物理海洋学2
物理海洋--整理
....... 第四章 水团分析
第一节 水团的基本概念和术语 水团：是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体，在同一水团内，主要海 洋学特征（温度、盐度等）在空间上具有相对的均一性，在时间上具有大体一致的变化 趋势，与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。 核心，边界，强度，形成和变性，运动和海流
可从纬向，经向，区域，垂向各个方面讨论。 大洋密度的时间变化 密度跃层（温度跃层）：春季形成，夏季强盛，秋冬衰亡。
第六节 海洋温度、盐度、密度的细微结构 双扩散对流：当高温高盐水和低温低盐水重叠且呈稳定层结时，若上下密度差异小，由 于分子热传导效应比盐度扩散效应强得多，则上层海水因失热较快而冷却下沉，下层则 因受热较快而增温上升，于是形成双扩散对流。 盐指：由于双扩散对流，而在界面上出现的簇状小长柱结构。 多层阶梯状结构：界面上下的水层，因升降盐指的搅拌而趋于均匀，逐渐形成多层阶梯 状结构。
小。 渗透压：渗透作用达到平衡状态时，膜两侧的压力之差。 粘度：相邻水层之间存在相对运动，由于分子不规则运动，产生动量传递，从而形成切 应力。
第一节 海洋热平衡分量
第三章 海洋表面热平衡和水平衡
穿过海表面热交换的四个过程：
来自太阳的短波辐射 ——太阳辐射能
大气与海洋之间的长波（红外光部分）辐射热交换 ——有效回辐射
混合层（从海面向下到几十米水层）， 风使该层海水充分混合，维持同温度
温跃层（混合层下温度骤变区），因季节 而异
位温：海水微团从海洋某一深处（压强为 p）绝热上升到海面（压强为一个标准大气压） 时所具有的温度。（为了便于大洋环流研究，需用某些保守量来标记水块，即其特性不 涉及能量交换，因此引入位温。） 第四节 盐度 绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量的比值。 1978 年实用盐标：在 1 标准大气压下，15℃的环境温度下，海水样品与标准 KCL 溶液
物理海洋学
第四章名词解释：压强梯度力单位质量水体所受的静压力合力Coriolis力由于选取旋转坐标系以缓慢地球作为参考系而产生虚假的力。
雷诺应力Rossby数Ekman数纵横比静力近似Boussinesq尺度分析：第一二三个方程表示xyz轴运动方程第四个是连续方程第五个是盐度方程第六个是温度方程第七个是密度方程第五章大洋表层环流有2个最显著的特点：第一，在北半球，环流沿顺时针方向流动；在南半球，环流沿逆时针方向流动。
第二，第二，海洋环流在东、西边界附近是很不对称的。
一、西向强化现象：海洋上层的大洋环流是由一些流环所组成的，在副热带处的流环，其流速东西不对称，在狭窄的西海岸边界层中，海流速度特别强，这就是西向强化现象，是大洋环流的最突出的特征。
二、海流成因：风应力， 1000m 以浅； 热盐效应， 1000m 以深三、地转流：当不考虑海面风的作用时，远离沿岸的大洋中部的大尺度海水流动，基本上是接近水平的，并近似认为流动是定常的，科氏力与压强梯度力相平衡的产物。
四、倾斜流：均匀密度场中的地转流称为倾斜流，流速不随深度变化梯度流：非均匀密度场中的地转流称为梯度流，流速随深度增加而减小六、涡度：是指流体的旋转。
行星涡度：地球上的任何物体，包括海洋、大气、碗中的水，都跟随地球一起旋转。
这种旋转是行星涡度。
相对涡度：海洋、大气由于风、流而产生相对地球的旋转。
绝对涡度：＝行星涡度＋相对涡度位势涡度(potential vorticity)：绝对涡度/水柱长度七、稳定的风作用于海面，会在海洋上层产生一个薄薄的边界层--- Ekman 层；同样在海底、大气的底部也会产生Ekman 边界层。
海面的Ekman 层有以下重要特点：方向：在北半球，沿风向右偏45度；大小：表层最大；深度：大约30－400m ，依赖风速、纬度；八、Ekman 抽吸，是由风空间分布不均匀所驱动的垂直流动，也驱动海洋内部地转流。
九、Ekman 螺旋: 漂流的大小和方向随深度而变化，连接各层流矢量的端点所构成的曲线为Ekman 螺旋，而它在水平面上的投影为Ekman 螺线。
物理海洋学名词
物理海洋学名词01．001 海洋科学（ocean science）研究发生在海洋中的各种自然现象和过程及其变化规律以及与海洋开发利用有关的知识体系。
它的研究对象是占地球表面积71%的海洋，包括海水，溶解和悬浮于海水中的物质，生活于海洋中的生物，海底沉积和海底岩石圈，以及河口海岸带和海-气界面及其上的大气边界层等。
01．002 海洋学（oceanology）海洋科学的简称。
01．003 物理海洋学（physical oceanography）狭义而言，物理海洋学是运用物理学的观点和方法研究海洋中的力场，热盐结构，以及因之而产生的各种机械运动的时空变化，海洋中的物质交换，能量交换和转换的科学；广义而言，物理海洋学是以物理学的理论、方法和技术，研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用的科学。
01．013 区域海洋学（regional oceanography）综合地研究一个海区中各种海洋现象的科学，是海洋科学的一个分支科学，也是世界自然地理学的一个组成部分，与描述海洋学（descriptive oceanography）类似。
01．020 洋（ocean）海洋水圈中的中心主体部分。
01．026 海(sea)海洋水圈的边缘附属部分称为海。
01．032 上层（epipelagic zone）海洋层结（层状结构）中被太阳辐射加热的水层，温度较高，密度较小，混合较均匀，厚约100米。
01．033 中层（mesopelagic zone）海洋层结中的过渡层，在上层以下，厚度约为1 000~1 500米的水层。
温度、盐度、密度一般具有一个很大的跃层，有时具有多个跃层。
01．034 深层（bathypelagic zone）海洋层结中中层以下的温度、盐度、密度均匀的水层。
亦称下均匀层。
02．001 海洋水文学（marine hydrography, marine hydrology）是关于海水起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，是水文科学的一个分支。
大学海洋科学专业《大学物理（二）》期末考试试题 附解析
大学海洋科学专业《大学物理（二）》期末考试试题附解析姓名：______ 班级：______ 学号：______考试须知：1、考试时间：120分钟，本卷满分为100分。
2、请首先按要求在试卷的指定位置填写您的姓名、班级、学号。
一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、一个质点的运动方程为（SI），则在由0至4s的时间间隔内，质点的位移大小为___________，在由0到4s的时间间用内质点走过的路程为___________。
2、一个绕有500匝导线的平均周长50cm的细螺绕环，铁芯的相对磁导率为600，载有0.3A 电流时, 铁芯中的磁感应强度B的大小为___________；铁芯中的磁场强度H的大小为___________ 。
3、长为的匀质细杆，可绕过其端点的水平轴在竖直平面内自由转动。
如果将细杆置与水平位置，然后让其由静止开始自由下摆，则开始转动的瞬间，细杆的角加速度为_____，细杆转动到竖直位置时角加速度为_____。
4、一长为的均匀直棒可绕过其一端且与棒垂直的水平光滑固定轴转动。
抬起另一端使棒向上与水平面呈60°，然后无初转速地将棒释放，已知棒对轴的转动惯量为，则(1) 放手时棒的角加速度为____；(2) 棒转到水平位置时的角加速度为____。
（）5、将热量Q传给一定量的理想气体：（1）若气体的体积不变，则热量转化为_____________________________。
（2）若气体的温度不变，则热量转化为_____________________________。
（3）若气体的压强不变，则热量转化为_____________________________。
6、一质点作半径为0.1m的圆周运动，其运动方程为：（SI），则其切向加速度为＝_____________。
7、从统计的意义来解释, 不可逆过程实质上是一个________________的转变过程, 一切实际过程都向着________________ 的方向进行。
物理海洋学期末复习资料
代替。
第五章
1.梯度流、倾斜流的表达式（������������������������）
A．海流是海洋中发生的一种有相对稳定速度的大规模的非周期性流动。 其发生的原因有两种：a.受海面风力的作用（动力学）；b.海面受热冷却不均匀、蒸发降水不均匀所产生的温 度、盐度从而引起密度分布不均匀（热力学）。
M：融冰 ������������：海流及混合使海域失去的水量
第四章
1.运动方程：
���������⃗��� ������������
=
������
+
������������
−
1 ������
∇������
+
������
−
2������
×
���⃗ ���
−
������
×
(������
×
������)
A．建立了一个考虑海底摩擦效应，封闭的矩形大洋中的漂流模式，即考虑西边界区域；
B．结果指出 f 随维度变化，即β效应是产生海流西向强化的基本原因。
（4）Munk 理论
A．整个大洋环流呈现西部强化现象
①以纬度向为主
②都随着 x 增大而衰减
B．大洋西边界质量输运特点：
③在西边界区域有一强烈的北向流动，近岸处质量运输很大，随着离岸距
3.风生大洋环流的几个理论成果（������������������������）
（1）边界层技术：作为整个大洋，其中的运动应该有个统一解。这个统一解是一个衔接方法，它将边界层内的 解与大洋内部区域的解，适当衔接起来，组成一个大洋环流解。重要的问题是选择合适的、具有边界层厚度的长 度尺度。按这个尺度去简化边界层内的方程，使解相对容易求得并满足边界条件。而当把边界层坐标系延长时，
物理海洋学
第五章重点： 1. 何为地转流？如何划分梯度流和倾斜流？它们分别有什么特点？ 2. 无限深海 Ekman 漂流的方程、边界条件、推导、解的讨论 3. 有限深海漂流、底流、非均匀风场风生流和升降流之间的关联和各自特点 4. 利用 Ekman 漂流理论，解释风场和岸界的配合，可导致升降流的产生 5. 何为 Ekman 螺旋和 Ekman 螺线？它们在无限深海、有限深海漂流和底流 的不同分布特点 6. 何为惯性流？有何特点（速率、轨迹、半径、周期、背景流）？ 7. 何为边界层技术？ 8. Sverdrup 理论的物理假定、简化方程和边界条件 9. 何为 Sverdrup 平衡，写出方程，说明包含哪两层物理意义 10. Sverdrup、Stommel、Munk 及 Morgan 理论的主要出发点、求解思路、主 要结论及有何缺陷？ 11. Stommel、Munk 及 Morgan 理论别从什么侧面克服 Sverdrup 理论的缺 陷？ 12. 何为大洋环流的西向强化？各理论分别从什么角度出发解释导致西向强 化现象的原因？
的主要结论 12. 什么是涌潮？其产生机制和主要结论
推导： 待定
第八章重点： 1．简述小振幅内波的特点 2．讨论表面波、内波和界面波三者的区别和内在联系 3．简述两层流体界面波的特点 4．简述大尺度界面波的特点（考虑地转）
第九章重点： 1．什么是风暴潮？ 2．简述定常状态下狭长矩形海域中风暴潮的主要特点，讨论海底坡度和海域是 否封闭对风暴潮的影响 3．简述狭长矩形浅水海域中非定常风暴潮的主要特点 4．简述浅水宽阔海域风暴潮的主要特点（考虑地转）
（包括随纬度的变化）？
3. 简述 Laplace 理论的主要结论 4. 简述 Airy 理论的主要结论 5. 简述等深陆架平面 Sverdrup 波的存在条件和特点，并对比浅水重力长波，讨
物理海洋学 主要课程
物理海洋学主要课程
物理海洋学是研究海洋中的物理现象和过程的学科，主要课程涵盖了许多方面。
以下是物理海洋学的一些主要课程：
1. 海洋动力学，这门课程主要研究海洋中的运动规律，包括海洋流体的动力学特性、海洋环流系统、海洋波动等内容。
学生将学习海洋中的惯性、科里奥利力、风生海浪等现象，以及它们对海洋环境和气候的影响。
2. 海洋热力学，这门课程主要研究海洋中的热量分布、热量传输和热力学特性。
学生将学习海洋中的温度分层、热盐环流、热量交换等内容，以及它们对海洋生态系统和气候的影响。
3. 海洋声学，这门课程主要研究海洋中的声波传播、声学特性和海洋声学技术应用。
学生将学习海洋中的声速变化、声波传播路径、声纳技术等内容，以及它们在海洋资源勘探、海洋生物学研究等方面的应用。
4. 海洋地球物理学，这门课程主要研究海洋地球物理场的特性和海底地质结构。
学生将学习海洋中的地磁场、重力场、地震活动
等内容，以及它们对海洋地质和地球构造的影响。
5. 海洋气象学，这门课程主要研究海洋中的气象现象和气候特征。
学生将学习海洋中的风暴、台风、季风等气象现象，以及它们对海洋环境和海洋交通的影响。
除了上述主要课程外，物理海洋学还涉及海洋环境监测、海洋工程学、海洋资源开发等方面的课程。
这些课程的学习将帮助学生全面了解海洋的物理特性和过程，为他们未来从事海洋科研、工程技术和环境保护等领域提供扎实的理论基础和专业知识。
物理海洋学中的海洋流体力学与动力学研究
物理海洋学中的海洋流体力学与动力学研究物理海洋学是研究海洋物理现象的学科，其中海洋流体力学与动力学作为重要的研究内容之一，对于我们深入理解海洋的运动和变化具有重要的意义。
本文将介绍海洋流体力学与动力学的基本概念、研究方法以及相关应用。
一、海洋流体力学的基本概念海洋流体力学是研究海洋中流体运动规律的学科，通过研究海洋中的流体运动现象，揭示海洋运动的动力学原理。
在海洋流体力学中，流体可以被视为不可压缩、粘性流体，并且满足牛顿运动定律。
1. 海洋中的流体运动海洋中的流体运动包括水平运动（洋流）和垂直运动（上升、下沉）。
水平运动主要由流体的惯性和外力（如风力、地转效应等）共同驱动，而垂直运动则由海洋中的密度变化引起。
这些运动对于物质的输送、能量的转换和海洋生态环境的演化具有重要影响。
2. 海洋流体的基本特性海洋流体具有惯性、旋转、不可压缩以及表面张力等特性。
惯性使得海洋流体具有慢变性、惯性传输和维持运动状态的能力；旋转则使得海洋中出现各种尺度的涡旋结构；不可压缩性要求流体在水平方向上体积保持不变；表面张力则影响了海洋表面波浪的形成和传播。
二、海洋动力学的研究方法海洋动力学是研究海洋运动的力学过程和机制的学科，主要包括描述海洋流体运动的方程、建立数值模拟模型以及开展实验观测等方法。
1. 速度场和动量方程速度场描述了海洋中流体的速度分布，是研究海洋动力学的基础。
通过建立速度场的方程，可以推导出描述海洋流体运动的动量方程，揭示海洋流体受力和受压力梯度的关系。
2. 数值模拟模型数值模拟模型是开展海洋动力学研究不可或缺的工具，可以通过数值计算的方式模拟和预测海洋的运动和变化。
常用的数值模拟模型包括有限差分模型、有限元模型和谱方法等，它们可以对不同尺度、不同时间范围的海洋物理过程进行模拟和预测。
3. 实验观测方法实验观测是验证和改进海洋动力学理论的重要手段。
通过在海洋中布置观测装置进行水文、气象和流速等参数的实时观测，可以获取真实的海洋数据，为海洋动力学研究提供重要的实验基础。
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第五章重点： 1. 何为地转流？如何划分梯度流和倾斜流？它们分别有什么特点？ 2. 无限深海 Ekman 漂流的方程、边界条件、推导、解的讨论 3. 有限深海漂流、底流、非均匀风场风生流和升降流之间的关联和各自特点 4. 利用 Ekman 漂流理论，解释风场和岸界的配合，可导致升降流的产生 5. 何为 Ekman 螺旋和 Ekman 螺线？它们在无限深海、有限深海漂流和底流 的不同分布特点 6. 何为惯性流？有何特点（速率、轨迹、半径、周期、背景流）？ 7. 何为边界层技术？ 8. Sverdrup 理论的物理假定、简化方程和边界条件 9. 何为 Sverdrup 平衡，写出方程，说明包含哪两层物理意义 10. Sverdrup、Stommel、Munk 及 Morgan 理论的主要出发点、求解思路、主 要结论及有何缺陷？ 11. Stommel、Munk 及 Morgan 理论分别从什么侧面克服 Sverdrup 理论的缺 陷？ 12. 何为大洋环流的西向强化？各理论分别从什么角度出发解释导致西向强 化现象的原因？
义 8. 有限振幅波与小振幅波的异同 9. 海浪过程的平稳性、各态历经性、正态性对海浪研究有什么重要性？ 10. 什么是有效波高？说明各种波高的使用目的及它们之间的关系。 11. 能谱、方向谱的表达式、定义、物理意义 12. 简述 Neuman 谱、PM 谱和 JONSWAP 谱的特点
推导： 1．由有限深水波频散关系推出深水波和浅水波的频散关系、群速和波速；由有
第九章重点： 1．什么是风暴潮？ 2．简述定常状态下狭长矩形海域中风暴潮的主要特点，讨论海底坡度和海域是 否封闭对风暴潮的影响 3．简述狭长矩形浅水海域中非定常风暴潮的主要特点 4．简述浅水宽阔海域风暴潮的主要特点（考虑地转）
6. 讨论海峡中两列相向 Kelvin 波的波动特点 7. 根据窄矩形海湾潮波的解，讨论共振现象的发生 8. 什么是涌潮？其产生机制和主要结论
推导：
1. 从 Helmholtz 方程推导单列 Kelvin 波解 2. 推导并讨论海峡中两列相向 Kelvin 波
第八章重点： 1．简述小振幅内波的特点 2．讨论表面波、内波和界面波三者的区别和内在联系 3．简述两层流体界面波的特点 4．简述大尺度界面波的特点（考虑地转）
限深水波速度势表达式推出水质点轨迹，并讨论深水波和浅水波的质点轨迹 特点 2．由波数守恒方程推导发生波动折射时有限深水波和深水波的波速（波长）之 间的关系 3．推导有限振幅波的波速、频散关系和水质点运动轨迹
第七章重点：
1. 简述平衡潮理论的基本假设和主要结论 2. 根据平衡潮潮高初步展开公式，说明各项代表什么周期，具有什么样的特点
（包括随纬度的变化）？
3. 简述 Laplace 理论的主要结论 4. 简述等深陆架平面 Sverdrup 波的存在条件和特点，并对比浅水重力长波，讨
论地转效应对波动性质的影响
5. 简述 Kelvin 波的特点，根据考虑和不考虑摩擦的单列 Kelvin 波的解，讨论考 虑两种情况下单列 Kelvin 波性质的区别
推导： 1. 无限深海 Ekman 漂流理论 2. 惯性流水质点轨迹
第六章重点： 1. 线性波动理论的假定、研究思路及解的讨的一般特点（包括能量） 4. 驻波的定义，利用驻波的波面位移和质点轨迹表达式解释其特点 5. 波群、包络线和群速的概念，讨论群速和能量传播速度的特点 6. 波动折射的定义，波动传到浅水后波长、波速、波向、波高有什么变化？ 7. 什么是波动绕射？有什么特点（图）？解释绕射方程和边界条件的物理意
第四章重点： 1. 何为惯性坐标系？ 2. 作用于海水微团的力有哪些？各力的定义、表达式和特征。 3. 写出描述海水运动的控制方程（运动方程）的向量形式，解释每一项的物 理意义。 4. 为什么说局地直角坐标下的方程是球坐标的简化形式？局地直角坐标与 笛卡儿坐标系的异同？ 5. 写出海水层流方程组矢量形式和直角坐标系下的标量形式，说明各方程的 出发点及各方程中各项的物理意义。 6. 各类边界条件的出发点和物理意义，在不连续面，各类边界条件用来代替 哪个方程？ 7. 写出直角坐标系下湍流基本方程组，方程组中各项的物理意义 8. 分析湍流基本方程组与层流基本方程组的异同 9. 尺度分析的定义，根据假定条件简化方程 10. Rossby 数、Ekman 数的表达式和物理意义 11. f 平面和 β 平面近似 12. 准静力近似，Bossinesq 近似及二者之间的关系