物理海洋学复习2012

物理海洋学复习提纲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/s3、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。

《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*=02()M r a r μ-，压强梯度力1pρ∇-，摩擦力F V μρ=∆，天体引力（包括月球引力()02M LX LLK μ=-和太阳引力()02S LX LLK μ=-）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：()()()()120(,,)T D dV g p V F F dt V sV s k s t V t s p θρθθκθρρθ⎧=-∇-Ω⨯++⎪⎪⎪∇⋅=⎪∂⎪+⋅∇=∆⎨∂⎪∂⎪+⋅∇=∆⎪∂⎪=⎪⎩——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10pg zρ∂--=∂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 ωϕ==，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。

1.inertial period （惯性周期P135）：It is one half the time required for the rotation of a local plane on Earth's surface2.geostrophic balance （地转平衡P151）:Within the ocean5 s interior away from the top and bottom Ekman layers, for horizontal distances exceeding a few tens of kilometers, and for times exceeding a few days, horizontal pressure gradients in the ocean almost exactly balance the Coriolis force resulting from horizontal currents. This balance is known as the geostrophic balance.3.pressure gradient （压力梯度）：In atmospheric sciences （meteorology, climatology and related fields）, the pressure gradient （typically of air, more generally of any fluid） is a physical quantity that describes which direction and at what rate the pressure changes the most rapidly around a particular location. The pressure gradient is a dimensional quantity expressed in units of pressure per unit length. The SI unit is pascal per metre （Pa/m）.4.mixed layer （混合层P81）:Wind blowing on the ocean stirs the upper layers leading to a thin mixed layer at the sea surface having constant temperature and salinity from the surface down to a depth where the values differ from those at the surface. The magnitude of the difference is arbitrary, but typically the temperature at the bottom of the layer must be no more than 0.02-0.1° colder than at the surface./ The oceanic or limnological mixed layer is a layer in which active turbulence has homogenized some range of depth5.Physical Oceanography（物理海洋学P8）:Physical Oceanography is the study of physical properties and dynamics of the ocean. The primary interests are the interaction of the ocean with the atmosphere, the oceanic heat budget, water mass formation, currents, and coastal dynamics. Physical Oceanography is considered by many to be a subdiscipline of geophysics.6.The Ekman numbeT（埃克曼数P139）is a dimensionless number used in describing geophysical phenomena in the oceans and atmosphere. It characterises the ratio of viscous forces in a fluid to the fictitious forces arising from planetary rotation. It is named after the Swedish oceanographer Vagn Walfrid Ekman.7.thermocline （温跃层P82）：Below the mixed layer, water temperature decreases rapidly with depth except at high latitudes. The range of depths where the rate of change, the gradient of temperature, is large is called the8.double diffusion （双扩散P130-131）：Here's what happens. Heat diffuses across the interface faster than salt, leading to a thin, cold, salty layer between the two initial layers. The cold salty layer is more dense than the cold, less-salty layer below, and the water in the layer sinks. Because the layer is thin, the fluid sinks in fingers l-5cm in diameter and 10s of centimeters long, not much different in size and shape from our fingers. This is salt fingering. Because two constituents diffuse across the interface, the process is called double diffusion.pl319.salinity（盐度）:（P73-75）At the simplest level, salinity is the total amount of dissolved material ingrams in one kilogram of sea water. Thus salinity is a dimensionless quantity. It has no units.10.Reynolds number （雷诺数P116）:In fluid mechanics, the Reynolds number （Re） is a dimensionless number that gives a measure of the ratio of inertial forces to viscous forces and consequently quantifies the relative importance of these two types of forces for given flow conditions.11.Coriolis Force （科氏力P133-134）Is the dominant pseudo-force influencing motion in a coor-dinate system fixed to the earth.12.Potential Temperature（位温P85）Potential temperature 0 is defined as the temperature of a parcel of water at the sea surface after it has been raised adiabatically from some depth in the ocean.13.青藏高原对气候的意义及附近海洋的影响（P42-43）Maps of surface winds change somewhat with the seasons. The largest changes are in the Indian Ocean and the western Pacific Ocean.Both regions are strongly influenced by the Asian monsoon. In winter, the cold air mass over Siberia creates a region of high pressure at the surface, and cold air blows southeastward across Japan and on across the hot Kuroshio, extracting heat from the ocean. In summer, the thermal low over Tibet draws warm, moist air from the Indian Ocean leading to the rainy season over India.14.科氏力推导泄宪绿佩向力媛?绝对速度V.和加速度（花/次），附录地转偏向力推导牛顿第二定律——+ 2QxP + QxQx^ =dt.I ^=-2QxF-QxQx J R + （^F ）/w其中，-20xU称为地转偏向力-Q X Q X A 为离心力，与地心引力合成有效重力。

海洋物理知识点总结海洋物理是研究海洋中的各种物理现象和规律的学科，它包括海洋水文学、海洋声学、海洋地球物理、海洋气象和海洋生物物理等多个分支。

海洋物理学是一个非常重要的学科，它对于揭示地球的气候变化、海洋环境变化以及海洋资源的开发利用具有重要意义。

本文将从海洋水文学、海洋声学、海洋地球物理、海洋气象和海洋生物物理等方面来总结海洋物理的一些知识点。

一、海洋水文学1. 海洋水文学是研究海洋水体的水文特性的科学，它主要研究海洋水体的温度、盐度、密度、温盐结构、海洋环流和海洋混合等问题。

海洋水文学研究的内容非常广泛，其中有一些知识点是非常重要的：(1) 海洋水体的温度分布：海洋中的水温分布受到太阳辐射、地球自转以及地形等因素的影响，其中海水温度垂直分布是由海水密度垂直分布所决定的。

(2) 海洋水体的盐度分布：海水的盐度主要由海水蒸发、降水和冰的形成及融化等因素所决定，海水的盐度分布对海洋环流有重要影响。

(3) 海水的密度分布：海水密度受到温度和盐度的影响，密度不同的海水在重力作用下产生不同的垂直运动。

(4) 海洋环流：海洋表面的风和地转作用产生的洋流对海洋物理过程有着非常重要的影响，它们决定了海水垂直和水平混合的强度。

2. 海洋水文学的研究方法主要有采样观测、水声观测和卫星遥感等方法，这些方法可以对海洋水文学进行多角度的观测和研究，对于揭示海洋环境的变化和海洋资源的分布有着非常重要的意义。

二、海洋声学1. 海洋声学是研究海洋中声波传播特性以及利用声波进行海洋观测和通信的科学，它主要研究海洋声速、声传播特性、声反射和吸收等问题。

海洋声学的研究是非常重要的，它对于海洋环境监测、海底地形测绘以及海洋生物研究等具有非常重要的意义。

2. 海洋声速是海洋声学研究的一个重要内容，海洋中的声速受到温度、盐度和压力等因素的影响，海洋水体中不同层次的声速分布对海洋声波传播有着重要的影响。

3. 海洋声学的研究方法主要包括声学探测、声学散射和声学遥感等方法，它们可以对海洋中的声波进行观测和研究，得到海洋环境中的声速分布、海底地形和海底生物等信息。

Lecture0 地球、大气和海洋概述1.海洋在水循环中起着关键作用。

海洋持有地球上的97%的水；78%的全球降水发生在海洋之上，它是86%的全球蒸发源。

2.Why Study Ocean?✧超过62%的人口居住在离海岸线100km范围内，并且这部分人口增长率最快✧超过50%的海岸线处于危险之中✧海洋提供了人类大量的食物及矿产资源✧人类活动产生大量的有毒或未经处理的污水及生活垃圾，对海洋造成严重污染，从而威胁海洋生态系统✧海洋调节全球气候，海洋状态的变化将给人类难以预料的后果3.反常膨胀：水在4 C时密度最大，由水分子结构决定。

因此水在密度最大时仍然为液态。

水的特殊性质对海洋环流形成，以及对海洋所有生命的生存极其重要。

(A)秋季的冷却空气(4C)导致湖水表面冷却，表层比底层暖水密度更大，此处显示为15摄氏度。

这造成对流翻转和混合湖水。

(B)在持续冷却和对流的情况下，湖水达到最高密度的均匀温度，约为4C。

(C)随着冬季的临近和气温的进一步降低，湖面出现冷却，但这种水的密度低于底层的4C水。

地面结冰，而底层水保持在4C。

Lecture1 IPO概况1.物理海洋学是海洋流体运动的研究。

其目标是了解所有时间和空间尺度上的过程，以模拟这些过程，并在可能时进行预测。

2.地球是70.8%的水覆盖。

在85-90°N和55-60°S之间没有土地。

在纬度为45-70°N时，陆地比水多。

在纬度为70-90°S的只有陆地（南极洲）。

珠峰8844.43米+3.5米冰盖。

陆地平均海拔840m，海洋平均深度3800m，平均海水覆盖3000m。

太平洋占地球表面51%。

3.Pacific: 179 x106 km2, 46%; 15,000 kmAtlantic: 106x106 km2, 23%; 5,000 kmIndian: 75 x106 km2, 20%; 5,000 km4.地球半径为6371公里。

1、物理海洋学的研究手段有哪些答：理论分析数值模型数据处理和分析试验和观测理论分析：主要是运用流体动力学和热力学的原理，对一些理想化的或经过简化的问题，通过解析求解，进行模式化的研究数值模型：对于比较复杂的问题，则借助于电子计算机进行数值模拟求解数据处理和分析：由于海洋中的物理现象和过程，具有随机性，故常应用概率统计和随机过程的理论，对现场观测的数据进行分析和处理。

试验和观测：以遥感、遥测、遥控、自动化和电子计算机技术等为基础的海洋探测系统2、物理海洋学的研究内容有哪些答：物理海洋学是运用物理学的观点和方法研究海洋中的海水宏观运动（包括：海洋环流、海洋波动和海洋潮汐）；海气相互运动；海洋湍流3、物理海洋学与其它海洋分支学科的联系是怎样的答：随着现代科学技术的发展，一个以遥感、遥测、遥控、自动化和电子计算机技术等为基础的海洋探测系统，迅速发展起来。

包括从空间对海洋表面的遥感技术、水下的海底声学遥感技术、海洋浮标技术、深水观测技术等，初步形成了海洋立体探测研究系统。

第二章4、位温和现场温度的区别答：现场温度是实际测得某一地点的温度位温是指：某深度(压力为P)的海水微团，绝热上升到海面(压力为大气压P0)时所具有的温度称为该深度海水的位温，记为θ。

5、海水的声学和光学特性各有哪些答：海水的光学特性：海水对光的选择性吸收（长波优先）海水的散射（分子散射、粒子散射）海水对光的衰减：吸收＋散射6、海水的绝热变化过程答：海水的压缩性导致其微团在铅直位移时，深度变化→压力变化→V变化。

绝热下沉时，P增大→V缩小，外力对海水微团作功→内能增加→T升高；反之，绝热上升时，V膨胀→消耗内能→T降低。

上述过程中海水微团内的温度变化称为绝热变化7、海水的热学性质答：海水的热力学参数：海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性、热导率与比蒸发潜热等，是海水的固有性质，是温度、盐度、压力的函数。

海水的热性质与纯水的热性质多有差异，这是造成海洋中诸多特异的原因之一。

2012年海洋基础知识整理第一部分：海洋科学基本知识（一）海洋科学1.[掌握]：海洋科学研究的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。

海洋科学研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及与开发利用海洋有关的知识体系。

地球科学的组成部分与物理学、化学、生物学、地质学以及大气科学、水文科学等密切相关。

海洋包括海水、溶解和悬浮于其中的物质、生活于其中的生物、海底沉积和海底岩石圈，以及海面上的大气边界层和河口海岸带。

地球的海和洋，总面积约3.6亿平方千米，约占地表总面积的71％，相当于陆地面积的2.5倍；平均深度约3800米，最大深度11034米；容积约13.7亿立方千米，容纳的水量超过地球总水量的97％。

[了解]：海洋科学的分支及海洋科学研究的特点海洋科学的分支：海洋科学体系包括基础性科学、应用与技术研究、管理与开发的研究。

基础性科学包括物理海洋学、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域海洋学等。

应用与技术研究有卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、海洋声学、光学与遥感探测技术、海洋生物技术、海洋环境预报以及工程环境海洋学等。

管理与开发研究有海洋资源、海洋环境功能区别、海洋法学、海洋监测与环境评价、海洋污染治理、海域管理等。

海洋科学研究的特点：1、明显地依赖于直接的观测；2、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；3、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科氏力（地球自转偏向力）的作用：地球上只有相对地球运动的物体，才会受到科氏力（地球自转偏向力）的作用。

该力不改变物体运动的速率，只能改变(水平运动)物体运动的方向。

在北半球总是使运动物体向右偏、南半球向左偏。

地球自转产生的惯性离心力：在地球上的物体，都会受到由于地球自转产生的惯性离心力，在不同的纬度惯性离心力的大小不同。

内容1.知识点：潮汐现象是海洋中普遍存在的自然现象，是海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面的升降称为潮汐，而海水在水平方向的周期性流动称为潮流。

2.知识点：通常把由北赤道流和南赤道流跨过赤道的部分组成的、沿南美北岸的流动称为圭亚那流和小安的列斯流，经尤卡坦海峡进入墨西哥湾以后称为佛罗里达流，佛罗里达流经佛罗里达海峡进入大西洋后与安的列斯流汇合处视为湾流的起点。

此后它沿北美陆坡北上，到35°N附近，离岸向东，直到45°W附近的格兰德滩以南，海流都保持在比较狭窄的水带内，此段称之为湾流。

湾流是世界海洋中流速最大、影响深度最深的最强大的暖流。

3.知识点：水色三要素为总悬浮物、叶绿素和黄色物质。

4.知识点：当月相为新月、满月时，月球、太阳和地球在一条直线上，两天体产生的天体引潮力方向相同，使潮汐增强，潮差出现极大值，称为天文大潮或朔望潮；当月相为上、下弦月时，月球和太阳引潮力方向接近正交，几乎没有叠加效应，故潮差达极小值，称为小潮或方照潮。

5.知识点：海水的比热容是1千克海水温度升高1℃所吸收的热量。

海水比热容较大，是空气的4倍。

由于海水密度远大于空气密度，1立方米海水温度变化1℃的热量，能使大约3100立方米大气产生1℃的变化，因此海洋水温较气温变化缓慢滞后，其日变化幅度远小于气温的日变化。

6.知识点：地球表面上平均温度最高的纬向带状称之为热赤道，平均在7°N左右。

7.知识点：同10题。

8.知识点：太平洋和大西洋上层南北副热带海区均存在一反气旋式水平环流，在亚北极海域存在一气旋式水平环流。

在副热带流环中，在大洋的西边界处出现海流流幅变窄，流层加厚和流速增大的现象，称之为西向强化。

该处的海流称之为西边界流，是海洋中的强流区。

北半球的西向强化现象比南半球更为显著，即北半球的西边界流强于南半球。

黑潮和湾流分别是北太平洋和北大西洋中的西边界流，也是两大洋中最强的洋流。

《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 *= 02()M r a r μ- ，压强梯度力1p ρ∇-，摩擦力F V μρ=∆，天体引力（包括月球引力()02M LX LLK μ=- 和太阳引力()02S L X LLK μ=-）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：()()()()120(,,)T D dV g p V F F dt V s V s k s t V t s p θρθθκθρρθ⎧=-∇-Ω⨯++⎪⎪⎪∇⋅=⎪∂⎪+⋅∇=∆⎨∂⎪∂⎪+⋅∇=∆⎪∂⎪=⎪⎩——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10pg zρ∂--=∂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 ωϕ==，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。

物理海洋考试1. 河口滞流点和最大浑浊带成因的动力机制在咸淡水密度梯度的作用下，河底某处往往出现涨落潮流相抵以后净流流速接近与零的滞流点，在滞流点以上泥沙向下游运移，在滞流点以下泥沙向上运移，而在滞流点附近悬沙汇聚，形成高含沙量区，即最大浑浊带。

2. Ekman 大洋漂流理论理想化的无边界、无限深和密度均匀的海洋，因海面受稳定的风长时间吹刮，出现铅直湍流而产生的水平湍流摩擦力，与地转偏向力平衡时出现的海流。

海面风力对海水的搅拌混合，使风的动量通过海面传给表面的海水后，因海水的粘滞性，依次传给下层的海水，使后者也流动起来。

由于地转偏向力的作用，在北（南）半球，埃克曼漂流的表面流速，偏于风向右（左）方45°。

表层以下的海水随着深度的增加，流向不断右（左）偏，流速也不断减小，直至某深度处流向和表面流向完全相反时，流速便约为表面流速的4％。

此深度称为摩擦影响深度。

从海面至此深度处的水层称为埃克曼层，摩擦影响深度又称为埃克曼层深度。

埃克曼漂流的流速矢端在空间所构成的曲线称为埃克曼螺旋，其在水平面上的投影便称为埃克曼螺线。

、3. 用平衡潮理论，说明潮汐膨胀，潮汐日滞后和日不等现象平衡潮理论：海面在月球引潮力的作用下离开原来的平衡位置作相应的上升或下降，直到在重力和引潮力的共同作用下，达到新的平衡位置为止。

因此海面便产生形变，也就是说，考虑引潮力后的海面变成了椭球形，称之为潮汐椭球，并且它的长轴恒指向月球。

由于地球的自转，地球的表面相对于椭球形的海面运动，这就造成了地球表面上的固定点发生周期性的涨落而形成潮汐。

潮汐膨胀：沿着与地球和月球垂直的中线（过地心），作用于每个质点上的引力恰好提供了所需的惯性离心力。

在靠近月球的一边，引力大于离心力，它导致海洋朝月球方向堆积。

在背离月球方向一面，引力不足以提供离心力来保持质点做圆周运动，质点趋向于背离月球运动。

这个过程导致了地球两侧的潮汐膨胀。

潮汐日不等：当月球赤纬不为0时，除赤道仍为正规半日潮外，其他一些地区的海面虽然在一个太阴日内也可出现两次高潮和两次低潮，但两次高潮的高度不相等，两次涨潮时也不等，形成日不等现象。