Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Pr

作者:Kantha, Lakshmi H./ Clayson, Carol Anne

出品人:

页数:940

译者:

出版时间:2000-7

价格:910.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780124340688

丛书系列:

图书标签:

Enviromental
Engineering
海洋模型
数值模拟
海洋学
海洋过程
物理海洋学
计算方法
海洋动力学
气候模型
海洋环流
数值分析

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具体描述

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Oceans play a pivotal role in our weather and climate. Ocean-borne commerce is vital to our increasingly close-knit global community. Yet we do not fully understand the intricate details of how they function, how they interact with the atmosphere, and what the limits are to their biological productivity and their tolerance to wastes. While satellites are helping us to fill in the gaps, numerical ocean models are playing an important role in increasing our ability to comprehend oceanic processes, monitor the current state of the oceans, and to a limited extent, even predict their future state. Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes is a survey of the current state of knowledge in this field. It brings together a discussion of salient oceanic dynamics and processes, numerical solution methods, and ocean models to provide a comprehensive treatment of the topic. Starting with elementary concepts in ocean dynamics, it deals with equatorial, mid-latitude, high latitude, and coastal dynamics from the perspective of a modeler. A comprehensive and up-to-date chapter on tides is also included. This is followed by a discussion of different kinds of numerical ocean models and the pre- and post-processing requirements and techniques. Air-sea and ice-ocean coupled models are described, as well as data assimilation and nowcast/forecasts. Comprehensive appendices on wavelet transforms and empirical orthogonal functions are also included. This comprehensive and up-to-date survey of the field should be of interest to oceanographers, atmospheric scientists, and climatologists. While some prior knowledge of oceans and numerical modeling is helpful, the book includes an overview of enough elementary material so that along with its companion volume, Small Scale Processes in Geophysical Flows, it should be useful to both students new to the field and practicing professionals.

* Comprehensive and up-to-date review * Useful for a two-semester (or one-semester on selected topics) graduate level course * Valuable reference on the topic * Essential for a better understanding of weather and climate

《海洋的潮汐与洋流：运动的奥秘与模拟技术》引言：海洋，覆盖地球表面百分之七十的广阔水域，是一个充满活力与神秘的巨大系统。它不仅仅是生命的发源地，更是影响全球气候、能量平衡以及无数海洋生物生存的关键因素。海洋的运动，如波澜壮阔的潮汐、奔腾不息的洋流，以及深邃海域中那些不为人知的环流，共同塑造着地球的生态环境。本书《海洋的潮汐与洋流：运动的奥秘与模拟技术》将带领读者深入探索这些宏伟的海洋动力学现象，解析其背后隐藏的物理规律，并介绍现代科学如何通过先进的模拟技术来理解和预测它们的行为。第一章：潮汐的驱动力与传播潮汐，是海洋中最具规律性的运动之一，它深刻地影响着海岸线、潮间带生态系统，乃至人类的航海活动。本章我们将从最基础的层面剖析潮汐的成因。引力作用的根源：我们将详细阐述太阳和月球对地球海水的引力作用，解释为什么月球的引力对潮汐起着主导作用。通过对牛顿万有引力定律的应用，我们将量化这些引力的影响，并解释为什么潮汐的周期与月球的轨道周期密切相关。地球自转的影响：地球的自转如何与天体的引力相互作用，从而在地球表面形成潮汐隆起，这是理解潮汐形成的关键。我们将探讨惯性力在潮汐形成中的角色，以及为什么一天会有两次高潮和两次低潮（尽管其间隔并非严格的十二小时）。潮汐的类型与分布：从半日潮、全日潮到混合潮，我们将分类介绍不同地区观测到的潮汐类型，并解释这些差异是如何由地理位置、海底地形以及地球自转轴倾角等因素决定的。潮汐波的传播：潮汐并非瞬间产生，而是一种波动的传播。本章将探讨潮汐波在开阔海洋中的传播特性，以及当潮汐波抵达浅水区域时，如何因海底地形的影响而发生变化，例如潮差的增大以及形成壮观的潮涌现象。潮汐的谐波分析：为了准确预测潮汐，科学家们发展了一套谐波分析方法。我们将介绍如何将复杂的潮汐变化分解为一系列简单的正弦波，每一种波代表一个基本的潮汐分潮（如M2、S2、K1等），并通过这些分潮的叠加来合成真实的潮汐。第二章：洋流的形成机制与分类洋流，是海洋中大规模、连续的水体运动，它们如同海洋的“血管”，输送着热量、盐分、营养物质，是地球气候系统的重要调节者。风生洋流：风是驱动表层洋流最主要的能量来源。本章将深入探讨风如何通过与海水的摩擦力将能量传递给水体，形成持续的洋流。我们将介绍科氏力（Coriolis force）在风生洋流形成中的作用，解释为什么洋流会偏离风向，形成地转洋流。密度差异驱动的温盐环流：在深海，由温度和盐度差异驱动的洋流——温盐环流，扮演着至关重要的角色。我们将详细分析海水密度的影响因素，以及高密度水（冷而咸）下沉、低密度水上升形成的全球性循环。我们将强调温盐环流在热量再分配和全球碳循环中的作用。其他驱动力：除了风和密度差异，潮汐也驱动着一些局部的海洋运动，例如潮流。我们还将简要介绍其他可能的洋流驱动力，例如海平面差异、海气交换以及大型海洋生物活动等。主要洋流系统：本章将系统介绍全球主要的洋流系统，包括暖流（如湾流、黑潮）和寒流（如加利福尼亚寒流、秘鲁寒流），分析它们的形成原因、流动路径以及对沿岸气候、渔业资源的影响。我们将重点关注大型洋流环（gyres）的形成，并解释其在全球海洋能量和物质传输中的核心地位。第三章：海洋动力学过程与能量交换海洋的运动并非孤立存在，而是与能量的输入、传输和耗散紧密相连。本章将探讨海洋动力学过程中的关键能量交换。波浪的能量：从微小的涟漪到巨大的风浪，波浪是海洋表面重要的能量载体。我们将探讨波浪的生成机制，波浪的传播与衰减，以及波浪如何将能量从风传递到海洋内部。湍流与混合：海洋内部的水体运动是复杂的，充满了湍流现象。我们将介绍湍流的特征，以及它如何促进不同层海水之间的能量和物质混合。湍流在维持海洋层结、营养盐输送以及溶解氧分布等方面起着关键作用。海洋热量收支：海洋是地球最大的热量储存库。本章将分析太阳辐射的吸收、海气之间的热量交换、以及洋流在全球范围内的热量输送。我们将探讨海洋热量收支如何影响全球气候模式，以及厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等现象与海洋热量重新分配的关联。海洋盐度收支：降水、蒸发、河流输入以及冰川融化等过程共同决定着海洋的盐度分布。我们将分析这些过程如何影响海水的密度，进而驱动温盐环流，以及盐度变化如何影响海洋生态系统。能量耗散与转换：海洋中的能量并非永恒存在，它会通过各种机制耗散。我们将探讨潮汐摩擦、波浪破碎、以及湍流混合等过程中的能量耗散，以及这些能量如何最终转化为热能。第四章：现代海洋模拟技术的理论基础为了更深入地理解和预测海洋的复杂运动，科学界发展了先进的数值模拟技术。本章将聚焦于这些模拟技术背后的理论基础。流体力学方程组：海洋的运动可以用一系列描述流体行为的基本方程来描述，包括纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）、连续性方程、以及状态方程。我们将介绍这些方程的物理意义，以及它们如何构成了海洋模拟的数学框架。参数化方案：海洋中的许多过程，如湍流混合、次网格尺度过程以及与底层的相互作用，由于计算能力的限制，无法在模型中直接求解。本章将介绍参数化方案的概念，以及如何通过经验或半经验的方法来近似描述这些过程，从而提高模型的计算效率和准确性。数值方法：将连续的物理方程转化为离散的数值计算模型，需要借助各种数值方法。我们将简要介绍有限差分法（Finite Difference Method）、有限体积法（Finite Volume Method）以及谱方法（Spectral Method）等常用的数值技术，以及它们在海洋模型中的应用。网格分辨率与尺度：模型的计算精度与其所采用的网格分辨率密切相关。我们将探讨不同分辨率的海洋模型（如全球模型、区域模型、以及大涡模拟模型）在模拟不同尺度海洋现象上的优缺点，以及分辨率选择如何影响模拟结果。边界条件与初始条件：海洋模型需要准确的边界条件（如海气通量、河流输入、陆地边界）和初始条件（如初始温度、盐度、流速分布）才能进行有效计算。本章将讨论这些条件的重要性，以及它们如何影响模拟的长期稳定性与准确性。第五章：案例研究：复杂海洋现象的模拟本章将通过具体的案例，展示如何运用数值模型来研究和理解复杂的海洋现象，以及这些模拟结果的意义。全球洋流系统模拟：我们将探讨如何构建全球海洋模型来模拟跨越赤道的巨大洋流环，例如北大西洋环流。我们将分析模型如何捕捉风应力、密度梯度以及科氏力之间的相互作用，并模拟出温盐环流的全球分布。潮汐动力学模拟：针对特定区域（如浅水海湾或复杂海岸线），我们将展示如何使用高分辨率模型来模拟潮汐波的传播、潮差变化以及潮汐混合的强度。这将有助于理解潮汐对局部海洋环境的影响。海浪与风浪模拟：利用波浪模型，我们可以模拟风浪的生成、传播以及能量的耗散。我们将展示如何通过模型预测海上风浪状况，这对航运、海上工程以及海洋科学研究都至关重要。厄尔尼诺事件的模拟与预测：厄尔尼诺是影响全球气候的重要现象，其根源在于太平洋的海洋-大气相互作用。我们将介绍如何利用耦合海洋-大气模型来模拟厄尔尼诺的发生发展过程，以及如何利用模型进行短期和长期的气候预测。海洋污染物扩散模拟：海洋污染物（如石油泄漏、塑料垃圾）的扩散是环境科学的重要课题。我们将展示如何利用模型模拟污染物的输运和扩散过程，为制定应急预案和环境治理提供科学依据。结论：海洋的潮汐与洋流是地球系统中最具活力和影响力的组成部分之一。通过深入理解其背后的物理机制，并借助日益强大的数值模拟技术，我们能够更精准地描绘海洋的运动图景，预测其未来的变化趋势。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，认识海洋动力学的广阔天地，并激发对这一领域进一步探索的兴趣。随着科学技术的不断进步，我们对海洋的认识也将不断深化，为应对气候变化、保护海洋生态、以及可持续利用海洋资源提供更坚实的科学支撑。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

评分☆☆☆☆☆

作为一名海洋科学领域的研究人员，我发现这本书在理论深度上展现出了惊人的广度与严谨性。它不仅仅停留在对既有模型的罗列和介绍，更深入地探讨了构建这些模型背后的数学基础和物理假设的局限性。特别是在数值方法一章，作者对有限差分法、谱方法在海洋环流模拟中的具体应用及各自的优缺点进行了深入的对比分析，这种批判性的视角让我受益匪浅。我曾经在处理某些边界条件时的模拟不稳定问题困扰良久，但书中对“开放边界条件”处理策略的详尽论述，尤其是对非线性项的离散化处理，为我提供了全新的思路和调试方向。这本书的价值绝非一本教科书所能概括，它更像是一部关于现代海洋建模思想的权威参考指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构编排逻辑性极强，从基础的流体运动方程出发，逐步过渡到区域模型、全球模型，最后聚焦到特定过程的参数化。这种层层递进的叙事方式，使得读者能够清晰地追踪作者的思维脉络，了解构建一个复杂海洋模型所必须经历的每一个逻辑步骤。我注意到，作者在描述不同模型（比如ESM、OGCM）时，总会穿插一些历史性的背景介绍，说明某项技术或方法的诞生是为了解决当时哪些关键的科学难题。这种“问题导向”的写作手法，让冰冷的数学公式焕发出了解决现实世界难题的生命力。我发现自己不仅学到了如何“做”模型，更理解了“为什么”要用这种特定的方式去做。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当引人注目，那种深邃的蓝色调，仿佛让人一下子就被拉进了浩瀚无垠的海洋深处。内页的排版和字体选择也十分考究，阅读起来非常舒适，即使是面对大量的专业术语和复杂的公式推导，也丝毫不会让人感到压抑或晦涩。我尤其欣赏作者在解释一些核心概念时所采用的类比和图示，它们极大地帮助我理解了那些原本抽象难懂的物理过程。例如，关于涡旋动力学的章节，作者通过一系列精妙的插图，将流体力学中的复杂漩涡演变过程清晰地展现在眼前，这对于初学者来说简直是福音。整体而言，这本书在视觉呈现和阅读体验上都达到了极高的水准，让人愿意沉浸其中，细细品味每一个章节。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读过程是一场思维的马拉松，对读者的背景知识有着不低的要求。如果你期望的是一本轻松愉快的科普读物，那这本书可能会让你感到措手不及。许多章节涉及到高阶的偏微分方程组求解和大规模并行计算的架构，需要读者对计算物理和数值分析有扎实的功底。然而，正是这种挑战性，才使得这本书的含金量无可替代。我特别喜欢其中关于气候模型耦合的部分，它清晰地展示了如何将大气、海洋、冰雪圈等不同尺度和尺度的系统整合到一个统一的框架中去。虽然有些地方我需要反复查阅其他资料来巩固背景知识，但这强迫性的学习过程，反倒极大地拓宽了我的知识边界，让我对海洋系统的复杂性有了更深刻的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

如果用一个词来形容这本书的风格，我会选择“务实”——它聚焦于如何将理论转化为可执行的代码和可解释的结果。书中提供了大量的计算实例和伪代码片段（尽管没有提供完整的源代码包，但也足够启发人了）。我曾尝试按照书中的步骤，用Python和Fortran语言搭建一个简易的浅水波模型，对照书中的解析解进行测试，发现其稳定性和收敛性都表现出色，这极大地增强了我对书中方法的信心。对于那些希望将学术研究转化为实际数值模拟工作的工程师和学生而言，这本书无疑是一座宝库。它不玩虚的，直指核心，告诉我们现代海洋科学研究的前沿工具箱里到底装了些什么硬家伙。

评分☆☆☆☆☆