Lagrangian Analysis and Prediction of Coastal and Ocean Dynamics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Griffa, Annalisa (EDT)/ Kirwan, A. D., Jr. (EDT)/ Mariano, Arthur J. (EDT)/ Ozgokmen, Tamay (EDT)/ R

出品人:

页数:500

译者:

出版时间:2007-07-23

价格:USD 191.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521870184

丛书系列:

图书标签:

海洋动力学
拉格朗日分析
海岸动力学
数值模拟
海洋预测
物理海洋学
流体动力学
海洋建模
大气科学
地球科学

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具体描述

Written by a group of international experts in their field, this book is a review of Lagrangian observation, analysis and assimilation methods in physical and biological oceanography. This multidisciplinary text presents new results on nonlinear analysis of Lagrangian dynamics, the prediction of particle trajectories, and Lagrangian stochastic models. It includes historical information, up-to-date developments, and speculation on future developments in Lagrangian-based observations, analysis, and modeling of physical and biological systems. Containing contributions from experimentalists, theoreticians, and modellers in the fields of physical oceanography, marine biology, mathematics, and meteorology, this book will be of great interest to researchers and graduate students looking for both practical applications and information on the theory of transport and dispersion in physical systems, biological modelling, and data assimilation.

《海洋动力学前沿：区域与过程模型研究》本书简介本书深入探讨了当代海洋动力学研究中关键的理论框架、数值模拟技术以及特定区域海洋过程的精细化描述。全书聚焦于如何利用先进的数学工具和计算方法，揭示海洋环流、波浪、混合以及与气候系统相互作用的复杂机制。第一部分：海洋动力学基础与数学模型本部分奠定了理解现代海洋动力学所需的理论基石。首先，系统回顾了流体力学在海洋环境中的特有表现形式，重点解析了科里奥利力、地转平衡、尺度分析在海洋尺度问题中的应用。接着，详细阐述了描述海洋运动的守恒方程组——Navier-Stokes方程在海洋中的简化形式，如浅水方程、布辛涅斯克近似下的运动方程。核心内容集中于非线性偏微分方程的求解方法。本书详细分析了描述海洋波浪传播的非线性色散关系，并引入了Korteweg-de Vries (KdV) 方程和非线性薛定谔 (NLS) 方程在孤立波、浅水波模拟中的精确解法和近似解法。讨论了如何利用变分原理构建物理系统的哈密顿量表述，并探讨了正则微扰理论在处理海洋边界层问题中的潜力。在湍流理论方面，本书超越了传统的雷诺平均（RANS）方法，深入探讨了大涡模拟（LES）在海洋混合层中的应用。详细介绍了亚网格尺度的参数化模型，如Smagorinsky闭合方案及其在模拟内部波破碎和垂直混合过程中的优缺点。同时，对海洋中尺度涡旋的动力学特征进行了深入分析，包括涡旋的生成、演化和能量交换机制。第二部分：区域海洋环流与数值模拟技术本部分的核心在于如何将理论模型转化为可操作的区域海洋环流模型，并关注全球变暖背景下区域海域的响应。 1. 区域海洋模型的构建与验证：详细介绍了主流的区域海洋环流模型（如ROMS, FVCOM）的计算网格设计（笛卡尔、曲面、非结构化网格）及其对地形边界层模拟精度的影响。重点解析了垂直坐标系的转换（如Sigma坐标系与Z坐标系的互换）及其在模拟陡峭海底地形和混合层变化时的优势与挑战。 2. 边界条件与强迫项处理：探讨了如何精确地耦合大气模型（如WRF, GFS）提供的信息，包括风应力、热通量和淡水通量的输入方案。特别关注了河口与大陆架区域的边界处理，如淡水输入和泥沙输运的耦合方法。书中提供了关于如何处理开边界反射问题的先进技术，如使用辐射边界条件和吸收层设置。 3. 涡旋动力学与中尺度过程模拟：本章结合数值模拟结果，定量分析了墨西哥湾暖流、黑潮等重要洋流系统中的中尺度涡旋的生成频率、能量谱分布及其对热量、盐度输运的贡献。利用轨迹分析和涡度预算方法，对特定区域的环流结构进行了诊断分析。 4. 被动示踪剂与物质输运：专注于如何模拟海洋中的污染物、营养盐或浮游生物的扩散与输运。介绍了随机游走模型（如拉格朗日粒子模型）与确定性通量模型的对比，并讨论了湍流扩散系数的空间异质性对示踪物分布的影响。第三部分：极端海洋现象与耦合系统本部分侧重于海洋动力学与特定极端事件、以及与其他地球系统的耦合作用。 1. 台风/飓风强度与结构模拟：详细分析了如何使用高分辨率海洋模型（耦合大气模型）来预测台风/飓风在通过海域时引起的海表温度（SST）降低、混合层加深等海洋响应。探讨了海洋热力响应对风暴强度的反馈机制，尤其关注了海洋的“热惯性”在风暴减弱过程中的作用。 2. 海气相互作用的反馈机制：本章超越了单向强迫，探讨了海气耦合系统的双向反馈。重点分析了海表温度异常（如ENSO事件）如何通过边界层过程反作用于大气环流，以及如何利用双向耦合模型（如MOM-ARWIC耦合）来捕捉这种反馈的精确程度。 3. 陆海交互作用：探讨了大型河流入海口、三角洲及近岸浅水区的特殊动力学。分析了潮汐、风浪、径流对悬浮物和营养盐在近岸水域的沉积与再悬浮过程的影响。书中通过案例研究，展示了如何量化陆源输入对河口湾水体分层的控制作用。 4. 海洋声场与波动传播：简要介绍了海洋水体密度结构如何影响声波的传播路径。虽然不涉及声学方程的详细推导，但阐述了基于密度和温度场的海洋模型输出，如何为水下声传播建模提供准确的背景环境参数，特别是对复杂温跃层和海山附近的声道效应分析。全书内容紧密围绕先进的计算海洋学和过程导向的理论分析，旨在为海洋科学家和工程师提供一个理解和模拟复杂海洋系统的全面工具箱。