Waves in Oceanic and Coastal Waters

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出版者:Cambridge Univ Pr
作者:Holthuijsen, Leo H.
出品人:
页数:404
译者:
出版时间:2007-1
价格:$ 103.96
装帧:HRD
isbn号码:9780521860284
丛书系列:
图书标签:
  • 海洋波浪
  • 海岸波浪
  • 海洋学
  • 海岸工程
  • 水动力学
  • 波动理论
  • 数值模拟
  • 海洋环境
  • 海岸带
  • 水文气象学
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具体描述

Waves in Oceanic and Coastal Waters describes the observation, analysis and prediction of wind-generated waves in the open ocean, in shelf seas, and in coastal regions with islands, channels, tidal flats and inlets, estuaries, fjords and lagoons. Most of this richly illustrated book is devoted to the physical aspects of waves. After introducing observation techniques for waves, both at sea and from space, the book defines the parameters that characterise waves. Using basic statistical and physical concepts, the author discusses the prediction of waves in oceanic and coastal waters, first in terms of generalised observations, and then in terms of the more theoretical framework of the spectral energy balance. He gives the results of established theories and also the direction in which research is developing. The book ends with a description of SWAN (Simulating Waves Nearshore), the preferred computer model of the engineering community for predicting waves in coastal waters.

湛蓝深处的絮语:一窥海洋动力学的宏伟画卷 图书名称: 《海洋与海岸动力学导论:从理论基础到前沿应用》 图书简介: 本书旨在为海洋科学、水利工程、环境科学以及地球物理学等领域的学生、研究人员和专业人士提供一套全面、深入且实用的海洋与海岸动力学知识体系。我们拒绝冗长空洞的理论堆砌,致力于构建一座连接经典物理学原理与当代工程实践的坚实桥梁。全书内容组织严谨,逻辑清晰,力求在阐述复杂现象时保持高度的直观性和可操作性。 第一篇:流体力学基础与海洋环境的固有属性 本书的开篇聚焦于理解海洋水体的基本行为所必需的数学和物理基础。我们从流体力学中最核心的纳维斯顿-斯托克斯方程组(Navier-Stokes Equations)出发,并根据海洋尺度和地球效应进行必要的简化与修正。不同于侧重于气象动力学的教科书,我们强调了水的密度分层、盐度和温度的影响(即海洋热盐环流的驱动力),并详细探讨了布辛斯克近似(Boussinesq Approximation)在海洋环流模型中的应用价值。 随后,本书系统地介绍了科里奥利力(Coriolis Force)在地球尺度运动中的决定性作用。我们不仅推导了其在水平运动和垂直运动中的数学表达,更通过一系列经典的环流案例(如地转平衡、惯性振荡)来阐释其对大型水体运动模式的塑造。对于浅水区域,本书深入探讨了沿海动力学的先决条件——非线性效应的引入,特别是当水深远小于波长和振幅尺度时的浅水波理论。 第二篇:风生浪与波浪传播的精细刻画 海洋的表面永远处于动态之中,风是驱动这种动态的主要力量。本书的第二篇集中于波浪现象的生成、传播与耗散。我们首先从能量守恒的角度审视了风浪的生成机制,详细阐述了菲利普斯(Phillips)和杰苏斯(JONSWAP)谱的发展历程,用以描述真实海况下波浪能量在不同频率和方向上的分布。读者将学习如何利用这些谱模型,而非单一的正弦波,来精确模拟复杂的风浪场。 传播方面,本书区别对待了深水波、浅水波和过渡带波。在深水区,我们深入研究了色散关系,探讨了波浪群速与相速之间的差异,以及这种差异如何导致波包的色散演化。在向海岸推进的过程中,我们详尽分析了折射(Refraction)、绕射(Diffraction)和反射(Reflection)现象,这些都是海岸工程设计中必须精确考量的因素。为了处理非线性波浪,本书引入了雅科比椭圆函数和孤立波(Solitons)的初步概念,为理解海啸和极端波浪事件打下基础。 第三篇:海岸带的复杂相互作用 海岸带是海洋、大气和陆地相互作用的敏感区域,其动力过程极为复杂。本篇是本书的重点,专注于描述水流、泥沙和海岸形态之间的反馈机制。 3.1 潮流与海水的运动: 我们将潮汐的生成原理(牛顿和拉普拉斯的方法)作为基础,随后深入研究了沿海地区潮汐的动力响应,包括河口、海湾和狭窄水道中的放大效应和非线性调和分量。针对近岸水流,本书详细剖析了沿岸流(Longshore Currents)的形成,并结合水流的垂直结构,解释了沿岸输沙的驱动力。 3.2 泥沙运动的理论与实践: 泥沙动力学是海岸工程的核心挑战。本书系统介绍了泥沙运动的控制参数,包括临界起动流速、范宁(Fanning)和谢茨(Shields)的经验准则。我们区分了床面荷载(Bedload)和悬移荷载(Suspended Load)的输移机制,并提供了当前主流的泥沙输运方程,如阿布鲁斯(Meyer-Peter and Müller)公式和麦克唐纳(MacDonald)公式的适用范围及局限性。特别地,我们探讨了波浪驱动下的泥沙再悬浮与沉积过程,这是理解沙滩平衡剖面的关键。 3.3 波浪与海岸的能量交换: 本篇的另一核心内容是描述波浪在破碎带内的能量耗散和破碎机制。读者将学习到斯托马克-布雷希亚模型(Stommel-Bretschneider Model)等经典破碎判据,以及如何利用这些模型来估算波浪能量在近岸区的衰减速率。此外,我们引入了近岸流场分析,包括RIP currents(离岸流)的形成机制及其对海洋生物和救生安全的重要性。 第四篇:数值模拟与前沿观测技术 现代海洋动力学研究严重依赖于计算模型和先进的观测手段。本书的最后一部分将视角转向工具层面。 4.1 区域海洋环流模型: 我们不只是简单介绍现有的模型,而是剖析了海洋环流数值模拟背后的核心算法。重点讨论了垂直坐标系的选取(如sigma坐标系与Z坐标系)及其对边界层模拟的影响。对于海岸动力学,本书详细讲解了浅水方程(Shallow Water Equations)的数值解法,包括有限差分法和有限元法在处理复杂边界时的优劣。我们强调了边界条件(如流量输入、风应力场)的准确性对模型结果可靠性的决定性作用。 4.2 观测与数据同化: 理论与模拟的进步离不开精确的现场数据。本书介绍了当前主流的现场观测技术,包括ADCP(声学多普勒流速剖面仪)在三维流速获取上的应用、波浪浮标的布放与数据解析、以及卫星遥感技术(如海面高度、海色数据)在宏观环流监测中的潜力。我们还提供了关于数据同化(Data Assimilation)的概论,解释了如何将有限的现场测量数据有效地融合到数值模型中,以提高预报的准确性和可靠性。 总结: 《海洋与海岸动力学导论:从理论基础到前沿应用》力求成为一本兼具学术深度和工程实用性的参考书。它不仅涵盖了经典理论,更注重将这些理论应用于实际工程问题,如海岸防护结构设计、港口水域泥沙淤积预测、以及海洋可再生能源(如波浪能和潮汐能)的潜力评估。通过严谨的推导和丰富的案例分析,本书致力于培养读者对复杂海洋系统进行定量化分析的能力。

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