Physical Oceanography: Developments Since 1950 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Markus Jochum

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2006

价格:$76.59

装帧:HRD

isbn号码:9780387302614

丛书系列:

图书标签:

• 海洋学
• 物理海洋学
• 海洋动力学
• 海洋环流
• 海洋波
• 海洋温度
• 海洋盐度
• 海洋混合
• 海洋观测
• 海洋模型

现代海洋科学：从基础理论到前沿应用 图书简介 本书全面系统地阐述了自二十世纪中叶以来，海洋科学，特别是物理海洋学领域所取得的重大突破、核心理论体系的构建以及关键观测技术的革新。它旨在为海洋学家、地球物理学家、气候研究人员以及相关工程领域的专业人士提供一个深入且连贯的知识框架，以理解和模拟驱动地球气候系统的复杂海洋过程。全书内容聚焦于海洋环流、波浪、边界层动力学、水团形成与混合机制，以及海洋与大气、冰冻圈之间的相互作用，这些都是构建现代海洋观测和数值模型的基础。 第一部分：海洋动力学基础与观测革命 本部分追溯了现代物理海洋学发展的基石，重点探讨了上世纪五十年代后，随着电子技术和远程传感技术（如卫星高度计、声学多普勒流速剖面仪ADCP）的引入，海洋观测能力如何实现质的飞跃。 1. 宏观环流与大洋尺度平衡： 深入解析了地转平衡、惯性平衡在解释大洋涡旋和西向边界流（如墨西哥湾流、黑潮）动力学中的作用。重点论述了Sverdrup输运理论在解释风生环流中的核心地位，以及Stommel和Munk对西向加强现象的动力学解释。讨论了如何通过全球温盐环流（Thermohaline Circulation, THC）的概念框架，理解深水形成区、大洋深层水团的分布及其对全球碳循环的意义。 2. 涡旋动力学与中尺度过程： 阐释了中尺度涡旋（尺度从几十公里到几百公里）在海洋能量和物质再分配中的关键作用。讨论了涡旋的生成机制（如开尔文-亥姆霍兹不稳定性、中尺度不稳定性），以及它们如何通过非线性相互作用影响大规模环流的稳定性。本书详细介绍了利用卫星高度计数据反演中尺度涡旋场，并结合浮标（如Argo浮标）数据对水团混合路径进行示踪的技术。 3. 海洋边界层理论： 详细剖析了海洋表层混合层（Mixed Layer）的形成、日变化与季节性变化。重点讨论了风应力、浮力通量（热量和淡水通量）如何驱动湍流混合，以及湍流如何将动量、热量和气体从海洋表面传输到次表层。此外，本书还涵盖了近岸海域的底边界层动力学，包括底摩擦、泥沙悬移过程对水体结构的影响。 第二部分：波浪、潮汐与沿岸过程 本部分侧重于海洋表面与近岸环境中的波动现象及其对海洋工程和生态系统的影响。 4. 规范波浪理论与不规则波： 从线性波理论（如斯托克斯波）出发，逐步过渡到描述真实海况的非线性波谱理论。详细介绍了傅里叶分析在波浪预报中的应用，以及如何利用JONSWAP或Pierson-Moskowitz谱来表征风浪场的能量分布。讨论了波浪破碎机制、深水与浅水波的传播差异，以及群速与相速的概念。 5. 潮汐与海平面变化： 全面阐述了牛顿引力理论在解释潮汐生成中的基础作用，并深入探讨了拉普拉斯潮汐方程（Tidal Equations）及其在特定海盆中的解法，以预测特定区域的潮汐高度和流速。区分了动态潮汐与静力潮汐，并探讨了风暴潮、海啸等瞬态海平面异常事件的动力学机制。 6. 沿岸环流与侵蚀动力学： 重点分析了近岸区域独特的动力过程，包括海浪驱动的沿岸流（Longshore Currents）、沿岸上升流/下降流（Rip Currents）的形成。对泥沙输运（输沙机制、沉积动力学）进行了详细的物理建模讨论，这对海岸带管理和防洪工程至关重要。 第三部分：热力学、水团结构与海洋内部过程 本部分关注海洋的内部结构、热力学过程以及水团的演化，这是理解气候反馈机制的关键。 7. 海洋热力学与状态方程： 详细介绍了海水的状态方程（Equation of State, EOS），解释了温度、盐度、压力如何共同决定海水的密度。讨论了密度梯度如何驱动海洋内部的密度流、层化和垂直运动。强调了高压下水合物形成、溶解度变化等热力学效应在深海环境中的重要性。 8. 混合与湍流参数化： 鉴于海洋内部大尺度运动难以直接观测，本部分深入探讨了次网格尺度的过程——湍流混合。介绍了垂直混合参数化方案（如KPP方案）的发展历程，以及如何通过梯度输送理论和能量守恒原理来描述浮力驱动的混合（如斜温层内的剪切混合）。 9. 内部波与海洋能量耗散： 内部波（Internal Waves）是连接大尺度环流与小尺度湍流的关键媒介。本书阐述了内部波的产生机制（如地形效应、对流层顶的激发），其传播特性，以及它们在海洋内部通过非线性波破碎过程耗散能量，驱动深层环流的机制。 第四部分：海洋与气候系统的耦合 本部分将物理海洋过程置于全球气候系统的背景下进行审视，探讨海洋在调节气候变化中的作用。 10. 海洋热量收支与气候变率： 分析了海洋作为全球主要热量“蓄水池”的角色。探讨了ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）、PDO（太平洋年代际振荡）等关键气候变率现象的海洋动力学机制，特别是赤道东太平洋海温异常的反馈过程。 11. 海气相互作用（Air-Sea Interaction）： 详细论述了动量、热量和水分在海气界面的交换过程。讨论了如何利用大气边界层模型参数化风应力、蒸发和感热通量，以及这些通量反馈如何影响大气环流和海洋表面温度。特别关注了海洋对极端天气事件（如热带气旋）的调控作用。 12. 海冰动力学与气候反馈： 探讨了海冰的生成、融化动力学，以及海冰覆盖率对地表反照率（Albedo）和海洋热量交换的反馈效应。介绍了海冰漂移模型（如冰动力学模型）的基本方程，以及冰下水团的形成和对大洋环流的潜在影响。 本书结构清晰，理论阐述严谨，辅以大量经典案例和现代观测结果作为佐证，是理解和研究当代海洋科学复杂性的必备参考资料。

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在阅读关于海洋边界层和混合过程的章节时，我不得不停下来反复思考，因为这部分内容实在太过精妙，信息密度高到令人窒息。作者对湍流混合效率的讨论，简直是教科书级别的典范。他没有回避该领域长久以来的争议和未解难题，反而坦诚地展示了不同模型之间的优劣和适用范围，这种科学的审慎态度令人敬佩。更棒的是，书中穿插了大量近十年来的实验观测成果，比如使用新型传感器或卫星遥感技术获取的数据，这让原本感觉有些“古老”的经典物理理论焕发出了新的生命力。我感觉自己就像是坐在一个顶级海洋科学会议的现场，听着各个领域的专家分享他们最新的突破，这种与时代脉搏同步的阅读体验，是其他许多陈旧的教材无法比拟的。这本书成功地架起了一座沟通理论与前沿实践的坚实桥梁。

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这本书的魅力还在于它对专业术语和概念的定义极为精准，几乎没有歧义。对于我这种非专业背景但对海洋科学抱有极大热忱的读者来说，这本著作的价值体现得淋漓尽致。它不是那种只为顶尖学者服务的“圈内密语”集合，而是经过精心打磨，力求让所有认真对待的读者都能跨越鸿沟的工具书。作者的写作态度，体现了一种对知识传播的责任感——清晰、准确、全面。尽管内容涉及深奥的流体力学和热力学原理，但作者总能找到最贴切的比喻或最直观的例子来辅助理解。它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的、有温度的科学史诗，记录了人类如何一步步揭开蓝色星球神秘面纱的伟大历程。读完后，我感觉自己对海洋的认知不再是碎片化的知识点，而是一个完整、动态、相互作用的物理实体。

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整本书的编排结构有一种清晰的递进感，像是一部精心编排的交响乐，从开篇宏大的序曲到中间复杂多变的主旋律，再到结尾对未来展望的宁静收尾，节奏感把握得极为出色。特别是关于气候反馈机制的那几章，作者展现出了惊人的跨学科整合能力。他不仅限于纯粹的物理海洋学范畴，还自然而然地引入了地球化学和生物地球物理学的视角，探讨了碳循环、海洋酸化等议题对物理过程的反作用力。这种多维度、系统性的思考方式，极大地拓宽了我对“海洋”这个复杂系统的理解深度。阅读过程中，我常常会情不自禁地思考，作者是如何在如此浩瀚的知识海洋中，提炼出这些最核心、最具影响力的进展脉络，并将它们如此有机地串联起来的，这需要极强的知识体系构建能力。

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这本书的行文风格极其严谨，但又处处流露出作者深厚的学术功底和对细节的偏执。我花了好几天时间才勉强啃完关于大尺度环流那几章，每一次深入都像是攀登一座知识的高峰。作者在论证每一个理论分支时，都会追溯其最核心的物理机制，那种步步为营、层层递进的逻辑推演，让人无可辩驳地信服。我特别欣赏他对“能量转换”这一核心议题的贯穿处理，从风场驱动到深层水团的形成，他总能用最精炼的数学语言概括最本质的物理过程，但同时又辅以大量的、恰到好处的物理图像来佐证，使得抽象的概念得以具象化。对于那些想要深入到数值模拟和区域模型构建中的读者而言，这本书提供的理论基础简直是无价之宝。它不像某些教科书那样只停留在概念层面，而是直接深入到了数学框架的构建，读完后感觉自己的物理直觉被极大地磨炼和提升了。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，色彩搭配得如此和谐又充满深邃感，立刻抓住我的眼球。当我翻开第一页，那种纸张的质感和油墨散发的淡淡清香，让我有一种立刻沉浸其中的冲动。作者在引言部分就展现出了非凡的叙事能力，他没有直接抛出枯燥的公式和理论，而是用一种近乎诗意的语言，描绘了海洋作为地球生命系统的核心地位。他巧妙地将历史脉络与现代前沿课题交织在一起，让人在阅读之初就能感受到这部作品的厚重与活力。尤其让我印象深刻的是，他对早期海洋学研究的那些“英雄时代”的描绘，充满了对先驱者的敬意，仿佛带领我亲历了那些激动人心的发现时刻。那种对知识边界不断拓展的渴望，通过文字清晰地传递出来，让我对接下来的探索充满了期待。这本书的排版布局也极其考究，图文比例拿捏得恰到好处，即便是复杂的数据图表，也因为其精心的设计而显得清晰易懂，极大地降低了初学者的阅读门槛。

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