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第1章 物理海洋学概论 1

1.1 概述 1

1.2 物理海洋学现象的空间和时间尺度 2

第2章 海洋维度、形状和底质 6

2.1 维度 6

2.2 板块构造和深海地形 8

2.3 海底要素 11

2.4 空间尺度 13

2.5 海滨、海岸和海滩 13

2.6 大陆架、大陆坡和大陆隆 14

2.7 深海 15

2.8 海底山脊、海峡和海底通道 16

2.9 海底地形测绘方法 16

2.10 海底底质 17

2.11 海盆 18

第3章 海水的物理性质 27

3.1 海水的分子特征 27

3.2 压强 28

3.3 海水的热性质：温度、热量与位温 30

3.3.1 温度 30

3.3.2 热量 31

3.3.3 位温 32

3.4 盐度和导电性 33

3.5 海水密度 35

3.5.1 海水温度和盐度对密度的影响 37

3.5.2 压强对密度的影响：位密度 38

3.5.3 比容和比容偏差 39

3.5.4 温度和盐度对压缩性的影响：等熵面和中性密度 39

3.5.5 状态方程式中的线性和非线性 41

3.5.6 静力稳定性和Brunt-Vaisala频率 42

3.5.7 海水的冰点 44

3.6 示踪物 45

3.7 海洋中的声波 47

3.8 海洋中的光 52

3.8.1 光学性质 52

3.8.2 海色 55

3.9 海洋中的冰 58

3.9.1 结冰过程 58

3.9.2 盐析作用 59

3.9.3 海冰的密度和热力学性质 60

3.9.4 海冰的力学性质 60

3.9.5 海冰的类型及其移动 61

3.9.6 冰间湖和冰沟 61

3.9.7 海冰分散 62

第4章 水体特征的典型分布 64

4.1 简介 64

4.2 海洋的温度分布 66

4.2.1 海面温度 68

4.2.2 上层温度和混合层 70

4.2.3 温跃层、盐跃层以及密度跃层 72

4.2.4 上层和温跃层温度随时间的变化 75

4.2.5 深水温度和位温 77

4.2.6 位温的垂直剖面 79

4.3 盐度分布 79

4.3.1 表面盐度 81

4.3.2 上层盐度 83

4.3.3 中等深度的盐度 85

4.3.4 深层水的盐度 86

4.3.5 盐度随着时间的变化 86

4.3.6 位温和盐度的体积分布 87

4.4 密度分布 89

4.4.1 海水表层和上层的密度 90

4.4.2 密度跃层 91

4.4.3 位密度的深度分布 92

4.5 溶解氧 93

4.6 营养盐和其他指示物 94

4.7 水龄、水体交换时间和流通率 97

4.8 海水的光学性质 100

第5章 质量、盐、热量收支和风的作用 104

5.1 体积与质量守恒 104

5.1.1 封闭箱中的体积守恒 104

5.1.2 开阔大洋连续性 105

5.1.3 辐射、通量和扩散 106

5.2 盐量守恒 108

5.3 两个守恒原理的三个例子 109

5.3.1 地中海：逆向水平衡的范例 109

5.3.2 黑海：正向水平衡的范例 110

5.3.3 开阔大洋中的盐水和淡水输运量 111

5.4 热能守恒；热量收支 113

5.4.1 热量收支项 113

5.4.2 短波和长波辐射：辐射理论基础 115

5.4.3 短波辐射（Qs） 116

5.4.4 长波辐射（Qb） 119

5.4.5 冰雪覆盖对辐射收支的影响 121

5.4.6 蒸发或潜热通量（Qc） 123

5.4.7 热传导或感热通量（Qh） 124

5.4.8 基于稳定性和风速的潜热和感热传递系数 125

5.5 热量收支项的地理分布和时间变化 125

5.5.1 热量收支组分的年平均值 126

5.5.2 热量收支组分的季节性变化 129

5.6 经向热输运 130

5.7 浮力通量 132

5.8 风的作用 134

第6章 数据分析概念和观测方法 137

6.1 海洋学采样 138

6.2 观测误差 139

6.3 基本统计概念 140

6.3.1 平均值、方差、标准差和标准误差 140

6.3.2 概率密度函数 141

6.3.3 协方差、自协方差、积分时间尺度、自由度和置信区间 143

6.3.4 最小二乘法分析 145

6.4 空间数据可视化；剖面图、垂直截面图和水平映射图 147

6.4.1 垂向可视化 147

6.4.2 水平可视化 148

6.5 时间数据可视化 151

6.5.1 数据可视化 151

6.5.2 速度（向量）数据时间序列分析 152

6.5.3 调和分析法（谱分析法） 153

6.5.4 过滤数据 157

6.6 多维采样 158

6.6.1 多维数据和经验正交函数 159

6.6.2 气候态和地图册 162

6.7 水质（水团）分析 163

6.7.1 采用两种特性的分析 164

6.7.2 海洋水体体积的θ-S特征 165

6.7.3 最佳多参数分析 167

第7章 海洋环流的动力过程 171

7.1 简介：机理 171

7.2 动量平衡 171

7.2.1 加速度和平流 173

7.2.2 压强梯度力和重力 173

7.2.3 离心力和科里奥利力 173

7.2.4 粘性力与耗散 174

7.2.5 动量平衡的数学表达 175

7.3 温度、盐度和密度变化 176

7.3.1 温度、盐度和密度方程 176

7.3.2 分子和涡动扩散系数 177

7.4 混合层 177

7.4.1 海表混合层 177

7.4.2 海底混合层 178

7.4.3 内部混合层 178

7.5 风力响应 180

7.5.1 惯性流 180

7.5.2 朗缪尔环流 180

7.5.3 埃克曼层 181

7.5.4 埃克曼输送辐聚和风应力旋度 182

7.5.5 埃克曼响应和风力观测 183

7.6 地转平衡 183

7.6.1 压强梯度力和科里奥利力平衡 183

7.6.2 位势与动力高度异常和参考面速度 188

7.6.3 动力地形和海面高度图 190

7.6.4 两层模式大洋 191

7.7 涡度、位势涡度、罗斯贝波、开尔文波和不稳定性 191

7.7.1 涡度 191

7.7.2 位势涡度 192

7.7.3 罗斯贝波 193

7.7.4 罗斯贝变形半径和罗斯贝波分散关系 193

7.7.5 地转海流的不稳定性 194

7.7.6 开尔文波 194

7.8 风生环流：风成环流和西边界流 195

7.8.1 Sverdrup平衡 195

7.8.2 Stommel解：西向强化和西边界流 197

7.8.3 Munk解决方案：西边界流 197

7.8.4 Fofonoff解：大型惯性流 198

7.8.5 层化海洋中的Sverdrup平衡 199

7.9 风生环流：东边界流和赤道环流 200

7.9.1 沿岸上升流和东边界流 200

7.9.2 近表面赤道洋流和皮叶克尼斯反馈 201

7.10 浮力（热盐）和深海环流 201

7.10 .1 浮力损失过程（跨密度面下降流） 201

7.10 .2 跨密度面上升流（浮力获得） 202

7.10 .3 Stommel和Arons的解决方案：深海环流和深层西边界流 202

7.10 .4 热盐振荡：Stommel解 203

第8章 重力波、潮汐与海岸海洋学 205

8.1 简介 205

8.2 波的一般性质 205

8.3 表面重力波 206

8.3.1 定义和频散关系 206

8.3.2 风力表面重力波 207

8.3.3 海滩、破碎波和相关增水以及近岸流 208

8.3.4 风暴潮 211

8.3.5 海啸 211

8.4 内部重力波 213

8.4.1 界面内波 214

8.4.2 密度连续变化的海洋中的波 214

8.4.3 内波的生成和观测 216

8.5 大陆架波和沿海陷波 217

8.6 潮汐 218

8.6.1 平衡潮 218

8.6.2 动力潮汐理论 221

第9章 大西洋 224

9.1 介绍和概述 224

9.2 驱动力 227

9.2.1 风力 227

9.2.2 浮力强迫 228

9.3 北大西洋环流 229

9.3.1 副热带环流 229

9.3.2 墨西哥湾流系统 231

9.3.3 加那利和葡萄牙海流系统 235

9.3.4 北大西洋洋流 237

9.3.5 副极地环流 238

9.3.6 北大西洋涡的变化和墨西哥湾流环 240

9.4 热带大西洋环流 242

9.5 南大西洋环流 247

9.5.1 副热带环流 248

9.5.2 巴西流 248

9.5.3 马尔维纳斯海流和亚南极锋面 249

9.5.4 本格拉海流系统 250

9.5.5 南大西洋涡可变性和厄加勒斯环流 250

9.6 大西洋海洋环流的深度相关性 251

9.6.1 风力驱动环流的深度相关性 252

9.6.2 深海环流和深层西边界流 253

9.7 大西洋内的经向翻转环流 259

9.8 大西洋水团 260

9.8.1 位温与盐度和氧量 261

9.8.2 大西洋上层水 264

9.8.3 中层水 268

9.8.4 深层和底层水 273

9.9 气候和大西洋 278

第10章 太平洋 280

10.1 介绍和概述 280

10.2 风和浮力的作用 283

10.3 北太平洋环流 283

10.3.1 副热带环流 284

10.3.2 副极地环流 294

10.4 南太平洋环流 298

10.4.1 副热带环流 298

10.5 太平洋中尺度涡变化性 303

10.6 太平洋环流和经向翻转流随深度的变化 303

10.7 热带太平洋环流和海水性质 308

10.7.1 简介 308

10.7.2 热带风和浮力强迫 308

10.7.3 赤道太平洋海流结构 310

10.7.4 低纬度西边界流 318

10.7.5 赤道特征分布 319

10.7.6 季节内变化和季节变化 319

10.8 厄尔尼诺／拉尼娜-南方涛动（ENSO） 321

10.8.1 ENSO说明 322

10.8.2 ENSO机制 324

10.9 太平洋水团 325

10.9.1 太平洋上层水 326

10.9.2 中层水 330

10.9.3 深层水 334

10.9.4 底层水（LCDW） 336

10.10 年代际气候多样性和气候变化 337

第11章 印度洋 338

11.1 介绍和概述 338

11.2 风力和浮力 340

11.2.1 平均风力 340

11.2.2 季风风力 341

11.2.3 浮力 341

11.3 季风和热带海洋环流 342

11.4 南印度洋副热带环流 345

11.4.1 副热带环流 347

11.4.2 厄加勒斯流及折回 349

11.4.3 利文流 350

11.5 印度尼西亚贯穿流 353

11.6 红海和波斯湾出水 355

11.7 中层和深层环流 358

11.8 水团 361

11.8.1 上层海洋 361

11.8.2 中层水 367

11.8.3 深层和底层水 368

11.9 气候和印度洋 371

第12章 北冰洋和北欧海 372

12.1 介绍 372

12.2 北欧海 373

12.2.1 北欧海环流 373

12.2.2 北欧海水团 376

12.2.3 北欧海中的垂向对流和高密水的形成 379

12.3 巴芬湾和哈德逊湾 380

12.4 北冰洋：环流和海冰漂移 383

12.4.1 海冰漂移和风力驱动 383

12.4.2 上层环流 385

12.4.3 中层和深层环流 388

12.5 北冰洋水团 388

12.5.1 表层和近表层水 390

12.5.2 大西洋水 392

12.5.3 深层和底层水 392

12.6 北冰洋运输和收支 398

12.7 北极中的海冰 401

12.7.1 北极海冰的分布 401

12.7.2 北极海冰的堆积和破碎；冰间湖 403

12.7.3 北极冰山 405

12.8 气候多样性与北冰洋 406

第13章 南大洋 407

13.1 介绍 407

13.2 风的作用 409

13.3 南大洋锋面和地带 410

13.3.1 锋面 411

13.3.2 区域 416

13.4 南大洋环流及输送 417

13.4.1 南极绕极流 419

13.4.2 威德尔海和罗斯海环流 421

13.4.3 中等深度至底层环流 423

13.5 南大洋水团 424

13.5.1 表层水 424

13.5.2 南极中层水 427

13.5.3 绕极深层水 429

13.5.4 南极底层水 431

13.5.5 翻转流收支 434

13.6 南大洋内的涡 434

13.7 南大洋海冰 436

13.7.1 海冰盖 436

13.7.2 海冰运动 438

13.8 南大洋气候变化性 439

第14章 全球环流和海水性质 440

14.1 全球环流 441

14.1.1 海洋上层环流系统 441

14.1.2 中层和深层环流 443

14.2 全球质量输运与翻转环流 446

14.2.1 海层质量运输至闭合区域 447

14.2.2 上升流和下降流 448

14.2.3 经向翻转流流函数 451

14.2.4 翻转环流示意图 454

14.3 热量和淡水运输与海洋环流 456

14.4 全球海水性质分布 459

14.4.1 海面高度 459

14.4.2 水团分布 459

14.5 涡多样性和扩散性 465

14.5.1 涡能量和侧向涡流扩散分布 465

14.5.2 涡多样性尺度、速度以及连续性的观测 467

14.5.3 跨密度面扩散和近惯性运动 471

14.6 气候与全球海洋 473

参考文献 475

彩色插图 545

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