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序言 1

第一章 海洋和大气系统是怎样被驱动的 3

1.1 引言 3

1.2 地球获得的能量 3

1.3 辐射平衡模型 8

1.4 温室效应 9

1.5 对流效应 10

1.6 水平梯度效应 12

1.7 地球辐射驱动的变异 14

2.2 海洋与大气的物性对比 16

2.1 引言 16

第二章 大气和海洋之间的物性迁移 16

2.3 海-气间的动量迁移和大气的角动量平衡 18

2.4 交换速率对海-气的速度差、温度差和湿度差的依赖关系 22

2.5 水分循环 24

2.6 海洋的热量平衡 27

2.7 海洋表面的密度变化和热盐环流 29

第三章 静止流体的性质 31

3.1 状态方程 31

3.2 热力学变量 33

3.3 大气和海洋的热力学量值 34

3.4 相变 35

3.5 静止流体中力的平衡 36

3.6 静力稳定性 40

3.7 与稳定性有关的量 41

3.8 饱和大气的稳定性 44

3.9 垂直探测图示 46

第四章 运动流体所满足的方程组 49

4.1 质元的特性 49

4.2 质量守恒方程 50

4.3 诸如盐度的标量特征量的平衡方程 52

4.4 内能(或热量)方程 55

4.5 运动方程 56

4.6 机械能方程 59

4.7 总能量方程 62

4.8 伯努利方程 64

4.9 扩散的系统效应 65

4.10 控制方程总览 66

4.11 边界条件 67

4.12 行星尺度运动的坐标系 71

第五章 在重力作用下非旋转系统中的调整 75

5.1 引言：向平衡的调整 75

5.2 在均质非粘性流体中从静止状态开始的扰动 78

5.3 表面重力波 79

5.4 弥散 82

5.5 短波近似和长波近似 83

5.6 用流体静力近似导出的浅水方程 84

5.7 浅水运动的能量学 87

5.8 海峡和海湾中的假潮和潮汐 88

第六章 密度成层流体在重力作用下的调整 91

6.1 引言 91

6.2 两种密度不同的流体叠置的情况 92

6.3 斜压波型与刚性顶近似 98

6.4 连续成层的不可压缩流体的内部调整 99

6.5 内重力？ 101

6.6 弥散效应 103

6.7 内波能量学 107

6.8 在水平边界处生成的内波 110

6.9 浮性频率随高度的变化对边界波的效应 112

6.10 有界的自由波 118

6.11 水平大尺度波：简正波 122

6.12 成层流体中平衡调整的实例 125

6.13 变换为海洋的简正波 128

6.14 成层可压缩流体中平衡的调整 130

6.15 可压缩大气的调整例子 135

6.16 一个脉冲的弱弥散现象 136

6.17 等压坐标 138

6.18 等压坐标系中垂直积分的扰动能量方程 144

第七章 旋转应用 147

7.1 引言 147

7.2 罗斯贝调整问题 148

7.3 瞬变运动 152

7.4 在旋转地球条件下的应用 158

7.5 罗斯贝变形半径 159

7.6 地转平衡 161

7.7 相对地转流：热成风 167

7.8 有效位能 171

7.9 环流和涡度 176

7.10 均质浅层的位涡度守恒 180

7.11 成层流体中的环流和厄特尔位涡度 184

7.12 匀速旋转流体中涡度方程的扰动形式 188

7.13 数值预报方案中场的初值化问题 189

第八章 旋转流体中的重力波 192

8.1 引言 192

8.2 旋转对表面重力波的效应：庞加莱波 193

8.3 庞加莱波的弥散特性及能量学 198

8.4 旋转流体中垂直传播的内波 199

8.5 配极关系 204

8.6 能量学 207

8.7 在水平边界处产生的波 208

8.8 山地波 213

8.9 特性随调度变化的效应 221

8.10 有限振幅地形效应 228

8.11 在上层大气中的耗散效应 230

8.12 刘维尔-格林(或WKBJ)近似 232

8.13 波相互作用 236

8.14 海洋中的内波谱 237

8.15 波的输送及其对平均流的效应 240

8.16 准地转流(f平面)：等变压风 242

第九章 强迫运动 247

9.1 引言 247

9.2 由表面应力产生的强迫作用：埃克曼输送 248

9.3 海洋混合层中的风生惯性振荡 251

9.4 埃克曼抽吸 254

9.5 底摩擦：边界层的速度结构 256

9.6 层流埃克曼层 257

9.7 夜间急流 258

9.8 引潮力 260

9.9 大气压力变化和风对海洋中正压运动的作用：强迫浅水方程 263

9.10 海洋对风强迫作用的斜压响应：简正波的利用 267

9.11 海洋对移动风暴或飓风的响应 270

9.12 底摩擦产生的减转作用 276

9.13 浮力强迫作用 278

9.14 对静止的强迫作用的响应：正压例子 281

9.15 强迫的斜压祸旋 283

9.16 通过耗散效应的平衡 286

第十章 侧向边界效应 290

10.1 引言 290

10.2 旋转对狭窄海峡和海湾中的假潮和潮汐的效应 291

10.3 在任意宽度均匀水道中的庞加莱波 294

10.4 开尔文波 295

10.5 在宽度均匀无限长水道中的完全波型组 297

10.6 顶端效应：在非狭窄海湾中的假潮和潮汐 299

10.7 在水道中向平衡的调整 301

10.8 潮汐 305

10.9 在开敞海岸线上的风暴潮：局地解 308

10.10 沿海岸移动的风暴潮：强迫开尔文波 311

10.11 沿岸上升流 315

10.12 陆架波 319

10.13 海岸俘获波 325

10.14 东边界流 330

11.1 引言 337

第十一章 热带 337

11.2 地球曲率效应：球面上的浅水方程 338

11.3 均质浅层的位涡度 340

11.4 赤道β平面 340

11.5 赤道开尔文波 342

11.6 其他赤道俘获波 344

11.7 赤道波导：重力波 346

11.8 行星波和准地转运动 350

11.9 赤道附近的斜压运动 353

11.10 垂直传播的赤道波 354

11.11 赤道附近流体在重力作用下的调整 357

11.12 瞬变强迫运动 361

11.13 斜压运动的位涡度：定常极限 366

11.14 定常强迫运动 367

11.15 热带大气环流 372

11.16 热带海流 380

第十二章 中纬度地区 388

12.1 引言 388

12.2 中纬度β平面 389

12.3 行星波 393

12.4 海洋在风应力作用下的加转 399

12.5 定常大洋环流 404

12.6 西边界流 407

12.7 行星波在静止介质中的垂直传播 412

12.8 非线性三维准地转流 416

12.9 随纬度和高度变化的纬向流受到的小扰动 419

12.10 从准地转方程推算垂直运动 428

第十三章 不稳定性、锋和总环流 433

13.1 引言 433

13.2 水平温度梯度存在时的自由波 434

13.3 斜压不稳定性：Eady问题 438

13.4 斜压不稳定性：Charney问题 441

13.5 不稳定性的必要条件 443

13.6 正压不稳定性 445

13.7 海洋中的涡旋 448

13.8 锋 449

13.9 斜压扰动的生命期 456

13.10 大气的总环流 459

附录1 本书所用单位及其对应的国际单位制单位 468

附录2 各种有用的值 469

附录3 海水的性质 470

附录4 湿空气的性质 474

附录5 图表和资料来源 476

英汉名词对照表 480

参考文献 495