- 一、内波基础
- 二、内波基本方程
- 三、线性内波的传播特性：内波垂向模态与内波束
- 一、内波基础
- 第二节 近惯性内波
- 一、基本特征
- 二、平板模式
- 三、近惯性内波的生成、传播与耗散
- 一、基本特征
- 第三节 内潮波
- 一、内潮波基本特征
- 二、内潮生成的线性理论
- 三、内潮的传播与耗散
- 一、内潮波基本特征
- 第四节 内背风波
- 一、内背风波基本特征
- 二、内背风波基本理论
- 一、内背风波基本特征
- 第五节 内孤立波
- 一、内孤立波基本特征
- 延伸阅读
- 二、弱非线性理论
- 三、内孤立波生成、传播与耗散
- 一、内孤立波基本特征
- 第六节 海洋内波谱
- 一、内波谱定义及海洋学意义
- 二、海洋内波谱模型及数学表达
- 延伸阅读
- 一、内波谱定义及海洋学意义
- 思考题
- 第一节 基本知识
- 第十二章 海洋湍流与混合
- 第一节 湍流概述
- 第二节 湍流演化的统计特征
- 一、湍流的生成、演化与耗散
- 二、雷诺平均方程
- 三、湍流闭合模型
- 一、湍流的生成、演化与耗散
- 第三节 海洋边界层湍流
- 一、剪切与浮力驱动湍流
- 二、浪致混合
- 三、海底边界层湍流与混合
- 一、剪切与浮力驱动湍流
- 第四节 海洋跃层湍流与内部混合
- 一、层化流体中的剪切不稳定
- 二、跨密度面混合
- 三、双扩散过程
- 一、层化流体中的剪切不稳定
- 第五节 海洋地转湍流
- 一、正压二维湍流
- 二、斜压地转湍流
- 三、绝热平流与等密扩散
- 一、正压二维湍流
- 思考题
- 第一节 湍流概述
- 第十三章 海洋动力过程在地球系统中的作用
- 第一节 主要海气相互作用过程
- 一、热带海气耦合
- 二、季节内振荡
- 三、季风系统
- 四、中高纬度海气耦合
- 一、热带海气耦合
- 第二节 全球变暖背景下的海气相互作用
- 一、全球变暖背景下海气耦合系统气候平均状态变化
- 二、全球变暖背景下主要海气耦合模态的变化
- 一、全球变暖背景下海气耦合系统气候平均状态变化
- 第三节 全球变化背景下的海洋生物地球化学过程和生态环境
- 一、全球变化下的海洋生物地球化学过程
- 二、全球变化下的海洋生态环境变化
- 一、全球变化下的海洋生物地球化学过程
- 思考题
- 第一节 主要海气相互作用过程
- 参考文献
- 前辅文
