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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