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研究海水物理过程和化学过程的三个基本参数温室气体排放、海洋咸度变化以及海洋酸碱度增加等现象正在影响全球海洋环境。
因此研究海水物理过程和化学过程的三个基本参数，变成为研究全球海洋环境变化的基本要求。
全球海洋环境是由一系列复杂的海洋物理过程和化学过程的结果。
比如温度、温度的变化可能会影响海洋的混合过程，从而影响海洋环境；海水的盐分含量也可以影响海洋的混合过程，影响着海洋环境；海水酸碱度也会影响海洋环境，从而影响生物的繁衍和生存环境。
海洋物理过程反映了温度、盐度和海水流量之间的复杂关系，是探讨海洋环境变化的重要参数。
如果要深入研究海洋环境变化，首先要理解温度、盐度和海水流量之间的复杂关系。
目前，研究者多样的研究海洋物理学中的温度、盐度和海水流量的研究，并研究其与海洋环境变化的关系。
海洋化学过程关注的是海洋中物质和能量之间的相互转化关系。
海洋化学反映了海水中温度、盐度、pH值和酸碱度的变化。
这是海洋环境变化的重要参数，是探讨海洋环境变化的基础。
海水的温度变化会影响水的熵、蒸发、潜热和湿度，从而影响海洋环境；海水的盐分含量变化可以影响海洋的混合过程，影响海洋的传输和混合；海水的pH值和酸碱度变化也会影响海洋环境，从而影响生物的繁衍和生存环境。
海洋物理和化学过程中的三个基本参数，温度、盐度和酸碱度，都是衡量海洋环境变化的重要参数。
为此，研究者开始研究海洋物理学中的温度、盐度和海水流量的变化，以及它们对海洋环境的影响；同时，研究者也在海洋化学中研究海水温度、盐分含量、pH值和酸碱度的变化，以及它们对生物的影响。
从几个方面看，海洋物理和化学过程中的三个基本参数，即温度、盐度和酸碱度，是海洋环境变化的重要参数。
研究这三个参数，可以帮助人们更深入地了解海洋环境变化，对海洋环境变化和措施有更全面的认识，从而促进全球海洋环境的保护。
海洋要素计算与预报 (1)第一部分数据预处理与统计分析方法 .............................................................. 1第一章数据预处理 ...................................................................................... 1一、数据质量控制 (1)1、异常数据的认定和排除 (1)2、数据系统性偏差的检查和修正 .............................................. 1二、不规则空间分布数据网格化 .. (1)1、数学插值法 (1)2、网格统计法 .............................................................................. 2三、要素统计特征 .. (3)1、要素数据标示 (3)2、均值与距平 (3)3、平均差 (3)4、方差 (3)5、协方差与相关系数 (3)6、自协方差与自相关系数 (3)7、落后协方差与相关系数 (4)8、经验分布 .................................................................................. 4第二章谱分析 (5)一、 Fourier 变换与谱分析 . (5)二、功率谱估计 (6)三、交叉谱分析 .................................................................................... 7第三章经验模态分解 . (8)一、前言 (8)二、 EMD 计算方法与 IMF 分量 (9)三、 EMD 方法中存在的问题 . ........................................................... 11 1、 EMD 方法在处理间歇信号时的不可分问题和产生的模态混合问题 .................................................................................................. 11 2、 EMD 分解方法的边界问题 . ................................................. 15四、应用实例 (17)1、 SST 资料处理 . (17)2、海平面数据处理 .................................................................... 17第四章回归分析 ........................................................................................ 18一、一元线性回归 (19)1、一元线性回归模型 (19)2、一元线性回归的方差分析 (19)3、回归方程的显著性检验 (20)4、预报值的置信区间 ................................................................ 20二、多元线性回归 (21)1、多元线性回归模型 (21)2、回归方程显著性检验 (22)3、预报值的置信区间 ................................................................ 22三、非线性回归 . (23)1、曲线函数线性化 (23)2、多项式回归 ............................................................................ 23第五章经验正交函数分解 ........................................................................ 23一、主成分的定义 (24)1、两个变量的主成分定义 (24)2、多变量的主成分定义 (25)二、主成分的导出 (26)三、主成分的性质 (27)四、主成分的计算 (28)五、经验正交函数分解 (EOF (28)六、时空转换 ...................................................................................... 29第六章最小二乘法潮汐调和分析与潮汐特征值 (30)一、分潮与潮汐调和常数 (30)二、最小二乘法潮汐调和分析方法 (32)1、任意时间间隔观测序列的方程组导出 (32)2、等时间间隔观测序列的方程组系数 (34)3、 Fourier 系数的计算 . (35)4、天文变量与调和常数计算 (36)三、潮流调和常数与潮流椭圆要素 (42)四、潮汐性质与潮汐特征值 (43)1、潮汐性质 (43)2、潮汐特征值 (43)3、平均海面、平均海平面与陆地高程,海图深度基准面与海图水深 .................................................................................................. 45 (4海图深度基准面与海图水深 ............................................ 45第七章海浪数据分析 (48)一、去倾向和去均值处理 (48)二、从波面高度序列中读取海浪的波高和周期 .............................. 48 1、跨零点波高、周期定义 .. (48)2、极值点波高、周期定义 ........................................................ 49三、波面高度分布、波高和周期的分布,波高和周期的联合分布 (49)1、波面高度分布 (49)2、波高和周期的分布 (50)四、各种波高计算 (51)五、海浪谱估计 (52)1、海浪谱估计方法 (52)2、谱矩的计算 (52)3、谱的零阶矩与各种波高的关系 (52)4、海浪谱的谱宽度计算 (52)5、谱峰频率与周期的关系 ........................................................ 53第二部分海洋数值预报 .................................................... 错误!未定义书签。
热盐环流与气候变化1 引言气候指一个地区天气的多年平均状况，主要的气候要素包括光照、气温和降水等，反映了这个地区冷暖干湿等基本特征。
我国的主要气候类型包括热带、亚热带、温带季风气候，温带大陆性气候，高山高原气候等，我国主要气候带分区（如图1-1所示）。
同时气候变化是当今对人类影响最大的事件之一。
候变化主要表现在全球气候变暖、酸雨、臭氧层破坏等方面，其中气候变暖是目前最受关注的问题。
气候变化对我们的影响包括冰川消融，高温、干旱、暴雨等极端事件增多，导致粮食减产，海平面上升，物种的灭绝等等。
图1-1 中国气候类型分布海洋覆盖了地球约71%，是世界天气和气候的主要驱动力。
同时，海洋也是全球经济的主要推动力，承载着世界上90%以上的贸易，并维持着40%生活在海岸线100公里以内的人类的生存。
当今气候变化的影响在日益扩大，使得海洋观测、研究和服务比以往任何时候都更加重要。
第一，海洋是能量储存器。
因为海洋太大了，海洋覆盖了地球表面积的71%；海水太多了，占全球水资源的97%；而水相对于空气和陆地来说储热能量更强，全球变暖能量的93%都存储在海洋中。
还有，海洋还吸收了三分之一的新增温室气体排放量，所以海洋对稳定和调节全球气候具有决定性作用。
第二，海洋是能量转换器。
刚才提到了海洋储存了那么多能量，那么海洋储存的能量是如何与大气交换的呢？海洋－大气之间的热交换主要由三种方式。
一是辐射热，也就是长波辐射。
二是传导热，也叫感热，也就是接触的物体之间传导热量。
这两个热交换方式比较好理解，例如我们进入有暖气的房间，不触碰暖气片也会感受到温暖，这是辐射热，如果用手摸暖气片同样会感受热量，这就是传导热。
三是相变热，又叫潜热，当海水蒸发时需要吸收热量变成水蒸气，水蒸气上升到空中再次凝结的时候要释放热量给大气，这样在完成水循环的过程的同时也完成了相变热的传递。
第三，海洋是能量输送器。
由于海洋吸收了抵达地球的大部分太阳能，而赤道部分接收热量要远远多于两极，所以就形成了巨大的水平和垂直洋流，一些洋流可以携带热量向高纬度行进数千公里，一路走一路散热，对沿途气候产生巨大影响。
大洋环流和海气相互作用的数值模拟（研究生课程讲义第二稿）中国科学院大气物理所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG)全球海气耦合模式课题组2007年9月大洋环流和海气相互作用的数值模拟前言张学洪(zxh@)“大洋环流和海气相互作用的数值模拟”是中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点试验室（LASG）全球海气耦合模式课题组集体开设的一门研究生课程，可以看作“气候数值模拟”的入门课程之一。
自上世纪80年代末以来，这个课题组一直从事于LASG/IAP大洋环流数值模式和海洋—大气耦合模式的发展、改进、应用和评估等方面的研究工作，这个过程是和课题组成员对大洋环流和海气相互作用的观测事实和动力学理论的学习和理解相结合进行的。
Robert, H. Stewart在他的《Introduction to Physical Oceanography》一书中说：“Data, numerical models, and theory are all necessary to understand the ocean. Eventually, an understanding of the ocean-atmosphere-land system will lead to predictions of future states of the system”（图P1）。
的确，在海洋—大气耦合系统的研究中，观测、理论和数值模式三者是缺一不可的，而“understanding”则是整个链条的核心环节。
我们自己的经验也表明，模式发展一定要和观测、理论研究相结合，模式进步的基础在于“understanding”。
所以，本课程的侧重点虽然是“数值模拟”，但也力图将观测和理论结合进来，以期选修本课程的研究生（无论他们将来从事模式发展还是模式应用）在学习有关入门知识的同时，也能对以上的道理有所领悟。
海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究引言：海上气候是地球气候系统的重要组成部分。
其中，海上大气边界层的形成和演变对海洋风暴、海气相互作用和海洋资源的利用等有重要影响。
通过对海上大气边界层模式的研究，可以更好地了解其物理过程，并进行相关数值模拟，为海上气候变化、气象灾害预测和海洋资源开发等提供科学依据。
一、海上大气边界层模式的物理过程1. 大气边界层的定义大气边界层是地球表面与上层自由大气之间的过渡区域，其中发生的物理过程对气候和天气的变化具有重要影响。
2. 海上大气边界层的特点相比陆地上的大气边界层，海洋表面具有特殊的动力特性，如湍流的活跃度、水汽的释放和吸收等特点，在大气边界层模式中需要考虑海洋的影响。
3. 海上大气边界层的形成机制海洋表面温度和海洋表面粗糙度是海上大气边界层的主要形成机制。
海洋表面温度差异引起的大气运动和湍流是大气边界层形成的关键过程。
4. 海上大气边界层的演化过程海上大气边界层的演化受到气压梯度、温度和湿度差异等因素的影响。
随着时间推移，大气边界层的高度和其内部的湍流强度会发生变化。
二、海上大气边界层模式的数值模拟研究1. 数值模拟的意义通过数值模拟海上大气边界层的物理过程，可以更好地理解海气相互作用、气候变化和气象灾害的发生机制，并为预测和应对这些气候现象提供科学依据。
2. 基本原理海上大气边界层模式的数值模拟基于流体力学和热力学等物理原理，采用数学方程组对边界层内的运动、湍流和传输等过程进行描述和计算。
3. 模型的建立海上大气边界层模式的建立需要考虑海洋表面温度和粗糙度的影响，以及海气的相互作用等因素。
同时，还需要考虑数值计算的精确性和计算效率。
4. 数值模拟结果分析通过对数值模拟结果的分析，可以得到海上大气边界层的空间变化规律、时间演化趋势和气候特征等信息。
这些信息对海上气象和气候研究以及相关灾害预测和资源利用具有重要参考价值。
研究海水物理过程和化学过程的三个基本参数你是否还记得，十年前的今天，在某一天，研究海水物理过程和化学过程的三个基本参数：盐度、温度和ph值被提出来了。
第一个数据，盐度。
盐度指的是单位体积中溶解物质的质量，又称作海水的咸度。
这是一个多变量、强连续性的函数，受许多自然因素如地球形状、深度、洋流、风等的影响。
对于一个全世界性的海洋，可能要用一个具有足够代表性的近似的表达式去表示。
10、 11、 12……接着的三个数字越大，表示该海域的盐度越高。
例如，科学家们就研究了我国海域的咸度表示方法，发现当把我国海域分成14个大小不同的区域时，将盐度从10到100划分为五个区域，同样地区的盐度在不同季节会有明显的差异。
大家都知道食盐可以给我们身体补充必需的盐分，但是却不知道食盐在海洋里面也有它的用处。
通过对这五个海域进行研究，其中最高盐度区域表示北太平洋最重要的咸水来源之一。
以前的科学家没有这些现代仪器，所以他们只能观测到很少的盐度变化，这就使得研究人员无法准确地推断这些变化与自然过程的关系，进而得出相应的结论。
“如果我们可以利用更多的现代仪器对这些海水进行研究，并把所得的信息输入计算机的话，我们就可以在海洋学、物理学和生物学领域中引入新的概念。
”美国加州大学戴维斯分校的副教授贾克·罗斯说。
二氧化碳和氧气，一般人对此是毫无感觉的，但却是海水物理过程中的两种最基本的物质。
“二氧化碳是产生浮力的主要因素，而且它对于海洋温度有非常大的影响，特别是当这些温度和压力不断升高时。
”法国图卢兹地中海研究所的阿贝尔·纳比乌斯说，“正因为如此，海洋科学家可以通过测量二氧化碳的浓度来估算温度的升高速度，如果可以准确地获得二氧化碳浓度随着温度变化的曲线，那么海水的热容量和密度也就可以被很好地估算出来。
”第二个数据，温度。
另一个强连续性的参数是温度，指的是海水温度，包括海洋表面温度和海洋内部温度，也就是我们所说的海洋温度梯度。
