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物理海洋学专业
物理海洋学是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交换、动量交换、能量的交换和转换的学科。
物理海洋学是现代海洋物理学中最早发展起来的一个分支学科，其研究内容最为广泛。
物理海洋学主要研究发生在海洋中的流体动力学和热力学过程，其中包括海洋中的热量平衡和水量平衡，海水的温度、盐度和密度等海洋水文状态参数的分布和变化，海洋中各种类型和各种时空尺度的海水运动（如海流、海浪、潮汐、内波、风暴潮、海水层结的细微结构和湍流等）及其相互作用的规律等。
1。
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局部。
【根底学科】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、热盐构造、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。
物理海洋学名词01．001 海洋科学（ocean science）研究发生在海洋中的各种自然现象和过程及其变化规律以及与海洋开发利用有关的知识体系。
它的研究对象是占地球表面积71%的海洋，包括海水，溶解和悬浮于海水中的物质，生活于海洋中的生物，海底沉积和海底岩石圈，以及河口海岸带和海-气界面及其上的大气边界层等。
01．002 海洋学（oceanology）海洋科学的简称。
01．003 物理海洋学（physical oceanography）狭义而言，物理海洋学是运用物理学的观点和方法研究海洋中的力场，热盐结构，以及因之而产生的各种机械运动的时空变化，海洋中的物质交换，能量交换和转换的科学；广义而言，物理海洋学是以物理学的理论、方法和技术，研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩石圈和生物圈的相互作用的科学。
01．013 区域海洋学（regional oceanography）综合地研究一个海区中各种海洋现象的科学，是海洋科学的一个分支科学，也是世界自然地理学的一个组成部分，与描述海洋学（descriptive oceanography）类似。
01．020 洋（ocean）海洋水圈中的中心主体部分。
01．026 海(sea)海洋水圈的边缘附属部分称为海。
01．032 上层（epipelagic zone）海洋层结（层状结构）中被太阳辐射加热的水层，温度较高，密度较小，混合较均匀，厚约100米。
01．033 中层（mesopelagic zone）海洋层结中的过渡层，在上层以下，厚度约为1 000~1 500米的水层。
温度、盐度、密度一般具有一个很大的跃层，有时具有多个跃层。
01．034 深层（bathypelagic zone）海洋层结中中层以下的温度、盐度、密度均匀的水层。
亦称下均匀层。
02．001 海洋水文学（marine hydrography, marine hydrology）是关于海水起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系，是水文科学的一个分支。
物理海洋学在海底地形与地壳运动研究中的应用物理海洋学是研究海洋中的物理过程和现象的学科。
它运用物理学原理和方法，通过对海水性质、海底地形以及地壳运动等方面的研究，为我们了解海洋的运动、结构和地理现象提供了重要的帮助。
本文将介绍物理海洋学在海底地形与地壳运动研究中的应用。
一、海洋地球物理方法1.1 电磁法电磁法是通过测量电磁场的变化来研究地下结构的一种方法。
在海洋地球物理研究中，电磁法经常被用来研究海底地形和地壳运动。
通过测量水下电磁场的变化，可以推断出海底地形的特征，如海山、海沟等。
同时，电磁法还可以探测地壳运动，通过监测水中电磁场的变化，可以了解海底的地壳运动特征，如海底地震活动、地壳运动模式等。
1.2 引力法引力法是通过测量地球上不同位置的重力场强度来研究地下结构的一种方法。
在海底地形和地壳运动研究中，引力法被广泛应用。
通过测量不同位置的重力场强度变化，可以了解海底地形的特征，如海底山脉、海沟等。
同时，引力法还可以研究地壳的垂直运动，通过监测重力场的变化，可以推断出地壳下沉或隆起的情况，从而了解地壳的运动变化。
二、声学方法2.1 声纳测深声纳测深是一种利用声波在水中传播的原理来测量水深的方法。
在海洋地形研究中，声纳测深被广泛应用。
通过发射声波并测量声波从发射到接收所经历的时间，可以计算出水深。
通过大量的声纳测深数据，可以构建海洋地形的数字模型，为海底地形的研究提供数据基础。
2.2 SONAR技术SONAR技术是通过发射声波并接收其回波来探测和测量远距离物体的一种技术。
在海洋研究中，SONAR技术常常被用来研究海底地形。
通过发射声波并记录回波的特征，可以生成海底地形的三维图像，进而了解海底地形的细节和特征。
三、地磁方法地磁方法是利用地球磁场的变化来研究地下结构和地壳运动的一种方法。
在海底地形与地壳运动研究中，地磁方法常常被用来研究海底地形的变化和地壳运动的模式。
通过监测水下地磁场的变化，可以了解海底地形的特征，如海底山脉、海沟等。
物理海洋学艾克曼关系式
艾克曼关系式，也被称为艾克曼螺旋或埃克曼螺线，是物理海洋学中的一个重要概念。
这个关系式是由瑞典海洋物理学家Vagn Walfrid Ekman在1905年提出的，用于描述边界层内风矢随高度变化的一种模式分布。
根据艾克曼螺旋理论，风向随高度增大而向右转（在北半球），风速随高度增加而增大。
不同高度的风矢末端的连线形成一条螺线，这就是所谓的埃克曼螺线。
这一现象在海洋学中被广泛研究和应用，特别是在研究海洋环流和气候变化等方面。
艾克曼螺旋与海洋中的流动现象密切相关，其中最为著名的是艾克曼输运（Ekman transport）。
艾克曼输运是指由于地球自转效应和科里奥利力（Coriolis force）的作用，风应力在海洋边界层内产生的向右偏转的流动。
这种流动会导致海水在水平方向上产生净输送量，进而影响海洋环流的格局和气候变化。
艾克曼关系式在物理海洋学中的应用非常广泛，它不仅帮助我们理解了海洋中的流动现象和环流格局，还为研究气候变化和预测天气提供了重要的参考依据。
通过深入研究艾克曼螺旋和艾克曼输运等物理过程，我们可以更好地认识和理解海洋与大气之间的相互作用及其对地球环境的影响。
物理海洋学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 海洋中温度最高的区域是：A. 北极B. 赤道C. 南极D. 温带答案：B2. 以下哪种洋流对全球气候影响最大？A. 墨西哥湾流B. 印度洋流C. 黑潮D. 秘鲁寒流答案：A3. 海洋表层盐度最高的地方是：A. 红海B. 地中海C. 黑海D. 阿拉伯海答案：A4. 海洋中溶解氧含量最低的区域通常是：A. 深海B. 浅海C. 海岸线D. 极地答案：A5. 以下哪种现象不是由海洋环流引起的？A. 厄尔尼诺现象B. 拉尼娜现象C. 季风D. 潮汐答案：D6. 海洋中最大的生物是：A. 鲸鱼B. 海豚C. 海龟D. 海星答案：A7. 以下哪种物质不是海洋中常见的污染物？A. 塑料B. 重金属C. 石油D. 氧气答案：D8. 海洋中生物多样性最丰富的区域是：A. 珊瑚礁B. 深海C. 极地D. 河口答案：A9. 海洋中最深的地方是：A. 马里亚纳海沟B. 阿特兰蒂斯海沟C. 阿拉伯海沟D. 秘鲁海沟答案：A10. 以下哪种现象与海洋无关？A. 潮汐B. 地震C. 台风D. 火山答案：D二、填空题（每空1分，共20分）1. 海洋中的水体被称为__________。
答案：海水2. 海洋中最大的洋是__________。
答案：太平洋3. 海洋中盐度的单位是__________。
答案：psu（千分比）4. 海洋中温度的分布规律是__________。
答案：随深度增加而降低5. 海洋中生物种类最丰富的生态系统是__________。
答案：珊瑚礁6. 海洋中最大的哺乳动物是__________。
答案：蓝鲸7. 海洋中最大的无脊椎动物是__________。
答案：巨型乌贼8. 海洋中最大的鱼类是__________。
答案：鲸鲨9. 海洋中最深的海沟是__________。
答案：马里亚纳海沟10. 海洋中最大的珊瑚礁是__________。
答案：大堡礁三、简答题（每题10分，共40分）1. 简述海洋环流对全球气候的影响。
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。
物理海洋学物理海洋学是研究海洋中物理量及其相互作用的学科。
其研究内容涉及海水的物理性质、海洋动力学、海洋气候等多个方面。
近年来，随着海洋资源的逐渐枯竭以及全球气候变化的不断加剧，物理海洋学逐渐成为了海洋科学研究的重要领域之一。
一、海水的物理性质1. 密度与盐度海水中含有大量的盐类和微量物质，导致其密度比淡水高约3%~5%。
盐度大小决定了海水的密度，同时也影响着海水的物理化学性质和生物学特征。
在物理海洋学中，密度与盐度是海洋研究的重要参数。
2. 温度海洋是地球的“热缓冲池”，对全球气候变化起着至关重要的作用。
海水中的温度也是物理海洋学研究的重要方面。
海水中的温度会随着深度的增加而降低，形成了海洋的垂直温度分层。
海水温度的变化还会影响海洋生态系统以及海水运动等方面。
二、海洋动力学1. 海洋流海洋流是指海水的大规模运动，可以分为海表层流和深层流。
海洋流是海洋动力学研究的重点之一，对全球气候和生态环境具有重要影响。
2. 潮汐由于地球的引力和切向加速度，海洋中形成了周期性的潮汐现象。
潮汐的周期为12小时25分，是天球和地球自转的结果，也是物理海洋学研究的重点。
3. 水位变化海洋中的水位变化是由海洋运动、潮汐和海水温度变化等多种因素影响。
水位变化会影响着海岸带的生态环境和人类的生活。
三、海洋气候1. 海气相互作用海洋和大气的相互作用是海洋气候研究的重点之一。
海洋的温度和盐度会影响着大气的气压和湿度，从而影响着天气、气候和全球气候变化。
2. 海洋环流海洋的环流是海气相互作用的反应，也是物理海洋学研究的重要方面。
海洋环流的大小和方向会影响着大气环流和全球气候变化。
四、海洋灾害1. 海洋风暴海洋风暴是一种突发性极强的天气现象，会给航运、海洋渔业和海岸带的居民带来巨大的损失和影响。
物理海洋学通过对海洋风暴的研究，可以对其成因和趋势进行预报和预警。
2. 海浪和海啸海浪和海啸是由地壳运动和海洋环流产生的，会给海洋运输、港口等领域带来危害。
《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。
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=ρ
1x p ∂∂，fu=ρ1y 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）
静压近似：是指在大尺度运动的条件下，即R。
<<1，垂直动量守恒方程可以简化为静压关系。
第六章
名词解释：
波动的折射：实际海洋中的水深是复杂的，特别是浅水区域，水深的变化会导致波速的变化，因此，同一波峰线上不同地点的波速可能不同，引起波峰线的弯曲，从而引起波向的变化。
这种深度变化所引起的波向变化，叫做波动的折射。
波动的折射能够引起波向线的集中或分散，从而导致波动能量的集中或分散。
波群：沿同一方向成群向外传播的波列所产生的波动叠加后，在某一固定点观测点，波动振幅由小到大，又由大到小的现象
波动的绕射(衍射)：波动在传播过程中遇到障碍物，阻碍波动的传播；但是波动依然能够传播到障碍物的掩护区域；不过波动在掩护区域的强度比起在非掩护区域小得多；这种绕过障碍物传播到掩护区的现象叫做波动绕射
驻波：两列波长，周期，振幅相同，传播方向相反的前进波叠加形成的波动
平均波高：是一种最基本的特征量，在自俩统计中代表各种波高的平均值，大致反映海面报告的平均状态。
平均波高H还构成各种特征波高换算的媒介
Neumann谱：描述风浪充分成长状态，谱的显著部分集中在一窄频带内，风速越大，谱线下的面积越大，谱值极大值越大，风速越大，谱峰对应的频率越小，谱的显著部分向低频方向移动
Jonswap谱:可描述不同成长阶段的海浪，风区一定时，谱峰频率随风速增大减小，风速一定时，谱峰频率随风区增大减小
大波平均波高：设有一系列观测波高，将其按大小排列，其中最高的一部分求平均，称之为部分大波平均波高。
其中1/3大波平均波高最常用，称为有效波高
问答题：
1.随机波浪过程可视为平稳，各态经历，正态的随机过程：平稳性，保证了观测海浪的记录时间起点不影响计算结果；各态经历性，保证了一次显示可以代替总体。
具有各态经历性的平稳过程的均值和自协方差可以
用某一次时间充分的现实关于时间的平均来确定；正态性，保证了海浪可以作为简答波动线性叠加来研究，且平稳正态过程全部统计性质可由其均值和方差来确定
第七章
平衡潮理论的基本假设
•假定地球表面为等深海水所包围，不考虑陆地的存在。
•海水没有惯性，没有粘性，随时能达到平衡(引潮力水平分量和重力作用相平衡，引起海面倾斜)。
•不受地转偏向力和摩擦的作用。
第八章
•内波：是发生在密度稳定层结的海洋水体内部的波动。
内波和表面波不同，最大的振幅发生在海面以下。
它是一种重力波，或称为内惯性重力波。
它是引起海水混合、形成细微结构的重要原因。
•表面波：是发生在密度很小的空气和密度很大海水之间界面上的波动。
