物理海洋学基础

绪论

第1章 地球

第2章 大气层

第3章 海洋热量收支

第4章 海水的温度、盐度和密度

第5章 海水基本运动方程

第6章 湍流、混合和不稳定

第7章 海流

第8章 大洋环流

第9章 海浪

第10章 内波

第11章 赤道波动

第12章 潮汐理论

附录

参考文献

第1章地球

地球的形状和大小是地球科学学科的基本课题。地球形状问题也是人类最古老的世界观的基本内容，是人类对于宇宙认识的一个组成部分。人类认识地球形状和大小的历史过程相当复杂。古代人类活动的范围极有限，且缺乏精确可靠的观测手段，因此产生过许许多多关于地球形状的错误认识。古巴比伦人认为字宙是一个闭合的箱子，大地是这个箱子的底板；古希伯来人认为大地是一块平板。我国古代则有“天圆地方”的说法，并且认为这个方形大地是从西北向东南倾斜的。随着人类社会生产力、科学技术和航海交通的发展，人们的活动范围逐渐扩大，视野日益开阔，大地的球形观念逐步形成起来。在西方，毕达哥拉斯学派最早明确指出大地为球形，但大地球形说的真正奠基者乃是古希腊学者亚里士多德。在我国，早在公元前2000年就出现过大地球形的传说，而第一个明确主张大地球形的则是东汉时期的张衡。他在《浑天仪图注》中说：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄……天之包地，如壳之裹黄。”但是，直到在经历了15世纪末和16世纪初的地理大发现，尤其是环球航行的成功之后，大地球形观念才最终得到证明，并从此深人人心。从“非球”到“球形”，是人类认识地球形状的一大飞跃。但是，球形观念只是地球形状的第一个近似观念。19世纪以来，人们进一步知道了进是，业那念只是业的精球体；近年来，有些人认为地球实际上是一个“梨状体”。

科学研究表明，地球是一个拉长了的椭球。从几何上说，它是由椭圆旋转一周形成的，赤道处半径较大，Rg=6378.1349km；而在极地半径较小，Ro=6356.7497km。地球之所以成为椭球是由地球自转所引起的。

地表上长度的测量因不同用途而采用不同的计量单位，其中最常用的单位是经纬度、米、英里、海里。纬度是当地铅诉而与在消而面的过▁益正是适平面垂有并且通过地球转轴的平面与地表的交线。经度是本初子午线与其他子午线的夹角，其中本初子午线通过英国格林尼治天文台。经度有东、西之分，东经为正，西经为负。

除了在赤道附近外，纬度与经度对应的长度是不一样的。纬度是沿大圆测量的，其半径R是地球的平均半径。经度是沿半径为Rcosp的圆周测量的，p代表纬度。因此，10纬度=111 km；而10经度=111 coso km。

事实上，地球并不是一个球，1纬度所对应的长度不是一个常量，它随与赤道距离的增加而略有变化。但是，对研究海洋来说其精度已经足够了。由于1个经度所对应的长度并不是一个常量，因此海洋学家们采用纬度计算距离。

长度单位海里和米在历史上与地球尺度有关。1670年，法国里昂圣保罗教堂的牧师加布里埃尔·穆顿（Gabriel Mouton）提出一个基于地球最大圆周上1分圆心角所对应的弧长的十进制测量系统，该长度就是后来被广泛采用的海里。穆顿的十进制系统最后成为以“米”为长度单位的公制系统。“米”开始时被定义为由赤道经过法国巴黎连接北极的子午线长度（即四分之大圆）的千万分之一。虽然海里、米与地球半径的关系很快被人们忘记，但他们一直应用至今。

通过两极的大圆的周长为2mRE=40075km，1/4周长的千万分之一为1.0019m，可见原始“米”长度与现在广泛采用的“米”长度只有2%o的误差；同样，1海里为2mRz/（360×60）=1.855km，它与国际上惯用的1 n mile=1.852 km只有1.617%o的误差，因而十分接近。这样的误差对海洋学研究是没有什么影响的。

1.1大洋和海

从地理学课本中我们已经知道，地球存在四大洋，即大西洋、太平洋、印度洋和北冰洋。1953年，国际水文地理局（International Hydrographic Bureau)根据海洋研究的需要，认为地球以三大洋划分为好，即大西洋、太平洋和印度洋；海是洋的一部分，尚有几种不同的定义（冯士筰等，1999），这里不予赘述。其中，太平洋和印度洋的划分与地理学一致，而北冰洋被并入大西洋之中。

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