物理海洋学入门学习.docx
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简介：
本文档《物理海洋学入门学习》旨在为初学者提供一个了解物理海洋学基础知识和研究方法的途径，内容涵盖海水性质、海流运动及波浪动力等方面。
《物理海洋学导论》的学习涵盖了诸多核心概念与理论，主要围绕控制海洋动力过程的原始运动方程展开。这些方程式是理解海洋流动、洋流形成及气候系统的关键。
原始运动方程描述了海洋动力学的基础，它包括以下关键项：
1. 浮力项（ρg/ρ0）：反映了因密度差异导致水体受到重力作用。
2. 科氏项（−f (⃗k)×(⃗u)）：由地球自转产生的惯性力，使物体在运动时偏向侧面，在北半球向右偏，在南半球向左偏。
3. 压强梯度力（−∇p/ρ0）：维持水体水平平衡的主要力量，与水位高度和密度有关。
4. 涡度扩散项（(AH)∇²(⃗u)）和垂直扩散项（Az∂²(⃗u)/∂z²）：表示在水平及垂直方向上的湍流扩散。
5. 时间导数项（∂(⃗u)/∂t）：代表流体速度随时间的变化。
原始运动方程的分量形式分别在x、y和z三个方向给出，强调了每个方向上受到的各种力的影响。例如，在x方向的运动方程中展示了科氏力的作用以及压强梯度力，并包括水平扩散项。
地球旋转坐标系下的惯性力由两部分组成：一是惯性力（−2Ω × ⃗u），二是自转二次效应（−Ω×(Ω × ⃗u)）。其中，科氏力是惯性力的一部分，其矢量形式为−f (⃗k)×(⃗u)，垂直于运动方向且不做功。在实际应用中，通常忽略科氏力的垂直分量而关注水平分量对海洋动力学的影响。
近似处理方面包括弹性近似、Boussinesq假设以及小比率近似等方法。这些简化使得原始方程组更容易分析和求解。例如，在传统近似的处理方式中，地球自转在水平方向上的影响被忽略，只考虑垂直方向的科氏效应。
无量纲参数如Rossby数、Ekman数（包括水平与垂直）以及Richardson数用于衡量海洋动力学中的不同效应强度，并分析流动稳定性及摩擦力的影响。例如，Rossby数比较了局地加速度和科氏加速度的比例；而Ekman数则反映了摩擦力与科氏力的比值。
通过深入理解这些基本概念和理论，我们可以更好地解析诸如洋流、涡旋以及海洋环流等现象，并进一步探讨海洋与大气之间的相互作用及其对全球气候变化的影响。
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