海洋环流数值模拟PDF电子书下载

译者的话 1

中文版序 1

序言 1

致谢 1

第一章　连续性方程 1

1.1　质量守恒和动量守恒 1

1.2　能量守恒和热量守恒 5

1.3　地转效应 8

1.4　球坐标系下的方程组 12

1.5　无近似方程组的性质 14

1.5.1　角动量守恒 14

1.5.2 Ertel定理 15

1.5.3　机械能守恒 16

1.6　流体静力原始方程组 17

1.6.1 Boussinesq近似 18

1.6.2　不可压缩性 19

1.6.3　流体静力近似 19

1.7　初始边界条件和运动学边界条件 22

1.8.1 β平面（笛卡尔）方程组 24

1.8　近似方程组 24

1.8.2　准地转近似 27

1.8.3　浅水方程 30

第二章　一维热量和波动方程组 34

2.1　函数的近似 34

2.1.1　泰勒级数 35

2.1.2　分段线性内插 35

2.1.3　傅里叶近似 36

2.1.4　多项式近似 41

2.2.1　伽辽金近似法 43

2.2　方程组的近似 43

2.2.2　最小二乘法和配置法 44

2.2.3　有限差分法 44

2.3　例子：一维热量方程 46

2.4 收敛性、一致性和稳定性 50

2.5 时间差分 53

2.5.1　波动方程 55

2.5.2　摩擦方程 60

2.6　平流方程 61

2.7　平流方程的高阶格式 65

2.8　近似误差的来源 67

2.8.1　位相误差或衰减误差 70

2.8.3　时间分裂“误差” 72

2.8.2　频散误差和伪极值的产生 72

2.8.4　边界条件误差 73

2.8.5 混淆误差／非线性不稳定 73

2.8.6　守恒性质 76

2.9　差分格式的选取 79

2.10　多波过程 80

2.11　半隐时间差分格式 81

2.12　分数步方法 82

3.1 水平交错网格上波的传播 84

第三章　二维问题的研究　 84

3.1.1　惯性重力波 86

3.1.2　行星（罗斯贝）波 91

3.1.3　外（正压）波 94

3.1.4　非等距网格，非均匀分辨率 94

3.1.5　平流和非线性（混淆现象） 99

3.2　多维空间中的时间步进格式 99

3.3　半隐式浅水方程组 101

3.4　椭圆方程 103

3.5　能量守恒与涡度拟能守恒 105

3.6　平流格式 107

第四章　三维海洋模式 109

4.1 GFDL海洋模式（MOM） 110

4.1.1　设计原理 110

4.1.2　方程组 111

4.1.3　关于深度积分的流动 112

4.1.4　空间离散化、网格和地形 112

4.1.5　半离散化方程 114

4.1.7　其他特征 116

4.1.6　时间步进 116

4.1.8　小结 118

4.2 S－坐标系下的模式（SPEM/SCRUM） 119

4.2.1　设计原理 119

4.2.2　方程体系 119

4.2.3　深度－积分流 122

4.2.4　空间离散化、网格和地形 122

4.2.5　半离散化方程 125

4.2.6 时间离散 127

4.2.7　其他特点 127

4.3 Miami等密度面海洋模式（MICOM） 129

4.3.1 设计原理 129

4.2.8　小结 129

4.3.2 控制方程 130

4.3.3 深度－积分的流动 132

4.3.4 空间网格划分与地形分布 132

4.3.5 半离散化方程 132

4.3.6 时间离散化 134

4.3.7 其他特征 134

4.3.8 小结 135

4.4.2　控制方程组 136

4.4.1　设计原理 136

4.4 谱元海洋模式（SEOM） 136

4.4.3　正压流 137

4.4.4　空间离散化、网格和地形 138

4.4.5　半离散化方程 140

4.4.6　时间离散化 142

4.4.7　其他性质 143

4.4.8　小结 144

4.5　模式应用 144

第五章　次网格尺度参数化 146

5.1　方程组的闭合问题 147

5.2　次网格尺度闭合方程组综述 149

5.3　一阶闭合方程组 152

5.3.1　定常涡动系数 152

5.4　高阶闭合方程组 155

5.4.1　局域闭合方案 156

5.4.2　非局域闭合方案 157

5.5　侧向混合方案 157

5.5.1　大尺度过程的选择性方案 158

5.5.2　给定空间变化分布的涡动系数 159

5.5.3　自适应涡动系数 161

5.5.4　旋转混合张量 162

5.5.5　地形应力参数化 163

5.5.6　厚度扩散 166

5.6　垂向混合方案 169

5.6.1　海洋中的垂直结构 169

5.6.2　表面埃克曼层 170

5.6.3　与稳定性有关的混合 171

5.6.4 查逊数决定的混合 172

5.6.5　块体混合层模式 172

5.6.6　底边界层参数化 174

5.6.7　对流 176

5.7　隐式混合方法的评论 178

第六章　以过程为导向的测试问题 179

6.1　赤道罗斯贝孤立波 180

6.2 网格方位对西边界流的影响 184

6.2.1　自由滑移条件下的解 187

6.2.2　无滑移条件下的解 190

6.3　密度锋面的重力调整 193

6.4　坡面上的重力调整 198

6.5　陆架坡折处沿陆坡流动的稳态流 207

6.6　其他测试问题 211

7.1.1　地形和海岸线 215

第七章　北大西洋数值模拟 215

7.1　模型构造 215

7.1.2　水平网格结构 216

7.1.3　初始化 216

7.1.4　外场强迫 217

7.1.5　旋转加速 218

7.2　现象概况和评估方法 219

7.2.1　西边界流 219

7.2.2　准纬向跨海盆流 221

7.2.5　流出和溢出 222

7.2.4　表面混合层 222

7.2.3　东部再循环和通风 222

7.2.6　经向翻转和热量输运 223

7.2.7　水团 224

7.2.8　中尺度涡旋的变率 224

7.2.9　刚盖近似模式下的海表面高度 226

7.3　北大西洋模拟方案 227

7.3.1 CME 228

7.3.2 DYNAMO 228

7.3.3 DAMEE 229

7.4　对海表强迫的敏感性 230

7.5　对分辨率的敏感性 231

7.6　垂向坐标的影响 239

7.7　人工边界的影响 245

7.8　对次网格尺度参数化的依赖性 246

7.9　对平流格式的依赖性 247

第八章　最新领域 251

附录一　球坐标系中的运动方程 254

附录二　海水状态方程 256

附录三　符号表 258

参考文献 262