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出版者:海洋

作者:国家海洋局人事劳

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页数:0

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价格:25

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isbn号码:9787502744625

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现代物理海洋学：理论、方法与前沿探索 内容简介 《现代物理海洋学：理论、方法与前沿探索》是一部全面而深入探讨当代海洋物理过程及其研究前沿的专业著作。本书旨在为海洋科学、地球物理学、环境科学以及相关工程领域的研究人员、教师和高年级本科生提供一个严谨、系统且前沿的知识框架。全书以现代物理学原理为基础，结合最新的观测技术和数值模拟方法，系统阐述了控制海洋环流、波动、混合与气候变化的关键物理机制。 全书共分为六大部分，涵盖了从基础理论到复杂应用领域的多个核心主题。 --- 第一部分：海洋动力学的基本原理与背景 本部分奠定了现代物理海洋学的理论基石。首先，我们回顾了流体力学和热力学的基本定律，并重点讨论了这些定律在地球宏大尺度（科里奥利力、地转平衡）下的具体表现。 核心内容包括： 1. 流体动力学基础在海洋中的应用： 详细推导了适用于海洋尺度的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的简化形式，如浅水方程、地转近似方程。着重分析了惯性力、压力梯度力、科里奥利力与粘性力之间的动态平衡。 2. 海洋热力学与浮力驱动力： 深入探讨了温度和盐度对海水密度场的影响，引入了状态方程（EOS）的现代表述。详细阐述了浮力频率（Brunt-Väisälä Frequency）在描述水体垂直稳定性和内部波产生中的核心作用。 3. 海洋几何与坐标系： 讨论了球坐标系下处理全球尺度运动的必要性，并对极地、赤道等特殊区域的动力学效应进行了详细分析。 --- 第二部分：海洋环流的驱动、结构与尺度分析 本部分聚焦于驱动全球和区域海洋环流的宏观物理机制，区分了不同尺度上环流的动力学特征。 核心内容包括： 1. 大尺度环流的动力学： 深入解析了风应力驱动（Stommel模型、Munk模型）与密度驱动（温盐环流，Thermohaline Circulation）在驱动深海环流中的相对重要性。详细讨论了西边界流的形成机制及其与科里奥利力的密切关系。 2. 气旋尺度涡旋动力学： 探讨了中尺度涡旋（Mesoscale Eddies，尺度通常在几十至几百公里）在海洋能量和物质输运中的关键作用。分析了涡旋的产生、演化、非线性相互作用及其对平均流的重正化效应。 3. 赤道动力学： 专门解析了赤道区域的特殊动力学，如赤道潜流（Equatorial Undercurrents）的产生机制，重点分析了科里奥利力在赤道上分量为零时流场维持的物理机制（如压力梯度与科里奥利力的平衡）。 --- 第三部分：海洋内部波动、混合与湍流 海洋内部的能量传递和物质混合主要通过波动和湍流过程实现。本部分详细剖析了这些小尺度到中尺度的物理过程。 核心内容包括： 1. 内部波动力学： 详细推导了海洋内部重力波的频散关系，讨论了内部波在地形、剪切流或对流过程中如何被激发、传播和耗散。分析了内部波破碎与海洋混合的关系。 2. 海洋湍流与混合参数化： 探讨了海洋中垂直和水平湍流的特征，包括剪切不稳定、开尔文-亥姆霍兹不稳定等。重点介绍了用于数值模型中的湍流闭合方案（如$k-epsilon$模型、GM90参数化方案）的物理基础及其局限性。 3. 表层混合层（Mixed Layer）： 分析了大气对海表的能量输入（风应力、热通量）如何形成和维持季节性混合层，并讨论了日变化和日变化对边界层结构的影响。 --- 第四部分：海洋与大气相互作用的物理过程 本部分聚焦于海洋与大气边界层之间的能量、动量和物质交换，这是理解气候变化和天气系统的关键。 核心内容包括： 1. 海气界面通量计算： 详细介绍了动量、感热、潜热通量的计算方法，特别是低空风廓线测量和湍流传输系数的确定。讨论了“粗糙度”对动量传输的影响。 2. 海洋对大气环流的反馈： 深入分析了海表温度（SST）异常如何通过大气斜压不稳定和热力学过程影响天气系统，例如ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）的动力学机制。 3. 海洋气溶胶与云的相互作用： 探讨了海洋生物活动产生的物质如何影响海气界面的云凝结核（CCN）浓度，以及这对辐射平衡的潜在影响。 --- 第五部分：观测技术与数据同化方法 现代物理海洋学的发展离不开先进的观测手段和数据处理技术。本部分侧重于物理海洋学家的工具箱。 核心内容包括： 1. 水团追踪与传感器技术： 详细介绍 Argo 浮标网络的全球覆盖能力、CTD（温盐深仪）测量精度要求，以及声学多普勒流速剖面仪（ADCP）在测量水下流场中的应用原理。 2. 遥感技术在海洋动力学中的应用： 阐述了卫星高度计测量海面高度的原理及其如何用于推算地转流和中尺度涡旋的监测。讨论了可见光和红外遥感在SST和叶绿素输送研究中的作用。 3. 海洋数据同化： 介绍了将观测数据融入数值模型的技术，包括变分法（3D-Var, 4D-Var）和集合卡尔曼滤波（EnKF）在提高环流预报准确性方面的应用原理和实践挑战。 --- 第六部分：前沿课题与跨学科应用 本部分展望了物理海洋学在应对全球环境挑战中的最新研究方向。 核心内容包括： 1. 海洋热量吸收与全球变暖： 物理海洋学在量化海洋对累积大气热量吸收中的贡献，以及深海热量向下输送机制的研究。 2. 冰海相互作用（Sea Ice Dynamics）： 讨论了冰盖的动力学模型、冰下湍流混合过程，以及海冰融化对海洋分层和全球环流的长期影响。 3. 水下声传播与环境声学： 从声速剖面（由温度、盐度、压力决定）的角度，分析了海洋温度结构对水下声场传播路径和能量衰减的影响，以及其在海洋声学工程中的应用。 《现代物理海洋学：理论、方法与前沿探索》力求以严谨的物理图像和清晰的数学推导，为读者构建一个理解复杂海洋系统的完整框架，强调理论模型与实际观测数据的有机结合。

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这本书的价值，在我看来，远不止于基础知识的普及，更在于它巧妙地将理论与实践相结合，展现了海洋学在实际生活中的广泛应用。书中关于海洋资源开发的部分，详细阐述了石油、天然气、矿产等海洋资源的勘探和开采技术，并探讨了这些活动可能带来的环境影响。这让我意识到，我们每天使用的许多能源都与海洋息息相关。 更让我惊喜的是，书中还深入介绍了海洋生物的开发利用，例如渔业资源的管理和可持续捕捞的策略，以及海洋生物医药的潜力。我了解到，许多拯救生命的药物竟然是从海洋生物中提取的。此外，书中对海洋工程的介绍也十分到位，从海上平台的设计建造，到海底管道的铺设，再到海上风电场的建设，都进行了详尽的讲解。这些内容不仅让我增长了见识，更让我对海洋的经济价值有了全新的认识。

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这本《应用海洋学基础》真是让我大开眼界！作为一名对海洋充满好奇的普通爱好者，我一直对深邃的蓝色世界充满敬畏，但又觉得它遥不可及。这本书的出现，就像一盏明灯，照亮了我探索海洋的道路。它没有上来就抛出一堆晦涩难懂的专业术语，而是用一种循序渐进、深入浅出的方式，为我揭开了海洋的神秘面纱。 我尤其喜欢书中关于海洋物理的部分。它细致地解释了潮汐的形成机制，让我第一次明白，原来那些规律的潮起潮落并非偶然，而是地球、月球和太阳之间精妙引力作用的结果。书中配以大量的图表和插画，形象地展示了洋流的运动轨迹，让我这个地理盲也能清晰地理解不同海域的洋流系统如何影响着全球的气候和生态。而且，书中还涉及了波浪的形成与传播，解释了为什么会有各种形态的海浪，以及它们对海岸线侵蚀和塑造作用的原理。读到这里，我仿佛置身于波涛汹涌的海边，亲身感受着海洋的力量。

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作为一名多年接触各类科普读物的读者，我对《应用海洋学基础》的结构和内容安排感到非常满意。它以一种非常清晰的逻辑脉络，将庞杂的海洋学知识有机地串联起来。开篇就为读者构建了一个宏观的海洋地理框架，然后逐步深入到物理、化学、生物等各个分支领域，最后又回归到应用层面。 每一章节的开头，都会先给出一个引人入胜的引子，激发读者的兴趣，随后用通俗易懂的语言解释核心概念，并辅以大量的实例和数据支撑。我特别欣赏书中关于海洋化学的部分，它不仅仅介绍了海水的基本成分，还对溶解氧、pH值、营养盐等关键指标的分布和变化进行了详细的分析，并解释了这些因素如何影响海洋生态系统的健康。书中对海洋生物学的阐述，也涵盖了从微生物到大型海洋哺乳动物的广泛内容，并重点突出了它们在食物链中的作用和对环境的适应性。

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《应用海洋学基础》的语言风格极其生动有趣，完全颠覆了我对学术书籍的刻板印象。作者仿佛是一位经验丰富的海洋探险家，在向你娓娓道来他在广阔海洋中的奇遇。他运用了很多形象的比喻和生动的描绘，将抽象的科学概念变得触手可及。 我尤其喜欢书中关于海洋地质学的部分。在阅读关于海底地形的章节时，我感觉自己仿佛乘坐潜艇，在黑暗的海底穿梭，亲眼目睹了海沟的深邃、海山的壮丽和大陆架的平缓。书中对海底沉积物的介绍也很有意思，让我了解到，这些看似普通的泥沙，其实蕴含着地球亿万年的演变信息。此外，作者在讨论海洋灾害时，也并非只是枯燥地罗列数据，而是通过讲述一些真实的案例，将海啸、风暴潮等灾害的破坏力具象化，让读者在敬畏自然的同时，也深刻理解了预警和防御的重要性。

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对于我这种非专业读者来说，《应用海洋学基础》最难得之处在于它能够激发我持续学习的动力。书中的内容既有广度，又有深度，而且始终保持着一种引人入胜的叙事节奏。阅读过程中，我常常会因为一个有趣的发现而停下来，去查阅更多的相关资料，或者思考它与我所处的生活环境之间的联系。 例如，书中关于海洋在碳循环中所扮演角色的讨论，让我对气候变化有了更深层次的理解，也更加认识到保护海洋生态的重要性。作者在介绍海洋观测技术时，也涉及了卫星遥感、水下机器人等前沿科技，这让我看到了海洋科学未来的发展潜力，也让我对人类探索未知世界的能力感到由衷的钦佩。总而言之，这本书不仅仅是一本教材，更是一扇通往奇妙海洋世界的窗户，它让我看到了科学的魅力，也点燃了我对探索海洋的热情。

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