1、物理海洋学 回顾与展望 黄大吉 海洋二所， 浙大海洋学院， 2013-11-04 物理海洋学 回顾 基本原理和方法 理论（概念）的三个方面和三种表达 举例 展望 海洋观测（采样频率，覆盖范围） 理论研究（中小尺度过程，界面过程，未知过程） 数值模拟（机理模式、仿真模式） 物理海洋学 物理海洋学是以物理学的理论、技术和方法，研究海洋中的物理现象及其变化规律，尤其是海水运动和海水物理性质，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。 它是海洋科学的一个分支学科，与大气科学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学有密切关系，在军事活动、海洋运输、资源开发、环境保护、海岸设施和海底工程等方面有广
2、泛的应用。 由于海水运动是所有海洋过程中最基本的过程，海水物理性质是海水最主要的性质之一，因此，物理海洋学的性质决定了它在海洋科学中的基础地位和引领作用。 物理学的理论、技术和方法 实验和观测：实验室试验、现场观测、遥感观测等。 理论研究：从质量、动量和能量守恒等原理出发，得到描述海水运动和海水物理性质的连续方程、运动方程、温度盐度的输运扩散方程、状态方程等，运用数学工具，对简单典型问题进行研究。 数值模拟：它以电子计算机为手段，通过数值计算、信息处理和图像显示的方法，研究海水运动海水物理性质。 学习过程中需要注意的地方 -三个方面与三种表达 一个学科理论（概念）三个方面 1.形式逻辑的内容
3、2.直观的背景 3.应用 一个学科理论（概念）的三种表达 a.公式 b.语言 c.图像 举例一：质量守恒 1.形式逻辑的内容： 2.直观的背景：物质不灭，质量守恒 3.应用：密度变化与体积变化，如流管中流进与流出的流体质量相等 ( )utudtd=10= u举例 1：质量守恒 a.公式： b.语言：物质不灭，质量守恒 c.图像： ( )utudtd=10= u粘性运动 举例 2：海洋中一些运动形式 惯性运动 地转运动 静力平衡 )(uFpukfdtud+=+)(uFpukfdtud+=+=p0举例 2.1：静力平衡 静力平衡 zpg=+=hagdzpp)(uFpukfdtud+=+举例 2.2
4、：惯性运动 惯性运动 0=+ ukfdtud ukfkuiftieuueu=0kf)(uFpukfdtud+=+举例 2.3：地转运动 地转运动 pukf=力与加速度： 压强梯度力产生科氏加速度 0= ukfp 力平衡： 压强梯度力与科氏力平衡 fpku=流动沿等压线，等压线密处流速大 面向流的去向： N半球：高压在右侧，低压在左侧 S半球：反之 kf举例 2.3：地转运动 流动沿等压线 等压线密集处流速大 Mean dynamic topography, i.e. oceanic relief corresponding to permanent ocean circulation. Arr
5、ows are proportional to current speed. Credits CLS. 500hPa Geopotential Height, Temp and Wind on Nov. 2, 2013 Source: 中央气象台，http:/ 海平面气压场，海平面风场 Source: 国家海洋环境预报中心， http:/ )(uFpukfdtud+=+举例 2.4：粘性运动 Fukf=边界条件： HzzzuAHVs=,00 ,整体特性： =0HdzuMfkfkss=22zuAukfV=ivuU +=HzzzuAHVs=,00 ,垂向结构 s=4042zizzizVseeUee
6、AUVsAU20=举例 2.4：粘性运动 fAV/2=举例 3：位涡 0= adtddtdhhzhhzBBB=hfhka +=向深水运动，h和增大，气旋式旋转 向浅水运动，h和减小，反气旋式旋转 沿等深线运动，h和不变 气流过山 Source: Geerts and Linacre, 1999, Potential vorticity and isentropic charts pf+=)(举例 3：位涡 举例 3：位涡 位涡 = (等位温面上的绝对涡度) * (静力稳定度) 位涡守恒： 沿等位温面上运动时位涡守恒 ( )+=pfgPV( ) constpf =+( ) constpconst
7、 =+沿纬度： 大气运动 举例 3：位涡 低纬度，对流层位温范围为300 370 K (相差70 K). 中高纬度，对流层位温范围为270 300 K (相差30 K). 平流层 PV库 平流层 PV库 举例 3：位涡 ( )+=pfgPV举例 3：位涡 PV 思想 ( ) 43222, +=+LLxJLMSI举例 4：大洋环流 风应力 涡度 行星涡度 输运 相对涡度 输运 底摩擦应力 涡度 侧摩擦应力 涡度 Sverdrup 内区 Stommel Model Munk Model Inertial Model yff +=0=xxEdxkH L 东海岸流函数为零 从东向西积分 Walter
8、H. Munk Munk, W. H., 1950, On the wind-driven ocean circulation, J. Meteorology, 7(2): 79-93 43+=LxMInertial model (Fofonoff streamlines) The interior flow is westward everywhere constf =+0=ffff( ) 0,22=+xJLI物理海洋学 回顾 基本原理和方法 理论（概念）的三个方面和三种表达 举例 展望 海洋观测:采样频率，覆盖范围 理论研究:中小尺度过程，界面过程，未知过程 数值模拟:机理模式、仿真模式 海洋观测 主要海洋过程的时间和空间尺度（Dickey，2002） 海洋观测 海洋观测的主要手段（Dickey，2002）
