大洋环流 风生与热盐过程PDF电子书下载

第一部分 导论 3

第1章 世界大洋的描述 3

1.1 世界大洋的表层强迫力 3

1.1.1 表层的风强迫力 3

1.1.2 表层热盐强迫力 5

1.1.3 其他外部强迫力 13

1.2 世界大洋的温度、盐度和密度分布 14

1.2.1 表层温度、盐度和密度的分布 14

1.2.2 温度、盐度和密度的经向分布 22

1.2.3 南大洋的位温、盐度和密度的分布 29

1.3 海洋运动的分类 31

1.3.1 引言 31

1.3.2 两种类型的环流 33

1.4 大洋环流理论述评 37

1.4.1 引言 37

1.4.2 上层海洋的热力结构和环流 38

1.4.3 风生环流的早期理论 40

1.4.4 正压环流的理论框架 42

1.4.5 斜压风生环流理论 44

1.4.6 热盐环流理论 46

1.4.7 大洋环流的混合与能量学 48

第2章 动力学基础 51

2.1 动力学和热力学定律 51

2.1.1 基本方程组 51

2.1.2 整体特性 52

2.2 量纲分析和无量纲数 53

2.2.1 物理海洋学中常用变量的量纲 54

2.2.2 量纲的齐次性 55

2.2.3 无量纲参数 56

2.2.4 应用量纲分析的若干例子 56

2.2.5 动力海洋学中若干重要的无量纲数 58

2.3 热力学基本概念 59

2.3.1 温度 59

2.3.2 能量 60

2.3.3 熵 61

2.3.4 热力学第二定律 62

2.3.5 能量与熵 65

2.4 海水的热力学 65

2.4.1 热力学的基本微分关系 65

2.4.2 海水热力学函数间的基本关系 68

2.4.3 密度、热膨胀系数和盐收缩系数 69

2.4.4 比热容 70

2.4.5 压缩性与绝热温度梯度 71

2.4.6 绝热直减率 72

2.4.7 位温 73

2.4.8 位密 74

2.4.9 温压效应 76

2.4.10 混合增密 78

2.4.11 中性面和中性密度 79

2.4.12 涩性 79

2.4.13 静力稳定性与布伦特-维萨拉频率 80

2.4.14 基于吉布斯函数的海水热力学 81

2.4.15 海水的熵 81

2.4.16 内能、焓与自由焓的关系 83

2.5 海水状态方程 86

2.5.1 引言 86

2.5.2 简化的状态方程 86

2.6 尺度分析与各种近似 88

2.6.1 流体静压近似 88

2.6.2 传统近似 90

2.6.3 水平动量方程的尺度分析 91

2.6.4 地转性与热成风关系式 92

2.7 布西涅斯克近似与浮力通量 93

2.7.1 布西涅斯克近似 93

2.7.2 布西涅斯克近似带来的潜在问题 95

2.7.3 浮力通量 96

2.7.4 用浮力通量诊断大洋环流能量之误区 97

2.7.5 含非线性状态方程的模式之浮力平衡 97

2.8 各种垂向坐标 98

2.8.1 垂向坐标变换 98

2.8.2 海洋学中常用的垂向坐标 99

2.9 埃克曼层 101

2.9.1 自由海面下埃克曼层的经典理论 102

2.9.2 非均匀垂向扩散系数下的埃克曼螺旋 105

2.10 斯韦尔德鲁普关系、环岛规则和β螺旋 107

2.10.1 斯韦尔德鲁普关系 107

2.10.2 环岛规则 108

2.10.3 水平速度场的垂向结构 109

第3章 海洋环流的能量学 116

3.1 引言 116

3.1.1 能量学视角下的海洋 116

3.1.2 大洋环流的不同理论观点 116

3.2 桑德斯特伦定理 118

3.2.1 作为热力学循环的海洋环流 118

3.2.2 桑德斯特伦定理成立之条件 121

3.2.3 检验桑德斯特伦定理的实验室实验 123

3.3 作为双组分混合物的海水 126

3.3.1 随着质心运动的坐标系 126

3.3.2 盐度平衡的自然边界条件 127

3.3.3 含蒸发过程的一维模式 128

3.4 质量、能量和熵平衡 129

3.4.1 质量守恒 129

3.4.2 动量守恒 129

3.4.3 重力势能守恒 130

3.4.4 动能守恒 130

3.4.5 内能守恒 130

3.4.6 熵平衡 131

3.5 世界大洋的能量方程 132

3.5.1 海洋中特性量积分的三类时间导数 132

3.5.2 广义莱布尼兹定理和广义雷诺输送定理 134

3.5.3 正压潮的能量学 134

3.5.4 海洋的能量方程 136

3.5.5 能量积分方程的解读 138

3.5.6 世界大洋的能量图解 140

3.6 海洋中的机械能平衡 142

3.6.1 世界大洋中机械能的源／汇 142

3.6.2 化学势能之源 155

3.6.3 海洋中机械能平衡的一个暂定示意图 155

3.6.4 世界大洋能量学中剩余的挑战性问题 156

3.7 重力势能和可用势能 159

3.7.1 重力势能 159

3.7.2 可用势能 163

3.7.3 模型大洋中重力势能的平衡 174

3.7.4 环流调整中重力势能／可用重力势能的平衡 181

3.8 海洋中的熵平衡 184

3.8.1 淡水混合产生的熵 184

3.8.2 世界大洋中的熵平衡 190

附录：加热／冷却导致的重力势能的源／汇 196

第二部分 风生与热盐环流 201

第4章 风生环流 201

4.1 简单分层模式 201

4.1.1 分层模式中的压强梯度和连续方程 201

4.1.2 约化重力模式 205

4.1.3 风生环流的物理过程 219

4.1.4 Parsons模式 224

4.1.5 关于次表层运动的困惑 229

4.1.6 位涡均一化理论 235

4.1.7 通风温跃层 240

4.1.8 多层惯性西边界流 255

4.1.9 应用于世界大洋的温跃层理论 261

4.2 连续层化温跃层模式 266

4.2.1 含扩散过程的温跃层与理想流体温跃层 266

4.2.2 连续层化的模式 270

4.3 亚极带流涡中的环流结构 280

4.3.1 引言 280

4.3.2 两层半模式 281

4.3.3 连续层化模式 283

4.4 回流区 291

4.4.1 研究动机 291

4.4.2 Fofonoff解 293

4.4.3 Veronis模式 294

4.4.4 应用于回流区的位涡均一化 296

4.4.5 底压扭矩的作用 298

4.4.6 评述 299

4.5 把温跃层和热盐环流耦合起来的分层模式 301

4.5.1 引言 301

4.5.2 两层半模式 301

4.6 赤道温跃层 303

4.6.1 引言 303

4.6.2 赤道区外之解 306

4.6.3 作为惯性边界流的赤道潜流 308

4.6.4 太平洋中赤道潜流的非对称性质 308

4.7 亚热带和热带间的桥接窗口 315

4.7.1 引言 315

4.7.2 亚热带与热带之间的内桥接窗口 317

4.7.3 世界大洋的桥接窗口 322

4.7.4 不同等密度面上的桥接和路径 328

4.8 温跃层和海盆尺度环流的调整 330

4.8.1 地转调整 330

4.8.2 海盆尺度的调整 337

4.9 由温跃层模式推断的气候变异 343

4.9.1 构建多层模式之公式 343

4.9.2 连续层化模式 350

4.9.3 从资料和数值模式诊断得出的气候之年代变率 355

4.10 区域性气候变异产生的流涡之间的桥接 357

4.10.1 引言 357

4.10.2 构建模式的公式 358

第5章 热盐环流 364

5.1 水团形成／销蚀 364

5.1.1 世界大洋深层水的源地 364

5.1.2 底层水／深层水的形成 369

5.1.3 深层水的溢流 373

5.1.4 模态水的形成／销蚀 386

5.1.5 潜沉与潜涌 389

5.2 深层环流 409

5.2.1 观测 409

5.2.2 简单的深层环流理论 413

5.2.3 深层环流的广义理论 420

5.2.4 混合加强后的深层环流 433

5.2.5 中等深度的环流 441

5.3 盐致环流 444

5.3.1 水循环与向极热通量 444

5.3.2 海面盐度边界条件 458

5.3.3 蒸发和降水引起的盐致环流 466

5.3.4 双扩散 476

5.4 热盐环流理论 479

5.4.1 热盐环流的概念模式 479

5.4.2 基于盒子模型的热盐环流 485

5.4.3 基于圆环模型的热盐环流 500

5.4.4 二维热盐环流 504

5.4.5 三维海盆中的热力环流 510

5.4.6 热盐环流——多态与崩变 516

5.4.7 热盐振荡 524

5.5 风生环流与热盐环流之联合 534

5.5.1 密跃层与热盐环流的尺度分析 534

5.5.2 风生环流与深层环流的相互作用 545

5.5.3 温跃层的全球调整 555

5.5.4 混合层在调节经向质量／热量通量中的动力作用 564

附录：海洋感热通量的定义 571

参考文献 574

推荐阅读 594

索引 596

英汉译名对照表 611

汉英人名对照表 620