大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张学洪，俞永强，周天军 等 著

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• 大洋环流
• 海气相互作用
• 数值模拟
• 海洋学
• 气象学
• 数值方法
• 科学计算
• 海洋模型
• 气候变化
• 讲义

出版社： 气象出版社

ISBN：9787502956660

版次：1

商品编码：11204051

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

用纸：胶版纸

页数：297

字数：492000

正文语种：中文

内容简介

　　《大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义》主要介绍与大洋环流和海气相互作用的数值模拟有关的基础知识。全书共十二章，可分为三部分。第一部分（第1章至第6章）介绍海洋环流和海气相互作用的初步知识；第二部分（第7章至第9章）介绍大洋环流数值模式的基本原理；第三部分（第10章至第12章）介绍几个典型气候问题的数值模拟。《大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义》可作为气象和海洋专业研究生学习气候数值模拟的教材之一，也可供研究人员参考。

内页插图

目录

前言
第1章 热带太平洋环流的初步知识
1.1 大洋的划分，热带海洋
1.2 热带太平洋SST
1.3 太平洋赤道流系
1.4 温跃层
1.5 海表高度和温跃层的关系，地转流
1.6 非频散斜压Rossby波
1.7 Kelvin波
参考文献

第2章 风生环流
2.1 引言
2.2 风生环流的Sverdrup理论
2.3 海洋中的西边界流
参考文献

第3章 风应力，热通量，淡水通量
3.1 风应力
3.2 湍流热通量和辐射热通量
3.3 淡水通量
参考文献

第4章 云对海气相互作用的影响
4.1 云的分类和基本概念
4.2 云对气候系统的调节作用
4.3 云对海温的影响
4.4 云辐射强迫与西太平洋暖池
4.5 气候模式模拟的云辐射强迫反馈
4.6 云辐射强迫与耦合模式的“双热带辐合带”现象
4.7 我国长江流域独特的中层云
4.8 高原下游云结构的变化与年代际气候变化
参考文献

第5章 中高纬度海气相互作用
5.1 大气和海洋中的深对流
5.2 中高纬度海气相互作用的特征
5.3 判断局地海气相互作用是海洋强迫大气还是大气强迫海洋的方法
5.4 北大西洋的海气相互作用
5.5 中纬度海气相互作用的基本特征
5.6 热带海洋对热带外大洋的影响
5.7 太平洋年代际振荡（PDO）和大两洋年代际振荡（AMO）
参考文献

第6章 大洋经圈翻转环流
6.1 大洋水团
6.2 经圈翻转环流与大洋环流输送带
6.3 大洋环流的经向热输送
6.4 海气耦合模式模拟的热盐环流变率
6.5 热盐环流与气候突变
6.6 全球变暖对热盐环流的影响
6.7 太平洋的经圈环流
参考文献

第7章 大洋环流模式原理
7.1 引言
7.2 基本近似和假定，方程组和边界条件
7.3 海表高度预报方程和表面重力波
7.4 “刚盖”近似模式和自由面模式
7.5 分辨率，模式地理
7.6 水平网格系统，“两点格式
7.7 垂直离散化，连续方程的差分格式
7.8 波动方程计算稳定性概念
7.9 时间积分方案
参考文献

第8章 海洋模式的物理参数化
8.1 引言
8.2 基本概念
8.3 穿越等密度面的混合——上混合层和温跃层参数化方案
8.4 沿等密度面扩散的参数化方案-R82方案和GM90方案
8.5 水平黏性方案
8.6 其他物理过程
参考文献

第9章 海冰及其数值模拟
9.1 引言
9.2 海冰在气候系统中的作用
9.3 热力学海冰模式原理
9.4 海冰厚度分布理论
9.5 动力一热力学海冰模式原理
参考文献

第10章 ENSO的数值模拟
10.1 引言
10.2 热带太平洋的平均气候状态
10.3 ENSO循环的基本特征
10.4 海洋的赤道波系
10.5 热带海气相互作用的基本理论
10.6 海洋环流模式模拟的ElNino事件
10.7 耦合模式模拟的ENSO事件
10.8 小结及未来研究展望
参考文献

第11章 印度尼西亚贯穿流的模拟
11.1 引言
11.2 ITF的气候意义和驱动机制
11.3 ITF的气候平均和变化特征——观测结果
11.4 ITF的数值模拟研究
参考文献

第12章 全球变暖的检测、归因及其数值模拟
12.1 引言
12.2 气候变化的观测事实
12.3 温室效应
12.4 全球变暖的数值模拟
12.5 气候变化与碳循环
12.6 数值模拟中的不确定性以及关于全球变暖的争议
12.7 小结

参考文献
附录A 海表风应力资料介绍
附录B 本书用到的LASG模式简介
索引

好的，这是一份为您精心撰写的图书简介，该书名为《大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义》。这份简介专注于描绘该领域的核心议题、研究方法、应用前景，并突出了理论深度与实践价值，同时避免提及任何可能暗示其为人工智能生成的内容。 --- 图书简介：深海脉动与大气呼吸——现代海洋动力学、气候系统模拟与数值计算的深度探索 书名：大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义 本书系一套全面、深入的学术专著，旨在为海洋科学、大气科学、地球物理学以及气候变化研究领域的专业人士、高级本科生和研究生提供一个理解和掌握现代海洋动力学、海气耦合过程以及高精度数值模拟技术的系统性教程与参考手册。 本讲义超越了对基础物理定律的简单复述，着重于将复杂的海洋与大气过程——从微观的湍流混合到宏观的全球热盐环流——融入到严谨的数学框架和高效的计算方法之中。全书结构设计旨在引导读者从理论基础逐步迈向前沿应用，确保读者不仅能理解“是什么”，更能掌握“如何做”和“为什么这样做”。 第一部分：海洋动力学的基石与前沿理论 本部分深入剖析了驱动全球海洋运动的核心物理机制。内容涵盖了从牛顿力学、流体力学基本方程在海洋环境中的具体表达（如科里奥利力、压力梯度力、摩擦力）到海洋热力学性质的精确刻画。重点阐述了海洋内部的垂直运动机制，包括混合层动力学、对流的启动与维持、以及中尺度涡旋（Mesoscale Eddies）在能量和物质输运中的关键作用。 我们详细探讨了海洋分层结构（如温跃层、盐跃层）的形成及其对海洋内部波和内部潮汐的影响。此外，对全球尺度上的大洋环流系统——如温盐环流（Thermohaline Circulation）的驱动机理、大西洋经向翻转环流（AMOC）的变异性——进行了深入的理论剖析，强调了这些宏大系统在地球气候系统中的热量再分配功能。 第二部分：海气相互作用的物理机制与耦合模型 本卷是全书的精髓之一，聚焦于海洋与大气之间复杂且瞬时的能量、动量和水分交换过程。我们构建了理解海气界面的物理化学基础，包括湍流边界层的结构、动量通量的计算方法，以及蒸发和感热通量的精确量化。 书中详尽介绍了关键的海气耦合现象及其反馈机制。例如，热带太平洋上的厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的动力学过程，如何通过海气反馈机制放大和维持；热带气旋的生成与海洋表层水温（SST）的关系；以及中纬度海洋对大气阻塞形势的调制作用。本部分还批判性地评估了当前气候模型中对海气通量参数化的局限性与改进方向。 第三部分：先进数值模拟技术的理论与实践 本部分是连接理论与实际计算的核心桥梁。我们不再停留在对现有模型的简单介绍，而是深入讲解构建高保真海洋和耦合模型的数学基础和计算方法。 内容包括： 1. 坐标系的选择与处理： 深入比较了Z坐标系、Isopycnal（等密度面）坐标系和混合坐标系在模拟不同海洋过程中的优势与挑战。 2. 离散化技术： 详细讲解了有限差分法、有限体积法和谱方法在求解非线性偏微分方程组（如Navier-Stokes方程组的海洋版本）中的应用和收敛性分析。 3. 时间积分策略： 剖析了显式、隐式和混合时间步进方法的稳定性和效率权衡，特别关注处理不同尺度（如小尺度湍流和长周期环流）时的挑战。 4. 耦合模型框架： 阐述了如何构建高效率、低误差的完全耦合（Fully Coupled）海洋-大气-陆面-海冰模型系统，包括数据插值、物理场交换协议以及并行计算架构的设计原则。 第四部分：模拟的应用、评估与未来挑战 本书的最后部分将理论与技术应用于解决实际的地球科学问题，并展望未来的研究方向。我们提供了对数值模拟结果进行科学评估的系统方法，包括与观测数据的交叉验证、敏感性分析以及对不确定性的量化。 应用案例涵盖了：古气候模拟中海洋热量输运的重建、区域海洋环流预测（如洋流的短期预报）、以及海洋酸化和低氧区扩展对生态系统影响的模拟研究。 最后，本书总结了当前数值模拟领域面临的根本性挑战，包括亚格子尺度过程（Sub-grid Scale Processes）的参数化、海气耦合中的反馈失衡问题，以及如何利用观测系统（如卫星遥感、Argo浮标阵列）的数据同化技术来提升模型的长期预报能力。 本书的特点： 深度与广度并重： 兼顾了从基础物理原理到复杂数值算法的全面覆盖。 强调计算效率： 提供了关于如何高效利用现代高性能计算（HPC）平台的实际指导。 理论驱动实践： 每一项模拟技术的讨论都紧密联系其背后的流体力学和热力学原理。 本书不仅是实验室和研究机构中不可或缺的参考书，也是有志于投身于地球系统科学前沿研究的科研人员和学生的必备读物。它旨在培养读者构建、运行和批判性地分析高分辨率地球系统模型的能力。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的排版和图表质量达到了极高的专业水准。在涉及复杂的数值计算和模拟结果展示时，清晰的图表是理解核心概念的桥梁。这本书在这方面做得非常出色，无论是等值线图、矢量图还是时间序列图，都标注得极其精确，配色方案也十分考究，既保证了视觉的冲击力，又维护了科学图表的客观性。特别是那些关于涡旋结构演变的剖面图，那些细节的捕捉，让人仿佛能亲眼目睹能量是如何在不同尺度间传递的。对于我们这些需要通过视觉信息来理解空间分布和时间演化的读者来说，这种高质量的插图简直是福音。它避免了纯文字描述可能带来的歧义，让复杂的物理过程变得触手可及，极大地提高了阅读效率和理解的深度。

评分☆☆☆☆☆

从内容编排的宏观视角来看，作者似乎在构建一个从基础物理原理到高级模拟应用的完整知识链条。它似乎不仅仅是一本“如何做模拟”的操作手册，更像是一本“为什么这样模拟”的理论基石。我能感受到作者在力求平衡理论深度和实际应用之间的微妙关系。例如，在介绍不同分辨率网格对模拟结果的影响时，作者并没有止步于展示结果的差异，而是深入探讨了不同参数化方案背后的物理假设和局限性。这种批判性的视角非常宝贵，它提醒读者，任何数值模拟都只是对真实世界的近似，理解模型的假设条件比单纯运行代码更为重要。这本书的这种深度挖掘，无疑能帮助读者建立起对海洋动力学更成熟、更具批判性的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格极其严谨，几乎没有一句多余的赘述，每一个句子都像经过了精密的数学推导一样，字字珠玑，信息密度极高。阅读起来，我感觉自己像是在跟一位经验极其丰富的海洋学家进行一对一的深度对话，他不仅传授知识，更重要的是传授了一种科学的思维方式。作者在阐述理论模型时，并没有简单地罗列公式，而是巧妙地穿插了大量的物理图像和直观的解释，这对于理解那些抽象的偏微分方程组至关重要。比如，在描述大气边界层和海洋表层耦合机制时，那种循序渐进的逻辑推导，简直是一场智力的盛宴。我不得不放慢阅读速度，反复琢磨那些看似简洁却内涵丰富的段落。这种细致入微的讲解方式，极大地提升了我对数值模拟方法论的认识，让我看到了如何将宏大的自然现象转化为可计算的数学框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，那种深邃的蓝色调让人立刻联想到浩瀚无垠的海洋，而那些复杂的流线型图案似乎在无声地诉说着其中蕴含的奥秘。光是看着封面，我就能感受到一股严谨的学术气息扑面而来，这让我对内容充满了期待。我原本就对海洋科学领域抱有浓厚的兴趣，尤其是在理解全球气候系统变迁时，海气相互作用的重要性是无法忽视的。拿到书时，我立刻翻阅了目录，那些专业名词，比如“中尺度涡旋”、“开尔文波”、“厄尔尼诺南方涛动（ENSO）”等，都清晰地罗列出来，这表明作者在内容组织上是下了苦功的，结构清晰，脉络分明。虽然我不是这个领域的专业研究人员，但这种清晰的索引结构，让我这个外行人也能大致勾勒出全书的知识框架，知道自己将要进入一个怎样深入的知识殿堂。我特别欣赏这种将复杂物理现象抽象化、图谱化的努力，它为后续的深入学习打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书带来的最深刻感受，是一种跨越学科壁垒的求知欲被极大地激发了。它不是孤立地讨论海洋，而是将其置于地球系统科学的宏大背景下进行考察。在阅读过程中，我时常会联想到大气科学、地球化学乃至遥感技术等相关领域的内容，意识到海气相互作用远比我想象的要复杂和紧密。这本书的叙事方式，仿佛在向我们展示一套完整的“解码工具”，让我们能够更好地理解全球变暖、极端天气事件等重大环境问题的根源。它提供了一种强有力的视角，去审视那些我们日常生活中习以为常却又深不可测的自然现象，是一种对自然规律探索的深刻致敬。读完后，我对海洋科学的敬畏感油然而生，同时也充满了继续学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

很好的一本书值得看，还不错

评分☆☆☆☆☆

很好的一本书值得看，还不错

评分☆☆☆☆☆

El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

评分☆☆☆☆☆

El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

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看样子不错，可以看看

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很好的一本书值得看，还不错

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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

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很好的一本书值得看，还不错