物理海洋学复习提纲
1、海洋学的学科体系是怎样的？什么是物理海洋学，它的研究对象与方法是什么？
海洋学：是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及开发利用海洋的知识体系。是地球科学和
地理学中的自然地理学的组成部分。
【基础学科】物理海洋学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学
【边缘学科】海洋环境学、海洋气象学、航海海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、区域海洋学、海洋
工程、海岸工程、海港工程、围海工程、深海采矿工程、海水养殖、海水淡化工程、海水综合利用工
程、海洋能开发工程、海洋水下工程、海洋空间开发工程、海洋石油和天然气开采工程
物理海洋学：运用物理学的观点和方法，研究海洋中的力场、热盐结构、以及相关的各种机械运动的
时空变化，并研究海洋中的物质、动量和能量的交换和转换的学科。
物理海洋学所研究的对象，是人类和其他生物赖以生存和生活的海洋中的物理环境。这种环境中的物
理过程，与地球上的气候和天气的形成和变化、海洋生物的生存和生活、海洋中物质和热量的输送、
海岸和海底的侵蚀和变化，以及海洋的交通运输和军事活动等，都有密切的关系。
研究方法：
?观测与调查（现场和室内试验）: 卫星遥感、航拍，海洋调查船, 锚系、浮标，采样，样品分析，水槽试验，数值实验
?理论化知识体系的建立: 从铅笔/纸张到超级计算机；从数据分析到理论; 从理论到模型
2、海里相当于多少公里？纬度中1分相当于多少海里？表示航行速度经常有单位“节”，一节相当于多少m/s？
地球的自转角速度是多少？
1海里=1.852km；纬度中1分相当于1海里、纬度中1度相当于60海里，约111km；
1节（kt）=1海里/小时=1.852km/h（约等于0.5m/s）；
地球自转的角速度ω=2π/(24x3600s)=7.27x10^-5 rad/s
3、世界海洋中根据其空间尺寸如何分类？什么是边缘海？什么是陆架浅海？
洋(Ocean)、海(Sea):边缘海，陆架浅海、海湾(Bay，Gulf，Embayment)、海峡(Strait, Gullet)、峡
湾(Fjord)、潮汐汊道(Tidal inlet)、河口(Estury)、潮滩(Tidal flat)、沙滩(Sand beach)
位于大陆边缘，以岛屿、群岛或半岛与大洋分隔，仅以海峡或水道与大洋相连的海域。
大陆架：它的范围自海岸线（一般取低潮线）起，向海洋方面延伸，直到海底坡度显著增加的大陆坡
折处为止。大陆架是大陆的自然延伸，原为海岸平原，后因海面上升之后，才沉溺于水下，成为浅海。
4、海洋中声音传播的速度与什么因素有关？何为海洋声道，其成因与特征分别是什么？
海水的盐度、水深（压强）、海面和海底状况、海水的运动、海洋中包含的各种不均匀体如气泡和生物
等
从声速最低的地方发射的声波，由于上下层的声速不同而发生折射，造成声波传播途径总是弯向声速
最低的地方。大部分声波在海水中经过这样的往复弯曲折射，而不与海面和海底接触，故能量损失很
小，这种现象称为声道现象。声速最低的地方称为声道轴。
5、海洋中光的传播与什么因素有关？光在水层中的衰减满足什么定律？光的传播对海洋生态系统有何影响？
什么是真光层？
（1）海水中光的吸收：光能量在水中损失的过程就是吸收。吸收也存在不同的物理过程：有些光子是
在它的能量变为热能时损失了，有些光子被吸收后由一种波长变为了另一种波长的光。
（2）海水中光的散射：散射时，光子没有消失，只是光子的前进方向发生了变化。也导致水中准直光
束能量的衰减。海水中引起光散射的因素很多，主要有水分子和各种粒子，包括悬移质粒子、浮游植
物及可溶有机物粒子等。
植物是海洋中生命的关键一环。植物需要光，光能够到达的海洋深度在一定程度了决定了大多数海洋
生物的生存深度。
真光层，又名透光带，英文photic zone，指水层中有光线透过的部分。为海洋生物生态作用最活跃的
水层。
6、风速的垂向分布如何？风应力如何计算？风的大小是如何分级的？
垂向风速剖面：
风应力计算：
7、海洋的热平衡是怎样的？什么是位温？世界大洋的水温分布如何？受什么因素控制？
热平衡：太阳短波辐射、海面有效回辐射、潜热（蒸发和凝结）、显热（对流）
位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度，比现场温度低
空间：垂向（混合层、温跃层、深层海洋）；
表面（纬向带状分布，北半球大洋西部温度大于东部、南半球相反）
时间：日变化（变化小，正弦曲线）；年变化（热带变化小周期半年、温带变化大周期一年，近岸海域
温差大，）
因素：太阳辐射、大洋流动、风
8、什么是上混合层？其季节性变化特征是什么，由何种因素控制？
上混合层：海洋要素（特别是位温）随深度分布趋于均匀的海洋边界层。
夏季：太阳辐射强、表面风弱，所以混合层最浅；冬季：海洋失去热量、表面风强，所以混合层最深。
9、世界大洋的盐度分布规律如何？为什么会形成这样的分布？
空间：就大洋表层盐度的多年平均而言，其经线方向分布与蒸发、降水之差(E—P)有极为相似的变化
规律基本上也具有纬线方向的带状分布特征，但从赤道向两极却呈马鞍形的双峰分布。即赤道海域，
盐度较低；至副热带海域，盐度达最高值；从副热带向两极，盐度逐渐降低，这与极地海区结冰、融
冰的影响有密切关系。
时间：由于蒸发、降水、结冰和融冰都有年周期变化，所以海洋表层盐度的年变化也有周期性。
极地海域：春季（大约4月）融冰，表层盐度最低，冬季季风强烈并且结冰排出盐分，近表层盐度最
高。
中纬度海域：夏季（7—9月）降水和径流最大，盐度值最低，冬季蒸发强降水少，盐度值最高。
热带海域：季节变化不明显。
10、什么是海水的状态方程？为什么在河口地区海水的密度主要由盐度变化决定？
海水状态方程是描述海水状态参数（温盐密）之间关系的方程式，也称为P-V-T性质。
河口区域海水盐度变化大，相比较于温度而言对密度的影响更大。
11、什么是连续方程？Boussinesq假定是什么？要什么条件才能满足？什么是静压假定，需要什么条件才能满
足？
连续方程：
Boussinesq假定：流体的密度跟压强和温度有关,在低速流动中,流体压强变化不大,主要是由于温度的
变化引起密度变化,因此忽略压强变化引起的密度变化,只考虑温度变化引起的密度变化叫做
Boussinesq假设。
?海洋中的速度要小于声速；
?波浪或者扰动的相速度必须小于声速；
?运动的垂直尺度必须小于C**2/g（g是常量）
静压假定：静压近似是指对水平尺度远大于铅直尺度的大尺度运动，垂向动量守恒方程可以简化为静
压关系。（看书！）
12、海洋中的力有哪些？动量平衡方程（欧拉方程，Navier-Stokes）是怎样的？
重力：引潮力、浮力、水平压强梯度力
摩擦力：风应力、底部切应力
惯性力（表观力、伪力）
欧拉方程：
13、什么是雷诺数？它表示怎样的物理意义？雷诺应力与湍流摩擦是什么关系？
水体紊动是由于流体运动的非线性作用产生的。这种非线性作用可以用动量方程中的非线性项来表达，
组合成一个无量纲数
Re=ρvL/μ，ρ、μ为流体密度和运动粘性系数，v、L为流场的特征速度和特征长度
湍流摩擦与雷诺应力的关系：
14、在混和中，静力稳定与动力稳定是如何定义的？什么是双扩散，“盐指”是怎样形成的？
?
静力稳定度：如果密度较大的水体浮于较小水体的上面，上层水体就会下沉，反之则不会下沉。动力稳定度：本来处于静态稳定的海表，在风应力等动力作用下发生不稳定现象叫做动力不稳定，其量度叫动力稳定度。
?在海洋中的某些区域，较轻的水位于较重的水之上，但是即使在没有洋流的情况下，水体仍然会发生不稳定。其中存在四种情况：热高在上、热低在上、冷高在上、冷低在上。暖的高盐水位于冷的低盐水之上：变化过程称为盐指（salt fingering
），最终使得密度随深度的增加
呈阶梯状分布。
15、Ekman 的基本假设是什么，其解析解如何？具有哪些特征？Ekman 输运如何确定？底Ekman 层的特征又是怎
样的？?
基本假设：1、没有边界
远离海岸成立
2、无限深海 d>>200m
成立
3、f 平面近似成立
4、定常态如果风的作用>1天时成立
5、Az 只是U （10）**2的函数。
这个假设认为
Az 与深度无关。实际上在混合层底，Az 会有很大的变化，所以更准确的做法
是将湍流粘度系数看成是
z 的函数。
6、密度分布均匀
基本满足，除了考虑稳定度的影响。
?
解析解：
)
4
sin(
)exp()4cos()exp(00az az V v
az az V u ?特征：背风而立，表层流的流动方向总是在风向右侧
45度角处。（埃克曼螺旋结构）
?
Ekman 运输：Ekman 流的质量输送方向与风向垂直，在北半球指向风的右方。
16、何为Ekman 抽吸？其对上升流与下降流的形成起着怎样的作用？?
海洋表面风场是不均匀的，从而导致的Ekman 质量输送也是空间分布不均匀的，会引起表层海水的辐
合辐散，根据质量守恒定律，
Ekman 层中就出现了海水的上升和下降运动，这个过程称为
Ekman 抽吸。
17、什么是地转流？什么是Margule方程？密度流中如何根据温盐分布计算地转流的流速？
?地转流：水平尺度超过几十公里，时间尺度超过几天的海流运动，海面风应力和其他摩擦力很小，可以忽略不计，这时海水受到的压力梯度力与柯氏力平衡，形成的海流就是地转流
?Margule方程：
111
1
11
() n n n n n
n n n
n n n n
f v v f
i v v
g g
已知两层流体的密度、上层流体的速度和交接面的倾角(i)，就可以计算下层流体的速度。
?计算：温盐分布——密度——比容——动力高度（位势）——相对速度——绝对速度
18、简述Sverdrup, Stommel和Munk的风生环流理论
?Sverdrup：设海面有定常的风应力作用，产生定常的恒速运动。通常情况下，风应力分布不均匀，存在压力梯度力。于是，大洋中的流动是压力梯度力、柯氏力和垂直湍流摩擦力三力平衡的产物。水平
边界条件：在海表面，摩擦力等于风应力；在-D深处，摩擦力为0。
1、Sverdrup假设：1）海洋内部流为地转流；2）海洋内部的静止层具有统一深度；3）Ekman输送是
正确的。第一和第三个假设我们前面证明过，但是对于热带海洋的静止层深度，我们还知之甚少。
2、Sverdrup解满足东边界的边界条件，但是流线在西边界不封闭。与Ekman漂流理论的解比较，Sverdrup
解不能给出不同深度层的流速，但考虑了大洋东边界。
3、Sverdrup解只能应用于邻近大洋东岸的中部海区。
?Stommel：为了考虑西边界区域，需要提出比较复杂的模式。Stommel考虑海底摩擦效应，建立了封闭大洋中的漂流模式。（忽略非线性平流项和水平摩擦项）边界条件：假设风应力是纬向的，具有余弦函
数形式；底摩擦与速度成比例。
?Munk：考虑了水平湍流摩擦和垂直湍流摩擦，仍忽略非线性惯性项，提出了所谓粘性理论。边界条件：
边界上流体速度与边界平行，且满足无滑脱边界条件
1、Munk大洋风生环流理论考虑了水平湍流摩擦项，引进湍流粘性边界区域，成功地获得了大洋环流模
式，阐明了西边界流动的强化现象。
2、计算得到的西部流动宽度过大，流量过小。
Stommal和Munk边界层宽度大约200公里，计算流速大约1m/s；实际观测发现边界层宽度大约100公
里，流速可以达到2m/s。
【总结】
Sverdrup理论表明，风应力旋度驱动了向北的质量数送，适用于西边界以外的大洋区域。
Stommel发现，只有考虑柯里奥里参数随纬度的变化时，才可以得到大洋西边界强化流。
Munk结合前两种解计算了海盆尺度内的风生地转流结构。在以上几种理论中，洋流都是由风应力旋度驱动的。
19、什么是位涡守恒？是如何推导的？如何用位涡守恒原理解释西边界流的强化现象？海流在向东传播过程中
遇到海底山脉会产生怎样的现象？
?位涡守恒：如果流场是正压的，流体是理想的，则流体沿迹线运动时保持
?推导过程略
?如何解释西边界强化（如下图）：
?遇到山脉：
20、根据下图描述深层大洋环流的特征。
23、详述赤道流体系，并分析El Nino与La Nina的成因及对中国气候的影响。赤道开尔文波与罗斯贝波分别指什
么？
?赤道表层流包括：
1、3N到10N之间的北赤道逆流流向自西向东，典型速度为50cm/s。位于赤道无风带中心，赤道辐
合带附近。
2、南、北支赤道流：流向自东向西，位于赤道逆流两侧。这两支流比较浅，深度不到200m，北支赤道
流较弱，流速不到20cm/s，南支赤道流在赤道和3N之间最大流速接近100cm/s。
3、赤道下方的温跃层内，有一支与赤道流方向相反自西向东的流动，称为赤道潜流或克伦威尔流。有
的认为它是由于南赤道流使表层海水在大洋西岸堆积，使海面自西向东下倾，从而产生向东的压强梯
度力所致。由于赤道两侧科氏力的方向相反，故使向东流动的潜流集中在赤道两侧。
?成因：它们是热带海气相互作用正反馈不稳定发展的结果。
?影响:
厄尔尼诺现象对我国影响是：从东南海洋上吹向我国的夏季风强度大大减弱，造成了我国夏季降雨带的位置偏南。结果南方因此暴雨成灾，高温季节温度比往年低了不少；北方却出现持续高温无雨
天气，造成了罕见的旱灾。
厄尔尼诺现象使得我国出现南方洪涝成灾，北方干旱成灾。这次厄尔尼诺现象是促成1998年长江全流域洪灾的罪魁祸首。
拉尼娜现象对我国的影响不会十分明显。一般是冬天变得更冷，夏季变得更热。
?开尔文波：
开尔文波是发生在大气或海洋中的，迎向地形边界（例如海岸线）平衡科氏力的波动现象。开尔文波
的一个特征是非弥散性，也就是说，波峰的相速度与波能的群速度在所有频率时均相等。这一特性意
味着它在沿岸方向始终保持它的形状。
赤道开尔文波是开尔文波的一个特例。在赤道上似乎没有边界存在，但南北半球的开尔文波互为镜像。
所以赤道实际上就是一条边界。这种波动永远由西往东传播，并且只存在于赤道附近。
?罗斯贝波：
由于地球的转动和地球曲率而使位涡在深度和纬度上产生改变，这一改变导致一种非常慢的大尺度振
荡，即罗斯贝波。罗斯贝波是一种行星波。不考虑海水的非均匀性和可压缩性的罗斯贝波称为正压的，
其波长可达几百千米。考虑了海水分层的罗斯贝波称为斜压的。斜压的罗斯贝波只能从东向西传播。
24、什么是罗斯贝数，什么是艾克曼数，什么是弗罗德数，什么是理查森数，它们分别表示怎样的物理意义？
?罗斯贝数：表示水平加速度与科里奥利加速度比值的无量纲数R=U/(fL)。其中U为风速特征尺度，L为水平距离特征尺度， f为科里奥利参数。
?埃克曼数：埃克曼数（Ek）是表征耗散力（粘性力）与科里奥利力量级之比的流体力学相似准数。其定义为Ek＝k／fD**2，其中k为耗散系数；f为科里奥利参数；D为运动在铅直方向的特征长度。
?弗洛德数：流体力学中表征流体惯性力和重力相对大小的一个无量纲参敦，记为Fr。它表示惯性力和重力量级的比，即：Fr=U2/gL,式中U为物体运动速度，g为重力加速度；L为物体的特征长度。
?理查森数：表示势能和动能的比值，在物理海洋学中，理查森数被用来研究海洋湍流、海洋混合。Ri = N*N/((du/dz)*(du/dz))其中N为浮力频率，du/dz 表示速度u对垂直方向的坐标z求导。
25、海洋数值模型是什么？在物理海洋的研究中，有哪些海洋数值模型？
?数值模型：
?海洋模型：机制模式（为突出重点问题进行简化，目的是研究物理本质）；模拟模式（目的是计算海洋中的真实环流复杂、包含过程完全、结果比较难分析）
第一个模拟模式——Bryan&Cox(1969)，GFDL模块化海洋模型MOM；Semtner and Chervin’s Global model；
POCM；HYCOM；POM；ECOM模式；Dartmouth Gulf of Marine Model；ROMS；FVCOM；EFDC；Storm-surge model
26、简要说明波浪是如何由风作用产生的？小振幅波（艾利波）的特征。简述波浪的浅水效应、折射、绕射、破碎
过程。在一个岬湾海岸中，波能在何处辐聚，何处辐散？
?波浪的产生：
1、海面受风应力作用，水面发生位移，因水面的表面张力 (surface tension) 使其复原时发生振动，海
面发生的皱纹，为波浪的强褓时期。
2、波浪继续受风作用，并与阵风 (gust) 产生共振 (resonance) 作用，风的能量进一步转移到水面，波
高逐渐加高，波长逐渐加长，形成波澜壮阔的情况，为波浪的青春期及壮年期。
3、风平息后或波浪的前进速度大于风速时，波浪不再成长，或脱离扬波区域向静水域前进，即成为涌浪。
此时已不能由风取得能量，加之海水的黏滞性产生内摩擦作用及波浪前进时产生相对风速的阻力作用，波
高减低，为波浪的中年期。
4、波浪传播到近岸较浅处发生触底后，波浪受海底摩擦而变形，衰减现象加剧，可谓波浪的晚年期。
5、波浪传播到海滩附近，在不能维持其波形的物理条件下破碎，消失其能量的主要部份，并产生巨大的
轰鸣声。波浪破碎意味着波浪的消亡，为消亡期。
?艾利波的特征：
深水波：波浪水质点速度随深度递减；水粒子运动轨迹为圆，且其半径随深度增加而减小；波速与波长的
平方根成正比，所以波长大的波速快；周期的平方与波长成正比；波浪不触底，仅限于表层。
浅水波：波浪水质点运动轨迹为椭圆，其半径随深度增加未明显减小，在海底 z=-d 处，水质点作往复运动，可能导致海底侵蚀／淤积；波浪参数与水深无关，水压力亦可按静水压公式计算；波速与波长、周期无关，但与水深的平方根成正比；大部份长周期波皆可视为浅水波。
?浅水效应：波浪传播到近岸较浅处发生触底后，波浪受海底摩擦而变形，衰减现象加剧，传播到海滩附近，在不能维持其波形的物理条件下破碎，消失其能量的主要部份，并产生巨大的轰鸣声。
?波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫做波的反射。
反射定律：（1）入射波线、法线、反射波线在同一平面内，且入射角等于反射角。
（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。
?波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
折射定律（1）内容：入射角的正弦与反射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质
中的速度之比；（2）公式：V1sinθ1=V2sinθ2，式中θ1和θ2分别为波在介质1和介质2中的入射角和折射角，v1和v2分别为波在介质1和介质2中的波速，而sinθ1/sinθ2=N12折射率。
?波的绕射现象：波绕过障碍物继续传播的现象，叫做波的衍射。
发生明显的波的绕射的条件：障碍物或孔的大小比波长小，或者与波长相差不多。
波的绕射现象是波所特有的现象。
?波浪的破碎过程：波浪传播到近岸较浅处发生触底后，波浪受海底摩擦而变形，衰减现象加剧；波浪传播到海滩附近，在不能维持其波形的物理条件下破碎，消失其能量的主要部份，并产生巨大的轰鸣声。波浪
破碎意味着波浪的消亡。
?在一个岬湾海岸中，波能在海岬辐聚，在海湾辐散。
27、为什么地球上大多数区域为半日潮？以全日潮占主导的海区中，全日潮加强的机制是什么？无潮点是什么？旋
转潮波系统是什么？它们是如何产生的？
?一日之内，地球上除南北两极及个别地区外，会经历月球在背面和月球在正面的情况，所以会有两次高潮；
?全日潮加强机制：
?无潮点：指水域因入射潮波与反射潮波相互抵消，潮差极小，习称“无潮点”。
?旋转潮波系统：潮波波面绕无潮点旋转传播的潮波系统。
?旋转潮波系统的产生：
28、根据南海潮波的分布，分析南海潮波的特点及物理机制。
29、潮汐调和分析是怎么回事？为什么在杭州湾会产生如此强的涌潮？在河口地区，潮差的沿程变化主要是由什么
因素决定的？
?数学家Laplace最早提出使用正弦或余弦函数来拟合水位曲线进行分析的方法，称为调和分析法。
调和分析：利用具有固定周期或频率的多个余弦函数，来拟合真实的潮汐，从而计算出各函数的振幅和相
位（称为调和常数）。每个余弦函数称为一个分潮，对应于一个“假想天体”引起的潮汐。
?杭州湾：喇叭形河口，口大肚小，钱塘江河道字澉浦以西，急剧变窄抬高，致使河床的容量突然缩小，大量的潮水拥挤入狭窄的河道，潮头受到阻碍，后面的潮水又急速推进，迫使潮头陡立，发生破碎，发出轰
鸣，出现涌潮。
?在河口地区，潮差的沿程变化主要是由河口形状、河床摩擦、河道容量等因素有关。
30、上升流与下降流的产生机制是什么？
?上升流：表层流场产生水平辐散所造成的。下降流：表层流场产生水平辐聚所造成的。
?升降流的发生与风有着密切的关系。在北半球，当风沿着与海岸（位于风向的左侧）平行的方向较长时间地吹刮时，在地转偏向力的作用下，风所形成的风飘流使表层海水离开海岸，便引起近岸的下层海水上升,形成了上升流；在远离海岸处则形成了下降流，它从下层流向近岸，以弥补近岸海水的流失。在南半球，
也有相应的情况发生。在台风的作用下,台风中心的表层海水产生辐散,使其下层海水上升，形成了上升流；
在台风边缘则形成下降流。
《物理海洋学》复习提纲 （2012年12月） 第四章 基本方程 1、作用于海水微团的真实力有哪些？ 答： 地球引力g *=v 02()M r a r μ-v ，压强梯度力1p ρ?-，摩擦力F V μρ=?r ，天体引力（包括月 球引力()02M L X L L K μ=-v v 和太阳引力()02S L X L L K μ=-v v ） 2、基本方程由哪几个守恒定律推导而来？有几种方程组成？ 答：()()()()1 20(,,)T D dV g p V F F dt V s V s k s t V t s p θρθθκθρρθ?=-?-Ω?++?????=? ??+??=???? ??+??=???? =?? v v v v v v v v v ——运动方程动量守恒——连续方程质量守恒——盐量扩散方程盐量守恒——热传导方程热量守恒——海水状态方程 3 边界条件出现的物理原因？ 答： 海洋是有边界的，它与大气、海底和海岸线之间存在着不连续界面。而这种不连续界面基于连续性的海水运动基本方程组不能应用，必须用边界条件来代替。 4、基本方程及边界条件为什么要进行时间平均？ 答： 通常情况下，海水运动处于湍流状态。处于湍流运动状态的流体质点其运动轨道是无序的、随机的。各质点之间存在着不连续的相对运动，这种运动被称为脉冲运动。这种运动分析起来很困难，通过时间平均，可以将海水运动中的脉动特征分离掉，从而更利于体现海水运动
的整体规律。 5、准静力近似、f 平面近似、β平面近似和Boussinesq 近似的概念。 答： 准静力近似：静力方程10p g z ρ?- -=?0z p p gdz ζρ?=+?，其中0p 为海面气压，z gdz ζρ?为z 点以上单位底面积水柱的重量。任意点压强等于海面大气压强与该点以上水柱重量之和，这就是准静力近似又叫静压假设。 f -平面近似：在大尺度运动中，为了理论上研究方便，在不影响海水运动主要特征的情况 下，常常取02sin f f ω?==，即认为海水运动发生在科氏力参量为常数0f 的平面上，该平面叫做f -平面，在该平面上研究海水运动称为f -平面近似。 β-平面近似：科氏参数f 是纬度y 的非线性函数，近似地将f 表示为0f f y β=+的线 性函数，这种近似称为β-平面近似。 Bounssinesq 近似：在海水运动基本方程组中，近似认为海水是不可压缩的，以体积连 续方程0V ??=u v 来买描述海水的连续性。微小密度扰动'ρ仅在z 方向的运动方程中对浮力 项' g ρρ 有意义，其与方程中均以c ρ代替ρ。这种近似叫做Bounssinesq 近似。 第五章 海流 1 海流、地转流、惯性流的定义。 答： 海流：海水沿一定途径相对稳定的大规模流动。 地转流：大尺度海水在压强梯度力和Coriolis 力平衡下的流动。这种流动基本上是近似水平的，也可近似认为是定常的。 惯性流：风力维持的漂流流出风力强制作用区域，变为自由流动。其运动的前支持度远小于
南京信息工程大学期末考试试卷（答案） 2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷) 本试卷共 1 页；考试时间 120分钟；任课教师 王坚红、陈耀登 ；出卷时间2007 年12 月 系 专业 年级 班 学号 姓名 得分 一、简答题 (每小题 4 分，共32分) 1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？ 答：实际潮汐可视为是天文潮波，浅水潮波和气象潮波之和。而这三类潮波又可视为由许许多多分潮波组成。 [平衡潮理论将平衡潮潮高展成三大项，长周期项，日周期项，半日周期项，各项有随纬度变化的特征。] 2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？ 答：海洋的下层以热盐环流为主。热盐环流不仅只携带热量和盐份，还含有其它成份，如氧气，二氧化碳等。这使得它的重要性不仅仅在它的流动。 3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。 答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。 在24小时（横坐标）内有仅有一个潮波峰。为全日潮。在24小时内（横坐标）有两个波峰，且峰值大小明显差异。 4、什么是Ekman 螺线？
答：相应于E k man漂流随深度的变化，漂流矢量端点的连线所构成的曲线为 E kman 螺线。 在北半球，漂流随深度向右偏；流速随深度增加呈指数形式减小。 在南半球，漂流随深度向左偏。流速随深度增加呈指数形式减小。 5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图 中的同潮时线和等振幅线及无旋点。 答：等振幅线是振幅相等的波列中振幅相同点的连线。同潮时线是不同波列中相同位相的连线。 图中实线是同潮时线；虚线是等振幅线。等振幅线的圆心是无旋点。该无旋点偏离海峡中线 6、解释波浪辐聚和辐散概念。 答：辐聚：在海岸突出处，波向线发生集中的现象，在此处波高因折射而增大。波能集中，引起海岸冲刷。 辐散：在海湾里，波向线发生分散的现象，在此处波高因折射而减小。波能分散，产生流沙淤积。 7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。 答：大陆架风暴潮可分为三个阶段： （1）先兆阶段：海面微微升高或降低，这个阶段波动称为先兆波。 （2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。 （3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。 8、解释潮汐调和分析。
1、海洋学研究内容 既有海水的运动规律、海洋中的物理、化学、生物、地质过程及其相互作用的基础理论，也包括海洋资源开发、利用以及有关海洋军事活动所迫切需要的应用研究。 1、地球自转偏向力—科氏力的特点？ 只改变物体运动方向不改变物体运动速度，北半球偏向力向右，南半球偏向力向左 除赤道外的运动物体受到该力作用。 2、地球的圈层结构？ 地核、地幔、地壳、岩石圈、生物圈、水圈、大气圈【对流层，平流层，中间层，热层，散逸层】 3、海洋固有的形态特性？ 广漠而有垠，连通又阻隔，深又浅 4、海和洋的划分及特征？ 洋：远离陆地，受陆地影响小，面积大，水深（2-3km），有独立潮波系统，底质为软泥，红黏土。 海（54）：靠近陆地，受陆地影响大，面积小，水浅，无独立潮波系统，底质为陆屑。 5、构造学说的三个阶段？ 大陆漂移，海底扩张，板块（12）构造 6、现代海岸带包含几部分——潮上下间带？ 潮上带，潮间带，潮下带【海岸，海滩，水下岸坡】 7、海底地形包括哪些部分——架坡基？ 大陆边缘，大洋中脊，洋盆，稳定型大陆边缘【大陆架，大陆坡，大陆基】 1、海水组成：热胀冷缩性质 水，无机盐，有机物，悬浮物 【纯水】4℃以上满足热胀冷缩性质，4℃以下不满足。低于4℃有利于水分子缔合 2、海水盐度（35‰）定义：发展历程 （1）1000g水中所包含的溶质总质量 （2）测定海水的氯度（电导率）与标准海水的比值 （3）样品与KCI的电导率之比 3、海水的热力性质：比热，位温，位密等 （1）海水比热>空气 （2）位温：某一温度海水绝热上升到海面时的温度 （3）位密：位温下的密度 4、海水状态方程 描述海水密度与温、盐、压等理化特征参量之间关系的数学表达式. 5、海冰的分类 新冰，尼罗冰，初期冰，一年冰，多年冰。 6、海冰与气候变化的关系 在结冰的过程中，气温越低，结冰速度越快，冰层厚度发展越厚，被包围在其中的卤水越多，海冰的盐分越高；冻结前海水的盐度越高，海冰的盐度可能也高。在南极大陆附近海域测得的海冰盐度高达22～23。 冰的盐度随冰龄增大而减小。当海冰经过夏季时，冰面融化会使冰中卤汁流出，导致盐度降低，在极地的多年老冰中，盐度几乎为零。 融化时：死水现象；结冰时：对流，析出盐晶；海冰：影响海洋与大气热力交换 1、海面热収支：Qw=Qs-Qb±Qe±Qh Qs：大气透明度和天空中的云量、云状以及太阳高度有关【太阳辐射】 Qb：海面水温、空气中的湿度、云量和云状【海面有效回辐射】
固体中的扩散 (Diffusion ） 在固体中的原子和分子不是静止的而是运动的，运动有两种方式： ● 在平衡位置附近的振动，称之为晶格振动 ● 原子的迁移 称之为扩散 本章主要讲述扩散的现象和规律 在固体中原子之所以能迁移是因为： ● 热激活 原子在平衡位置附近振动时的能量起伏 ● 晶格中的间隙 由于缺陷（晶体缺陷 空位、位错和界面）的存在，为原子的迁移创造了条件。 研究扩散可以从两个角度： ● 唯象 （Phenomenological Approach ）从宏观的现象研究扩散 ● 原子结构 （Atomistic Approach ） 从微观的组织结构研究扩散过程的机理 研究扩散的意义在于许多物理冶金和化学冶金现象与扩散有关。如：相变、氧化、蠕变、烧结、内耗等 3.1 唯象理论 3.1.1现象 例：扩散偶 （图1） 可探测到Au *的扩散 3.1.2稳态扩散方程－Fick 第一定律 1、 稳态扩散的含义： 浓度不随时间改变， 即: 2、Fick 第一定律 图1 3、稳态扩散的实例－空心的薄壁圆筒渗碳 条件：圆筒内外碳浓度保持恒定，这样经过一定的时间后，系统达到稳定态，此时圆筒内各点的碳浓度恒定，则有： lt D q r d dC r d dC lt D q l r q dr dC D rlt q t A q J πππ2ln ln ) 2(2- =-==?= 由此可得： 为圆筒高度 为圆筒半径， ； 为通过圆筒侧面的碳量其中：＝ 对于稳态扩散，q/t 是常数，C 可测，l 与r 为已知值，故作C 与r 的关系曲线，求斜率则得D 。 要的物理量。为扩散系数， 一个重 量浓度）；位体积的质量，又称质为原子的体积浓度（单 ；位面积的质量（位时间扩散物质流过单为原子流密度，表示单其中：）－ （D C s m kg J dx dC D J )/132?-=0 =dt dC
物理海洋学（侍茂崇）——整理 第一章引言 略 第二章海水物理性质 第一节海水的空间分布 洋海峡湾 第二节水的特性 平凡（海水占%） + 特殊（分子结构，天然液体，活跃性，高沸点冰点，最大热容量，反常碰撞） 第三节水的绝热变化和位温 绝热条件下： 海水微团下沉时，压力增加致体积减小，外力做功使内能增加温度升高； 海水微团上升时，压力减小致体积膨胀，内能消耗致温度降低。 大洋典型温度刨面 混合层（从海面向下到几十米水层）， 风使该层海水充分混合，维持同温度 温跃层（混合层下温度骤变区），因季节 而异 位温：海水微团从海洋某一深处（压强为p）绝热上升到海面（压强为一个标准大气压） 时所具有的温度。（为了便于大洋环流研究，需用某些保守量来标记水块，即其特性不 涉及能量交换，因此引入位温。） 第四节盐度 绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量的比值。 1978年实用盐标：在1标准大气压下，15℃的环境温度下，海水样品与标准KCL溶液
的电导比为1，即该样品的实用盐度值精确地等于35。 第五节海水的密度和比容 海水密度：单位体积海水的质量（kg/m3） 海水比容：单位质量海水的体积（m3/kg） 位密：一个海水块在盐度不变的情况下绝热地从初始压强p移动到参考压强pr时的密度。（在动力海洋学研究中，经常需要识别出其他物理因子（如温度和盐度）的变化所产生的密度变化，因而引入位密。） 第六节海水中的声速 声速最小层：随着水深的增加，声速先随温度减小而减小，温度变化减缓时，声速开始随压力的增加而增加，因此产生了一个极小值。 大洋声道：当声速与声速最小层成较小角度向上或向下传播时，其传播发生弯曲而折回声速最小层。因此，近于水平方向发射的声束会以最小层为轴线，在某一层内上下往返传播。这样使得声波的能量集中在该层上下，损失很小，进而使其传播距离大大增加。 该层即是大洋声道，声速最小层为声道轴。 第七节海水的光学特性 植物光合作用与海水深度关系 第八节海冰 略 第九节海水其他物理特性 海水的比蒸发潜热：1kg海水汽化为同温度的蒸气所需的热量。 饱和蒸汽压：水分子经由海面逃出和重又回到海水中的过程达到动态平衡时水汽所具有的压力。 热传导：相邻海水若温度不同时，由于海水分子或者海水块体的交换，会使热量由高温处向低温处传播。 涡动热传导（湍流热传导）：热量的传递是由于海水块体的随机运动所引起的传导。 表面张力：在水的自由表面上，水分子之间的吸引力所形成的合力，使自由表面趋向最
中国海洋大学物理海洋学课程大纲（理论课程）（本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定） 【开课单位】海洋环境学院【课程模块】学科基础 【课程编号】0701******** 【课程类别】必修 【学时数】50 【学分数】 3 一、课程描述 1、教学对象 海洋科学专业、大气科学专业的本科生 2、教学目标及修读要求 本课程旨在使学生系统地掌握物理海洋的基本理论及其发展全貌、理解已达到的水平和今后发展的方向。要求掌握动力海洋（海流、海浪和潮波）的基本概念和运动变化的基本规律，学会分析研究海洋动力现象的基本思路和方法。 3、先修课程（参照2011版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确） 《海洋学》、《海洋调查》、《流体力学》 二、教学内容 第一章：海流 § 1、引言 § 2、地转流 § 3、考虑摩擦的定常流动 § 4、非定常流动 § 5、风生大洋环流 教学重点：大洋中的基本流动和风生大洋环流 难点：大洋环流的西向强化 教学手段：多媒体课堂讲授为主、随堂讨论与课后大作业为辅第二章：海浪 § 1、引言 § 2、线性波动理论 § 3、线性波动的合成
§ 4、波动的折射和绕射 § 5、有限振幅波动 § 6、海浪的统计性质 § 7、海浪谱 教学重点：线性波动、海浪谱 难点：线性波动、海浪谱 教学手段：多媒体课堂讲授为主、随堂讨论与课后大作业为辅第三章：潮波 § 1、引言 § 2、平衔潮理论 § 3、考虑地球形状的潮波 § 4、等深广阔水域中的潮波 § 5、海峡和海湾中的潮波 § 6、变截面海湾中的潮波 § 7、浅水潮波 § 8、三维潮波 教学重点：平衡潮理论，广阔水域、海峡和海湾中的潮波、三维潮波 难点：等深广阔水域中的潮波、三维潮波 教学手段：多媒体课堂讲授为主、随堂讨论与课后大作业为辅 三、考核方式及评价体系 1、考核方式：闭卷考试 2、评价体系：课程考核成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，平时成绩根据出勤、课堂讨论、课后作业、期中检查等评定，所占比重一般不超过50%。考核各部分的比重由老师结合课程内容给定：平时成绩：20 %，期末考试：80 %。 四、选用教材及必读参考书（注明作者、出版社、出版时间及版次） 1、选用教材 叶安乐、李凤歧编著，《物理海洋学》．青岛：青岛海洋大学出版社．1992年12月． 2、主要参考书 1）、吕美仲、侯志明、周毅编著，《动力气象学》．北京：气象出版社，2004
海洋科学导论重点知识 第一章 1.海洋科学：研究地球上海洋的自然现象、性质以及其变化规律，以及和开发与利用海洋有关的知识体系。 研究对象：海洋---海水、海水的组成、海洋生物以及海洋的边界（海洋沉积、海底岩石圈，河口、海岸带，海面上的大气等）。 研究内容：海水的运动规律、海洋中的物理、化学、生物和地质过程及其相互作用的基础理论、海洋资源的开发、利用、海洋军事活动应用研究等。 2. 海洋科学研究的特点是什么 1)明显地依赖于直接的观测。 2)。 3) 4)信息论、控制论、系统论等方法在海洋科学研究中越来越显示其作用。 5)学科分支细化与相互交叉、渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日趋明显。 相似问题：海洋科学研究对象的特点 ①海洋科学研究对象具有特殊性和复杂性； ②海洋中水---汽---冰的转化时刻都在进行； ③海洋作为一个自然体系，具有多层次耦合的特点。 ￥ 3. 海洋矿产资源的分布特点是什么有哪些主要类型 ·分布特点： 深海锰结核以锰和铁的氧化物及氢氧化物为主要组分，富含锰、铜、镍、钴等多种元素。主要分布于太平洋，其次是大西洋和印度洋水深超过3000米的深海底部。以太平洋中部北纬6°30′～20°、西经110°～180°海区最为富集。 世界96%的锆石和90%的金红石产自海滨砂矿。复合型砂矿多分布于澳大利亚、印度、斯里兰卡、巴西及美国沿岸。金刚石砂矿主要产于非洲南部纳米比亚、南非和安哥拉沿岸；砂锡矿主要分布于缅甸经泰国、马来西亚至印度尼西亚的沿岸海域。 中国近海水深小于200米的大陆架面积有100多万公里，某中含油气远景的沉积盆地有7个：渤海、南黄海、东海、台湾、珠江口、莺歌海及北部湾盆地，总面积约70万公里，并相继在渤海、北部湾、莺歌海和珠江口等获得工业油流。在辽东半岛、山东半岛、广东和
第一部分：海洋科学基本知识 （一）海洋科学 1.A [掌握]：海洋科学研究的对象 B [了解]：海洋科学的分支及海洋科学研究的特点 A.海洋科学的研究对象：海洋科学研究的对象是世界海洋及与之密切相关联的大气圈、岩石圈、生物圈 B.海洋科学的分支及海洋科学研究的特点：海洋科学体系既有基础性科学,也有应用与技术研究,还包括管理与开发的研究。属于基础性科学的分支学科体系,提法不尽相同,如有的认为应包括物理海洋、化学海洋学、生物海洋学、海洋地质学、环境海洋学、海气相互作用以及区海洋学等。应用与技术研究的分支有卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、海洋学、海洋声学、光学与遥感探测技术、海洋生物技术、海洋环境预报以工程环境海洋学等。管理、开发研究方面的分支有海洋资源、海洋环境功能区、海洋法学、海洋监测与环境评价、海洋污染治理、海域管理等。 海洋科学研究对象的特点：首先是特殊性与复杂性。其次,作为一个物理系统，海洋中水-汽-冰三态的转化无时无刻不在进行，第三,海洋作为一个自然系统,具有多层次耦合的特点. 海洋科学研究的特点：首先,它明显地依赖于直接的观测。这些观测应该是在自然条件下进行长期的,且最好是周密计划的、连续的、系统而多层次的、有区域代表性的海洋考察 其次是信息论、控制论、系统论等方法，在海洋科学研究中越来越显示其作用 第三，学科分支细化与相互交叉、渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日趋明显 （二）地球运动和结构 2.[熟悉]：科氏力（地球自转偏向力）的作用；科氏力与地球自转产生的惯性离心力差别 3.[掌握]：地球圈层结构及内部和外部圈层的构成 4.[熟悉]：地球表面海陆分布的特点 科氏力的作用（地球自转偏向力）的作用：科氏力，又称科里奥利力，地转偏向力。是对于运动流体受力而言。由于地球自转，使球体上固体和流体运动差异的力。 无论地球上流体运动方向如何，地转偏向力在北半球始终向运动方向偏右90度，南半球始终向运动方向偏左90度。 地球圈层结构及内部和外部圈层的构成 地球是一个具有同心圈层结构的非均质体，以地球固体表面为界分为内圈和外圈，内圈和外圈又可再分为几个圈层，每个圈层都有自己的物质运动特征和物理化学性质。 外部圈层：地球固体表面以上，根据物质性状可以分为大气圈、水圈和生物圈。 内部圈层：地球内部物质呈同心层圈结构。在各圈层间都存在着地震波速度变化明显的界面（或称不连续面），其中最重要的界面有莫霍面（M面）和古登堡面（G面），它们把地球内
海洋平台基础知识系列 ０． 海洋工程是什么？（名词解释） Ｏｃｅａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 海洋工程，从地理的角度来说，可分为海岸工程、近岸工程（又称离岸工程）和深海工程三大类。一般来说，位于波浪破碎带一线的工程，为海岸工程；位于大陆架范围内的工程，为近岸工程；位于大陆架以外的工程，为深海工程，但是在通常情况下，这三者之间又有所重叠。从结构角度来说，海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底；系留式设施是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，还有一种水面移动式结构装置或是大型平台，可以随着作业的需要在海面上自由移动。 海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。 １： 海洋平台的类型： 海洋平台：（１）移动式平台： 坐底式平台 自升式平台 钻井船 半潜式平台 张力腿式平台 牵索塔式平台 （２）固定式平台：导管架式平台 重力式平台固定平台又可以分为桩式海上固定平台、重力式海上固定平台、自升式海上固定平台 导管架型平台：在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。 混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约２０座混凝土重力式平台用于北海 钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。适用于深海钻井的主要是两种浮式钻
2、被激发的氢原子中的电子能量从E2状态降到状态E1时，释放的辐射能量的频率是多少？相应的辐射波长是多少？ 其中E=hv，λv=c 3、一束强烈的绿光（λ=0.5μm）不足以从金属镁中打出一个内层电子，但用一个波长为1?的极弱的x射线却可以实现这一点。用量子物理解释这种明显异常现象。 4、一个电荷为-e的电子与电荷为+e的核离开的距离为r时，电子的位能为W，试据此推导方程：
5、电子的总能量E由位能W和动能K相加求得，位能的表达式为，动能的常用表达式为,将动能的表达式改用ｅ和ｒ来表示，求出Ｅ的表达式。 ６、试证明：立方晶系的[111]晶向垂直于（111）晶面 7、求出立方晶系中[321晶向与[401]晶向的夹角。
8、试利用计算简单立方晶体的(100)，(110)，(111)等晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面。 9 如果γls=2.0J/m2和γss=0.4J/m2，试估算下列条件时的系统能量的差值 a）一个10-12m2的液体颗粒位于固体的晶界上b）一个10-12m2的液体颗粒位于晶粒中心
6.27如下：
10 将两块垂直放置，相距为d=2×10-4m的铜板在1000℃进行银焊，求银液上升的高度h，银在1000℃时的表面张力γ=0.923J/m;银的密度ρ=10.5g/m3. 运用公式 11渗碳钢部件在870℃（1600℉）渗碳比在927℃（1700℉）渗碳的优点是可以得到晶粒更细小的成品。 a）计算在870℃下碳在γ-Fe中的扩散系数（D0=2.0×10-5m2/s，Q=140×103J/mol) b)为达到927℃10小时渗碳同样的效果，在870℃渗碳需要多少时间（碳溶解度的变化不计算）
第四章 名词解释： 压强梯度力单位质量水体所受的静压力合力 Coriolis力由于选取旋转坐标系以缓慢地球作为参考系而产生虚假的力。雷诺应力 Rossby数 Ekman数 纵横比 静力近似
Boussinesq 尺度分析 ： 第一二三个方程表示xyz轴运动方程 第四个是连续方程第五个是盐度方程第六个是温度方程第七个是密度方程 第五章 大洋表层环流有2个最显著的特点： 第一，在北半球，环流沿顺时针方向流动；在南半球，环流沿逆时针方向流动。第二，第二，海洋环流在东、西边界附近是很不对称的。
一、西向强化现象：海洋上层的大洋环流是由一些流环所组成的，在副热带处的流环，其流速东西不对称，在狭窄的西海岸边界层中，海流速度特别强，这就是西向强化现象，是大洋环流的最突出的特征。 二、海流成因：风应力， 1000m 以浅； 热盐效应， 1000m 以深 三、地转流：当不考虑海面风的作用时，远离沿岸的大洋中部的大尺度海水流动，基本上是接近水平的，并近似认为流动是定常的，科氏力与压强梯度力相平衡的产物。 四、倾斜流：均匀密度场中的地转流称为倾斜流，流速不随深度变化 梯度流：非均匀密度场中的地转流称为梯度流，流速随深度增加而减小 六、涡度：是指流体的旋转。 行星涡度：地球上的任何物体，包括海洋、大气、碗中的水，都跟随地球一起旋转。这种旋转是行星涡度。 相对涡度：海洋、大气由于风、流而产生相对地球的旋转。 绝对涡度：＝行星涡度＋相对涡度 位势涡度(potential vorticity)：绝对涡度/水柱长度 七、稳定的风作用于海面，会在海洋上层产生一个薄薄的边界层--- Ekman 层；同样在海底、大气的底部也会产生Ekman 边界层。 海面的Ekman 层有以下重要特点： 方向：在北半球，沿风向右偏45度； 大小：表层最大； 深度：大约30－400m ，依赖风速、纬度； 八、Ekman 抽吸，是由风空间分布不均匀所驱动的垂直流动，也驱动海洋内部地转流。 九、Ekman 螺旋: 漂流的大小和方向随深度而变化，连接各层流矢量的端点所构成的曲线为Ekman 螺旋，而它在水平面上的投影为Ekman 螺线。 九、Ekman 漂流的空间结构： 表层流速最大，流向偏向风的右方45度； 随深度增加，流速大小逐渐减小，呈指数衰减，流向逐渐右偏； 至摩擦深度D ，流速衰减为表层流的4.3%，流向与表层流向相反，此深度以下的运动可忽略。 十、升降流：是由不均匀风场或风场与地形配合产生的“较强烈”的铅直向流动。 引起升降流(水平流动散度不为0)原因：(1)风力不均匀 (2)风场与地形配合。 惯性流：当风力维持的漂流一旦流出风力强制作用的海区后，便由强制的漂流转为自由的流动。在广阔大洋里，其运动的铅直尺度远小于水平尺度，因此是科氏力、铅直湍流摩擦力与质点加速度三者的平衡。惯性周期=2π/f 十一、地转流方程（速度方程把f 除过去）：-fv=ρ1x p ??，fu=ρ 1y p ?? 十二、倾斜流：v=x f g ??ξ，u=—y f g ??ξ Ekman 深度：D=πf Az 2，为Ekman 深度 十三、风生大洋环流（打钩为考虑因素）
第一节海流 海流概述：1．海流的定义及分类 海流是指海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动形式之一。海流一般是三维的，由于海洋的水平尺度远远大于其垂直尺度，因此水平方向的流动远比铅直方向上的流动强得多。习惯上常把海流的水平运动分量狭义地称为海流，而其垂直分量称为上升流和下降流。海流的主轴是指海流流动方向上流速最大点的连线。海流的规模常用流幅来表示，流幅是指垂于主轴的水平宽度和上下厚度。海流的强弱常用平均流速或平均流量表示。 海流的单位常用kn（节）和n mile/d（海里/天）表示。海流是矢量，其方向以流的去向表示，通常以8方位或度数为单位。 按照海流的成因，海流可以分为风海流、梯度流、补偿流和潮流等；按照海流本身的温度与其所流经海域的温度高低，海流可以分为冷流、暖流和中性流；按照海流方向与海岸的相对位置，可以分为向岸流、离岸流和沿岸流。在海岸带实测到的海流通常是潮流、风海流、地转流等迭加后的合成海流，可以分解为周期性的海流（潮流）和非周期性的海流（余流）。实际的海流往往是多种原因共同作用的结果，在近海通常以潮流为主，在外海则以风海流为主。 2．海流的表示方法 海流多以矢量分布图来表示，常用的有流场分布图和海流频率玫瑰图。 表层海风流成因与特征：在无限深海中，由于地转偏向力作用，表层风海流的流向在北半球偏于风去向之右约45?，在北南球偏于风去向之左约45?。海流流向随着深度的增加而逐渐向右（南半球向左）偏转，流速随着深度的增加逐渐变小。到某一深度时，流向与表层海流相反而流速仅为表层流速的5%。 在浅海中，流向与海深、摩擦深度有关，流向与风向几乎一致。 地转流：地转流也称梯度流，它是指当等压面（海面）发生倾斜时，海水的水平压强梯度力和水平地转偏向力平衡时的稳定海流。根据引起等压面倾斜的原因不同，地转流又可分为倾斜流和密度流两种。 倾斜流是指在不均匀的外压场作用下的地转流。在海洋上大气压分布不均匀，大河入海的河口或迎风的海边出现的海水不均匀堆积等引起的海面（等压面）倾斜。观测者若背倾斜流而立，则右边等压面高，左边等压面低（南半球相反）。流速大小与等压面的倾斜程度有关，倾斜度越大，水平压力梯度也越大，流速就越大。 由于海水密度分布不均匀引起的等压面倾斜而产生的地转流称为密度流。观测者若背密度流而立，则右边等压面高，密度小（温度高）；左边等压面低，密度大（温度低）。在南半球则相反。 冷流与暖流：海流的水温低于它所流经海域的水温称为冷流，亦称寒流。通常由高纬度流向低纬度的海流为冷流，如拉布拉多冷流、亲潮等。 海流的水温高于它所流经海域的水温称为暖流。通常由低纬度流向高纬度的海流为暖流，如墨西哥湾流、黑潮等。 海流的水温与它所流经海域的水温基本一致，称为中性流。通常沿东西方向流动的多属于中性流，如南、北赤道流等。
中国海洋 1、中国海域辽阔,海岛广布,大约有多少个面积大于500平方米的海岛？6500多个。 2、我国面积最大的三个海岛的名字就是什么？ 台湾岛、海南岛与崇明岛。 3、我国以海岛组成的省级行政建制有几个？ 我国以海岛组成的省级行政建制有2个,就是台湾省与海南省。 4、我国各海区海岛最多的、最少的分别就是哪个海区？ 我国各海区海岛数最多的就是东海海区,海岛数最少的就是渤海海区。 5、我国已探明海洋石油天然气储备量最大的海区就是哪个海区？南海海区。 6、我国近海各海区按面积如何排序？ 面积最大的就是南海,其次就是东海与黄海,面积最小的就是渤海。 7、我国近海各海区中平均水深最浅与最深的分别就是哪个海区？ 平均水深最浅的就是渤海海区,最深的就是南海海区。 8、我国海岛最多的省份就是哪个省份？浙江省。 9、我国哪个海区潮汐能最为丰富？浙闽沿海。 10、我国最大的产盐省份就是？山东 11、我国鱼种最多的海区就是哪个？南海海区 12、我国面积最大的珊瑚岛就是哪个岛？最大的群岛就是哪个岛？ 我国面积最大的珊瑚岛就是位于西沙群岛西部的永兴岛,面积为1、85平方千米。面积最大的群岛就是舟山群岛。 13、我国沿海有哪些重要的港口？ 到2004年底,沿海港口共有中级以上泊位2500多个,其中万吨级泊位650多个;全年完成集装箱吞吐量6150万标准箱,跃居世界第一位。一些大港口年总吞吐量超过亿吨,上海港、深圳港、青岛港、天津港、广州港、厦门港、宁波港、大连港八个港口已进入集装箱港口世界50强。
14、我国年吞吐量最大的就是哪个港口？上海港。 15、郑与几次出使西洋？ 郑与于1405-1433年的28年中七次出使西洋,经东南亚、印度洋到达红海与非洲,遍及亚洲、非洲30多个国家与地区。最远到达赤道以南的非洲东海岸与马达加斯加岛。 16、《南京条约》中,我国被迫开放的通商口岸有哪几个？ 《南京条约》,旧称《江宁条约》于1842年8月29日在南京签订,我国被迫开放广州、福州、厦门、宁波、上海五个通商口岸。 17、我国的内海就是哪个海？ 渤海就是我国的内海,面积为7、7万平方千米。 18、我国的黄河与长江最终分别流入哪个海区？ 黄河最终流入我国的渤海海区;长江最终流入我国的东海海区。 19、我国大陆海岸线、岛屿岸线总长度分别约为多少千米？ 我国大陆海岸线总长度约为18000千米;我国岛屿岸线总长度约千米。 20、我国目前已经建立了多少个国家级海洋自然保护区？30个。 21、我国目前已经命名了获得国际SC(A)R组织承认的南极地名大约有多少个？300个。 22、我国最北面的出海口在哪里？图门江。 23、《中华人民共与国专属经济区与大陆架法》对我国大陆架就是如何规定的？ 《中华人民共与国专属经济区与大陆架法》规定我国的大陆架为领海以外依陆地领土的全部自然延伸,扩展到大陆外边缘的海底区域的海床与底土。 24、我国法律关于内水的权益就是如何阐述的？ 《中华人民共与国领海及毗连区法》规定:我国的领海基线向内陆一侧的水域为我国的内水。内水属于国家领土的一部分,完全受国家的主权管辖;所有外国船舶非经许可不得在一国的内水航行;外国渔船不得进入内水从事捕鱼活动。 25、我国政府关于领海宽度就是如何主张的？
第四章 习 题 1. 解释下列基本概念及术语 刃型位错 螺型位错 柏氏矢量 混合位错 割阶与扭折 位错密度 位错的应力场 位错的弹性应变能 线张力 位错的滑移 位错的攀移 位错塞积 柯氏气团 完全位错 不全位错 堆垛层错 层错能 扩展位错 位错反应 肖克莱不全位错 洛玛－柯垂耳位错 束集 弗兰克不全位错 2. 简述柏氏矢量的特性 解：（1）柏氏矢量与所作的柏氏回路的起点选择、具体途径无关。 （2）如果所作的柏氏回路包含有几个位错，则得出的柏氏矢量是这几个位错的柏氏矢量之总和。朝向节点的各位错的柏氏矢量之总和必然等于离开节点的位错的柏氏矢量之总和。 （3）从柏氏矢量的这些特性可知，位错线只能终止在晶体表面或晶界上，而不能中断于晶体的内部。在晶体内部，它只能形成封闭的环或与其它位错相遇于节点。 3. 证明位错线不能终止在晶体内部。 解：设有一位错C 终止在晶体内部，如图所示，终点为A 。绕位错C 作一柏氏回路L 1，得柏氏矢量b 。现把回路移动到L 2 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b 。但从另一角度看，L 2 内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。这二者是矛盾的，所以这时不可能的。 4. 一个位错环能否各部分都是螺型位错，能否各部分都是刃型位错？为什么？ 解：螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，一根位错只有一个柏氏矢量，而一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺型位错。刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃型位错。这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。 5. 计算产生1cm 长的直刃型位错所需要的能量，并指出占一半能量的区域半径（设r 0＝1nm ， R ＝1cm ，G ＝50GPa ，b ＝0.25nm ，ν＝1/3）。 解：产生1cm 长的直刃型位错所需要的能量W 1等于1cm 长的直刃型位错的应变能。 29922 2111905010(0.2510)110ln 1ln 11061014(1)1104 3.14(1)3 Gb R W J r πυ-----????=?=??=?-???- 设占一半能量的区域半径r 为10-x cm ，则
广东海洋大学实习报告书 实习内容：物理海洋实验实习 实习地点：海博楼一楼风浪流水槽实验室 实习时间：2013.12.06~2013.12.20. 班级： 学号： 姓名： 成绩：
一、实习目的 物理海洋实习是物理海洋专业学生的必修课程之一，是对书本的知识内容进行练习和巩固。本次实习进行的实验是风浪水槽实验，观察模拟在风场作用下波浪受风应力后的运动情况。 二、实习内容 1.描述风浪流水槽的基本特征 风浪水槽的主体是水槽，造风机，造波机。具体构造如下图所示： 在确保所有零件部分能正常运行的情况下，启动造波机，制造波浪，再打开风机马达，控制不同的风速，进而观测波浪的运动状况。 2.风速在5m/s、10m/s、15m/s情况下水槽内波浪和流的基本分布特征 风速在5m/s时，水槽内水面波浪还能观测到波浪的表面轮廓呈现明显的正弦曲线形状；风速在10m/s时，水面波浪还能呈现正弦曲线形状，但有的地方的形状已经开始变形；风速在15m/s时，水面波浪起伏形状此高彼低，波形不对称现象显著，某些地方有波浪破碎现象。 3.造流机开动后水槽内流速的分布特征 造流机开动后，水槽内水体从左向右流动。对于水中的自由表面重力波，波 浪的传播速度与水深和波长相关。本次观察的是浅水波动，几乎没有色散，波浪下 水质点运动轨迹如下图所示。 4. ADV仪器的简要介绍 最初是SonTek公司为美国陆军工程兵团水道实验室设计制造的。该流速仪运用多普勒原理，采用遥距测量的方式，对距离探头一定距离的采样点进行测量。 如今，ADV已成为水力及海洋实验室的标准流速测量仪器。广泛应用于研究波浪
轨迹、研究水体运动轨迹、桥桩周围水流扰动的研究、水沙试验测试、室内水力模型实验、野外测量（沼泽地小流速的测量、黄石国家公园热喷泉水的测量、水处理厂沉淀池中的测量）、水产养殖业（水流扰动对渔业的影响）、水处理厂（用ADVOcean 测量水流的流量）、测量沼泽地中的流速、ADV研究海浪、泥沙实验室等。 MicroADV超声测速仪基于多普勒效应（Doppler effect）的理论。所谓多普勒效应是为纪念奥地利物理学家多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论，即：当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频已发生改变，声波频率在声源移向观察者时变高，在声源远离观察者时变低. ADV的测量很重要参数是控制体距离发射探头约为5cm，是一个圆柱体（体积为0.08cm3），由探头发射超声波，遇到控制体后反射，并由接受探头接受反射的信号，因此，MicroADV测量的实际是控制体与发射探头的相对运动速度。 几何形状: MicroADV主要由三部分组成：量测探头、信号调理、信号处理。量测探头由三个10MHz的接收探头和一个发射探头组成，三个接收探头分布在发射探头轴线的周围，它们之间的夹角为120°，接收探头与采样体的连线与发射探头轴线之间的夹角为30°，采样体位于探头下方5cm或10cm，这样可以基本上消除探头对流场的干扰。 ADV采样体的尺寸取决于四个因素：发射声束、接收声束、脉冲长度、接受窗（返回信号的时间跨越周期）。右图表示每一个因素对采样体尺寸的影响。采样体的水平边界由发射声束和接收声束的相交部分确定，但声束相交部分的范围不易确定，因此把发射声束和接收声束近似假定为圆柱体（对于10MHz ADV，其直径为6mm）。采样体的垂直边界由接收窗和脉冲长度的卷积确定。对于10MHz ADV 采样体的总高度为9mm，且采样体的高度可随ADV数据采集软件中的设置改变而变化，最小高度可达1.2mm，但这样设置会影响测量精度。另外，ADV测速点位置在采样体的垂直中心上。 为保护仪器积测量精度，在一般情况下，用户设定的速度范围应大于试验中出现的与流动方向有关的最大流速。信号强度是测量接受探头接受超声波信号强度的尺度，在ADV中信号强度是用信号和噪音的比值，即信噪比SNR来衡量的。信噪比主要可以检验水中是否存在足够的介质，如泥沙、微粒等，来反射声波信号。如果水中粒子过少，返回的信号就会比周围的噪音还要小，要是没有足够大的信号强度，ADV是不可能进行精确测量的，所得的数据肯定和实际差别很大。如果SNR降低，表明ADV测量中噪音很大，就会影响测量数据的精确性。对于瞬时流速测量（以25Hz采样），信噪比一般要求大于15分贝；对于平均流速测量（以0.5Hz采样），ADV可以在信噪比为5分贝时正常工作。 影响ADV 测试精度的主要因素:由ADV测速原理可知，不同的声速会对多普勒频移产生影响。在水中，声速主要是温度和水的含盐度的函数，它们的变化将引起声速的变化，如改变5℃的温度，声速将改变1％；改变1.2％的含盐度，声速将改变1％；如果ADV使用的声速误差为1％，速度测量结果的误差将会达
物理海洋学课程教学大纲 课程代码：74120330 课程中文名称：物理海洋学 课程英文名称：Physical Oceanography 学分：3.0 周学时：3.0-0.0 面向对象： 预修要求：具备较扎实的数理基础，已修读和学习过物理海洋学基础、流体力学、海洋科学导论或类似的课程将对该课程的学习有帮助，但不是必须的。 一、课程介绍 （一）中文简介 该课程主要讲授内容包括：概述（物理海洋学主要研究内容、研究方法以及为什么要学习物理海洋学）、海水基本特性和主要运动形式、海水运动方程、海洋环流特征、海流理论、海浪、潮波、内波和风暴潮等，除介绍这些过程的产生机制和演变规律外，重点讲授相关的研究方法和相关理论。课程将采用讲授与讨论相结合的方法。 （二）英文简介 Contents of this course include: an overview (main research contents and research methods of physical oceanography, and why to learn physical oceanography), basic characteristics and main movement form of seawater, equations of motion, ocean circulation characteristics, ocean current theory, wave, tidal wave, internal wave and storm tide. In addition to the introduction of the formation mechanism and evolution laws of these process, and it will focus on the related research method and related theory. The course will be a combination of teaching and discussion. 二、教学目标 (一)学习目标 了解物理海洋重要观测事实，掌握物理海洋的基本概念及发展概况，掌握海洋动力过程
《海洋科学基础》综合知识考试大纲 一、考试说明 1．参考教材 （1）冯士筰、李凤岐、李少菁主编海洋科学导论，高等教育出版社2001年7月3版（2）侍茂崇、高郭平、鲍献文编著海洋调查方法，青岛海洋大学出版社2000年7月2、考试内容比例 （1）题型比例 问答题：100% （2）内容比例 海洋科学的基础知识和基本常识50％，观测研究方法50％。 二、考试内容： （一）绪论 1.海洋的特性 2.海洋学研究内容 3.海洋学研究意义 4.海洋学研究方法 (二) 地球概观 1.地球概观 2. 构造学说 3. 海水来源 4. 海洋的划分 5. 海底地形 6. 各大洋及中国海形态 (三) 海水的物理性质 1. 海水的组成 2.海水的物理性质 3. 海水温度、盐度、密度概念 (四) 海洋中的热收支和水平衡 1. 海洋中的热收支 2. 海洋中的水平衡 (五) 大洋及中国海的温度、盐度、密度的分布及变化 1. 大洋温度的分布及变化 2. 大洋盐度的分布及变化 3. 中国海温盐分布及变化 4. 海水温度、盐度、密度的观测 (六) 大气环流
1.大气垂直结构与气象要素 2. 大气环流 3. 主要天气系统 4. 中国海的气候特征 (七) 海洋环流与水团 1. 海流成因 2. 地转流 3. 风海流 4. 惯性流 5. 大洋环流及水团结构 6. 中国海环流 7. 海流的观测 （八）海洋中的波动 1. 波浪要素、波浪类型 2. 小振幅重力波 3. 风浪和涌浪 4. 海洋内波 5.海浪的观测 （九）潮汐及风暴潮 1. 潮汐基本要素、分类 2. 潮汐理论 3. 中国海潮汐 4. 风暴潮定义、分类 5. 潮汐的观测、预报方法及应用 （十）海水的混合和海洋细结构 1. 海水混合的概念、形式 2. 混合效应及影响因素 3. 水团之间混合 （十一）海洋——大气相互作用 1. 海洋在气候系统中的地位 2. 海洋——大气相互作用 3. 厄尔尼诺和南方涛动