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出版者:Cambridge University Press

作者:Professor Richard G. Williams

出品人:

页数:434

译者:

出版时间:2011-7-14

价格:GBP 45.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521843690

丛书系列:

图书标签:

• 系统科学
• 碳循环
• 生物地球化学
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• 大学学习
• 地球
• Ocean Dynamics
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涡旋与洋流：海洋动力学导论 本书深入探讨了驱动我们蓝色星球的复杂水体运动的各个方面。我们着重于海洋动力学的基本原理，从塑造海岸线和影响全球气候的宏大尺度环流，到在局部水域引发剧烈变化的微小尺度涡旋。 第一部分：基础与框架 本书的开篇部分奠定了理解海洋运动所需的基础物理学和数学框架。我们首先回顾了流体力学的核心概念，特别关注了适用于流体（水）的牛顿运动定律。随后，我们引入了科里奥利力（Coriolis Force）的重要性，解释了它是如何将自由运动的物体在地球自转的背景下偏转，并成为解释地转流（Geostrophic Flow）的关键。 第一章：流体静力学与浮力 本章详细分析了静止海水中的压力分布，阐述了密度差异如何通过浮力驱动垂直运动。我们探讨了静水力平衡（Hydrostatic Balance）的原理及其在海洋垂直结构中的应用，包括密度跃层（Pycnocline）的形成机制。对状态方程的细致分析，揭示了温度和盐度（TS 关系）如何精确地决定海水的局部密度，从而影响深海环流的启动。 第二章：运动学的描述与坐标系 为了量化海洋的运动，我们需要精确的数学工具。本章介绍了描述流场（Velocity Fields）的关键概念，如拉格朗日描述（Lagrangian Description，追踪单个水团）和欧拉描述（Eulerian Description，测量固定点上的流速）。我们深入研究了描述水团旋转和变形的运动学变量——涡度（Vorticity）和应变率（Strain Rate）。特别地，我们将绝对涡度和相对涡度的概念应用于理解中尺度（Mesoscale）现象的产生。 第三章：地转平衡与大尺度环流 本章的核心是地转关系。我们推导了适用于大尺度（Rossby半径范围以上）运动的原始方程，并展示了在摩擦力和惯性力相对于科里奥利力可以忽略不计时，流体如何达到地转平衡。我们将这种平衡应用于解释行星尺度上的主要洋流，如西边界流（Western Boundary Currents）的强度和宽度，并讨论了斯托克斯特定理（Stommel Model）和西流边界理论的演变。 第二部分：驱动力与尺度效应 理解海洋运动，必须考察驱动这些运动的外部和内部力量，以及这些力量在不同空间尺度上的影响差异。 第四章：风场对海洋的驱动 风是海洋表面最主要的能量输入机制。本章专注于风应力如何通过摩擦作用传递能量给海洋表层水。我们详细分析了埃克曼输运（Ekman Transport）的机制，解释了在不同半球，风场如何导致水体向左或向右净输运（在北半球向右，南半球向左）。我们随后将埃克曼输运的概念扩展到实际的海洋模型中，解释了上升流（Upwelling）和下降流（Downwelling）的形成，以及它们对海洋生物生产力的影响。 第五章：大洋环流与温盐环流 本章关注驱动全球热量、盐分和营养物质重新分配的巨型环流系统。我们区分了由风力主导的表层环流（如太平洋和印度洋的环流）与由密度差异驱动的深层环流——温盐环流（Thermohaline Circulation，THC）。我们探讨了深水形成的物理过程，如北大西洋深层水（NADW）和南极绕极深层水（AABW）的形成，并讨论了这些深层水团的输运路径和时间尺度。 第六章：中尺度涡旋与湍流 海洋中充满了直径在几公里到几百公里之间的涡旋。本章转向中尺度现象的研究。我们讨论了中尺度涡旋的能量来源（通常是斜压不稳定，Baroclinic Instability），它们如何从大的环流系统中分离出来，并独立地在海洋中传播。对涡旋动理学的分析揭示了它们在垂直混合和水平物质重分配中的关键作用，以及它们与更小尺度的湍流现象之间的能量级联关系。 第三部分：边界效应与内部动力学 海洋系统并非均质的，其边界和内部结构对运动有显著的约束。 第七章：海洋边界层动力学 本章专注于海洋表层和底部与周围环境相互作用的薄层。我们深入研究了风驱动的摩擦层（即表层混合层，Mixed Layer），分析了日夜循环、风切变如何影响其深度和结构。在底部，我们考察了地转边界层，探讨了底部摩擦力在驱动部分地转流和赤道下混合中的作用。 第八章：内波与内部潮汐 水体内部的密度分层孕育了内波（Internal Waves）。本章详细描述了内波的产生机制，通常是由于水团受到扰动后在密度层之间振荡。我们探讨了内波在深海的传播特性，以及当它们在海底、中尺度涡旋或地形上破碎时，如何成为将动能转化为热能和湍流混合的重要机制。内部潮汐（Internal Tides）作为一种特殊的内波，其能量耗散对全球海洋能量预算的贡献被着重讨论。 第九章：海浪的物理学 虽然海浪通常被认为是气象学范畴，但它们与海洋动力学有着不可分割的联系。本章从流体力学的角度分析了表面重力波（Surface Gravity Waves）。我们区分了重力波和开尔文波，讨论了波浪的色散关系，并分析了海浪在浅水区如何破碎（Shoaling and Breaking），以及海浪破碎如何驱动近岸环流和沙滩侵蚀。 第十章：海洋对地形的响应 海洋动力学不可避免地要面对地球的复杂地形。本章研究了水体在受到海山、大陆架和海峡等地形约束时的响应。我们探讨了地形对地转流的束缚效应，分析了如何形成地形驱动的通道流。同时，我们详细分析了海峡中的潮流（Tidal Currents）和密度驱动的流量限制，如海峡底部密度梯度对水体交换的控制作用。 本书旨在为读者提供一个全面、深入且物理基础扎实的海洋动力学知识体系，使读者能够理解驱动海洋运动的复杂机制，为进一步研究海洋环流、物质输运和海洋气候相互作用打下坚实基础。

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当我翻开这本书的扉页，“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”，这个标题首先就点燃了我内心深处对科学探索的渴望。我一直对那些能够将看似独立的不同自然现象巧妙地联系起来的著作充满敬意，而这本书无疑就属于这一类。海洋动力学，听起来就充满了动感与力量，它描绘着海浪的澎湃，洋流的奔腾，以及深邃海底的风暴。而碳循环，则是地球生命得以延续的基石，它是如此精密，如此微妙，牵动着整个星球的气候和生态。这两者的结合，让我看到了一个更加宏大、更加完整的地球系统。我特别好奇的是，作者将如何剖析这两个庞大系统之间的互动机制。是海水的温度变化如何影响溶解的二氧化碳浓度？又是海洋生物的生长周期如何反过来调节洋流的输送效率？这些问题在我脑海中如同潮水般涌动。我期待这本书能够提供清晰的解释，用生动的语言，将那些抽象的科学概念变得触手可及。我相信，通过阅读这本书，我将能够更深刻地理解，为什么我们常说“保护海洋就是保护我们自己”，因为海洋的健康与否，直接关系到我们赖以生存的地球环境。这本书，在我眼中，不仅仅是一本学术专著，更是一扇窗，透过它，我能窥见地球这颗蓝色星球跳动的脉搏。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——仅仅是书名，就足以勾起我作为一名业余海洋爱好者深深的探究欲。我总觉得，大海拥有无数的秘密，它既是生命的摇篮，也是地球气候的调节器，而“动态”与“碳循环”这两个词，恰恰触及了它最核心的运作机制。我一直对那些能够将宏观现象与微观细节巧妙融合的科学著作情有独钟。这本书，让我联想到那些关于全球变暖、海平面上升的讨论，而这一切的根源，似乎都与海洋如何吸收、储存和释放碳有着千丝万缕的联系。我希望这本书能深入浅出地讲解，那些我们肉眼无法看见的深海洋流，是如何在全球气候系统中扮演着至关重要的角色，它们的速度、方向、温度，又如何直接或间接地影响着大气中的二氧化碳含量。同时，我也期待作者能够详细阐述海洋中各种生物，从微小的浮游生物到庞大的鲸鱼，它们在碳循环中所扮演的不同角色。例如，浮游植物的光合作用固碳，以及海洋生物死亡后将碳带入深海的沉降过程。这些过程的细节，对于理解地球的碳收支平衡至关重要。我希望这本书能够为我描绘出一幅生动而科学的海洋碳循环图景，让我能够更清晰地认识到，保护海洋的生态平衡，对于维护我们星球的健康是何等的重要。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——光是这个书名，就仿佛打开了一扇通往地球最宏大、最神秘系统的大门。海洋，这个占据了地球绝大部分表面积的蓝色星球的动脉，其内部的运行机制一直让我着迷。而“动力学”，则暗示着其内在的活力与变化，无论是汹涌的波涛，还是深邃的洋流，都蕴含着巨大的能量和物质交换。紧随其后的“碳循环”，更是点燃了我对地球生态系统稳定性的深切关注。在当前全球气候变化的大背景下，海洋作为地球最大的碳汇，其在调节大气二氧化碳浓度中所扮演的角色，已经变得前所未有的重要。我迫切地想知道，这本书将如何阐释海洋的物理动力过程，例如海浪、潮汐、洋流以及不同水体之间的混合，是如何影响溶解在海水中的二氧化碳的交换。更令我期待的是，作者是否会深入探讨海洋生物在碳循环中的关键作用，包括浮游生物的光合作用固碳，以及海洋生物死亡后碳的沉降过程，从而构成所谓的“生物碳泵”。这本书，在我看来，不仅仅是一部关于海洋物理和化学过程的学术著作，更是一份关于地球生命支持系统如何运作的百科全书，它将帮助我理解，我们所呼吸的空气，我们所感受的气候，都与这片浩瀚的海洋息息相关。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——这个标题，如同一扇神秘的门，吸引着我想要一探究竟。海洋，这个占据地球大部分地表的宏伟存在，总是让我感到敬畏。而“动力学”这个词，则预示着其内部活跃的生命力，从微小的水分子运动到宏大的洋流系统，都充满了复杂而有序的规律。而“碳循环”，更是与我们赖以生存的地球气候息息相关。我一直好奇，海洋是如何精确地平衡着大气中的碳含量的，又是哪些物理和生物过程在其中扮演着关键角色。我期待这本书能够深入浅出地解析，那些我们看不见的深海洋流，是如何将热量和养分在全球范围内输送，以及这种输送又如何影响着溶解在海水中的二氧化碳的含量。同时，我也希望能详细了解，海洋中的生物，尤其是那些微小的浮游生物，它们是如何通过光合作用大量吸收大气中的二氧化碳，又在死亡后将碳带入深海，成为地球巨大的碳储存库。这本书，对我来说，不仅仅是一次阅读，更是一次学习，一次让我更加深入地理解我们星球生命支持系统运作的宝贵机会。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——仅仅是书名，就足以激发我内心对海洋深邃奥秘的探索欲。海洋，这个占地球表面积绝大部分的蓝色心脏，其内部的运动规律以及它在维持地球碳平衡中所扮演的关键角色，一直是我深感兴趣的领域。我期待这本书能够以严谨的科学态度，揭示出海洋动力学，包括洋流、潮汐、波浪等物理过程，是如何与碳循环紧密相连的。例如，我非常想了解，海水的温度、盐度和密度变化如何影响其流动性，以及这种流动性又是如何影响二氧化碳在海洋与大气之间的交换效率。同时，我更对海洋生物在碳循环中的作用感到着迷。从微小的浮游植物通过光合作用吸收大量二氧化碳，到海洋生物死亡后将碳沉入深海，形成巨大的碳汇，这些过程的精妙之处，是我渴望深入了解的。这本书，在我看来，不仅仅是关于海洋的科学研究，更是关于理解我们星球如何自我调节，如何维系生命的一部重要篇章，它将帮助我更清晰地认识到，保护海洋的健康，对于应对当前全球气候变化带来的挑战至关重要。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——这个书名，在我脑海中勾勒出一幅幅生动的画面：波涛汹涌的大海，海面下奔腾的暗流，以及那些看不见的，却至关重要的碳交换过程。我一直对地球系统科学着迷，尤其是海洋，这个占地球表面绝大部分的巨大生态系统，其内部的复杂运作机制，以及它在维持地球生命所必需的碳平衡中扮演的角色，是我一直渴望深入了解的。这本书，听起来就像是对这一核心课题的深度解析。我特别期待作者能够详细阐述，海洋的物理动力过程，比如洋流的形成、强度和变化，是如何直接影响大气与海洋之间的二氧化碳交换的。例如，上涌流（upwelling）会将富含营养的海水带到表层，促进浮游生物的生长，从而吸收更多的二氧化碳；而下沉流（downwelling）又会将表层富含碳的水体带入深海。同时，我也对书中关于海洋生物碳泵的论述充满了期待，特别是关于浮游生物如何通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机碳，以及这些有机碳如何通过食物链和死亡沉降，最终被封存在深海。这本书，对我而言，是理解我们星球气候系统运作逻辑的一把关键钥匙，它将帮助我更清晰地认识到，海洋的健康与否，直接关系到我们能否应对日益严峻的气候挑战。

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读到“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”这个书名，我就忍不住想要深入了解。海洋，这个占地球表面积超过70%的巨大水体，总是给我一种神秘而又充满力量的感觉。它不仅孕育了生命，更是地球气候系统的核心参与者。而“动力学”和“碳循环”这两个关键词，则精准地指向了我一直以来非常感兴趣的两个领域：海洋内部的运动规律，以及它在整个地球碳平衡中所扮演的角色。我一直好奇，那些看似静止的海水表面之下，究竟隐藏着怎样复杂的流动和交换？洋流是如何形成，又如何影响着全球的热量分布和气候模式？更重要的是，海洋作为一个巨大的碳汇，它是如何吸收我们排放到大气中的二氧化碳的？这个过程又是如何被海洋内部的动力学过程所调控的？我希望这本书能够为我解答这些疑问，详细阐述海洋物理过程（如风力驱动、密度差异）如何影响碳的溶解、输送和储存。同时，我也期待作者能够深入探讨海洋生物碳泵的作用，包括浮游生物的光合作用、生物泵的效率以及碳酸盐的溶解和沉淀等。这本书，对我而言，不仅仅是关于海洋，更是关于地球生命支持系统运作方式的一次深度探索，一次对我们星球呼吸的理解。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——这个书名，立刻吸引了我。我一直对海洋深邃而广阔的世界充满好奇，它不仅是生命的摇篮，更是地球气候系统的关键调节器。而“动力学”与“碳循环”这两个词的结合，更是直接点出了海洋在这两个核心议题中的重要作用。我期待这本书能为我揭示，那些看不见的洋流、潮汐、以及风力搅动等物理过程，是如何塑造海洋的动态，又如何深刻影响着溶解在海水中的二氧化碳的分布与交换。例如，温度和盐度的变化如何影响海水的密度，进而驱动深层环流？风力又如何作用于海面，加速二氧化碳的输入或输出？同时，我也迫切想了解，在“碳循环”这个宏大的概念下，海洋生物，从微小的浮游植物到庞大的鲸鱼，它们是如何参与到这个过程中来的。浮游植物的光合作用吸收大量的二氧化碳，成为海洋碳汇的重要组成部分；而海洋生物的死亡和沉降，又将碳带入深海，形成所谓的“生物碳泵”，从而有效地将碳从大气中移除。这本书，对我来说，不仅是一次学术知识的拓展，更是一次对地球生命支持系统如何高效运作的深刻洞察。

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这本书的封面上“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”这个标题，瞬间就勾起了我对深邃海洋那无尽的好奇心。我一直对地球上宏大的自然系统运作机制着迷，而海洋，作为地球上最大的生态系统，其内部的动态变化以及它在调节我们星球碳平衡中所扮演的关键角色，更是充满了神秘与挑战。想象一下，那些我们看不见的洋流如何像巨大的传送带一样，将热量和营养物质在全球范围内输送，又如何影响着气候的潮起潮落；再者，海洋中亿万万的浮游生物，它们是如何通过光合作用吸收大量的二氧化碳，又在死亡后将碳沉入海底，成为地球碳储存库的重要组成部分。这本书，仅仅是读到它的名字，就仿佛打开了一扇通往这些复杂而又至关重要过程的大门。我期待着它能够以严谨的科学态度，揭示出海洋动力学与碳循环之间那错综复杂、相互依存的关系。我希望能从中了解到，海浪的每一次拍打，每一股暗流的涌动，甚至每一次海洋生物的呼吸，都在默默地参与着一场波澜壮阔的全球碳循环大戏。这本书的出版，无疑是为我们理解地球生命支持系统提供了一个极其宝贵的视角，尤其是在当前气候变化日益严峻的背景下，深入理解海洋的作用显得尤为迫切。我希望这本书不仅仅是学术上的探索，更能引发读者对海洋保护的深刻思考，认识到我们每一个个体与海洋健康息息相关。

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“Ocean Dynamics and the Carbon Cycle”——这个书名，就像一股强大的引力，将我的目光牢牢吸引。我对地球上那些宏观的、影响深远的自然过程一直有着强烈的探求欲，而海洋，无疑是其中最迷人、最关键的一环。谈到“动力学”，我立刻联想到那些奔腾不息的洋流、拍打海岸的巨浪，以及潜藏在深海的巨大能量。而“碳循环”，更是当前全球气候变化讨论中最核心的概念之一。这本书的标题，将这两者巧妙地联系在一起，让我对海洋如何在调节地球碳平衡中发挥关键作用充满了好奇。我非常期待书中能够详细阐述，海洋的物理过程，例如海水的温度、盐度、密度等因素如何影响其流动性，以及这些流动性又如何影响着二氧化碳在海洋与大气之间的交换。更重要的是，我希望能从中了解到，海洋中的生物，特别是浮游植物，是如何通过光合作用捕捉大量的二氧化碳，并将碳固定在生物体中。同时，我也对海洋生物的死亡和分解过程中，碳是如何被转移到深海，从而形成巨大的碳汇的机制感到非常着迷。这本书，对我而言，不仅仅是关于海洋的知识，更是关于理解我们星球生命维持系统运作原理的一次宝贵探索。

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