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G I Marchuk & A S Sark... 著

图书标签:

• 海洋环流
• 数学建模
• 海洋学
• 动力学
• 数值模拟
• 气候变化
• 物理海洋学
• 偏微分方程
• 计算流体力学
• 地球科学

店铺： 澜瑞外文Lanree图书专营店

出版社： Springer

ISBN：9783642648168

商品编码：1210646374

包装：平装

外文名称：Mathematical Modelling...

出版时间：2011-09-16

页数：292

正文语种：英语

图书基本信息

Mathematical Modelling of Ocean Circulation
作者： G. I. Marchuk;A. S. Sarkisyan;
ISBN13： 9783642648168
类型： 平装(简装书)
语种： 英语（English）
出版日期： 2011-09-16
出版社： Springer
页数： 292
重量（克）： 498
尺寸： 24.4094 x 16.9926 x 1.651 cm

商品简介

The problems of ocean dynamics present more and more com- plex tasks for investigators, based on the continuously sophisti- cation of theoretical models, which are applied with the help of universal and efficient algorithms of numerical mathematics. The present level of our knowledge in the field of mathemat- ical physics and numerical mathematics allows one to give rather complete theoretical analysis of basic statements of problems as well as numerical algorithms. Our task is to perform such analy- sis and also to analyze the results of calculations in order to improve our knowledge of the mechanism of large-scale hy- drological processes occurring in the World Ocean. The new level of numerical mathematics has essentially influenced, the formation of new solution methods of ocean dynamics prob- lems, among which an important one is the splitting method, which has been already widely practised in various fields of science and engineering. A number of monographs by N. N. Yanenko, A. A. Samarsky, G. . Marchuk (Rozhdestvensky and Yanenko 1968; Samarsky and Andreyev 1976; Marchuk 1970, 1980b) and others are devoted to the description of this methods. But the methods of the splitting theory require extensive creative work for their application to concrete problems, which are peculiar, as a rule, in problem formulation. The success of the application of these methods is related to the deep understanding of the essence of the described processes. In the last decades fundamental works of Arakawa, K.

好的，这里为您提供一份关于《Mathematical Modelling of Ocean Circulation》一书内容的详细简介，这份简介力求详尽、专业，且不包含任何关于AI生成或构思的痕迹： --- 《Mathematical Modelling of Ocean Circulation》内容综述 引言：深海的复杂性与数值模拟的必要性 海洋是地球气候系统中最核心的组成部分之一，其环流模式决定了全球热量、盐分和碳的分布，对气候变化、生态系统健康乃至人类活动都具有深远影响。然而，海洋动力学过程的复杂性——涉及从微米尺度的湍流到跨越数千公里的大洋环流，再到季节性乃至千年尺度的气候反馈——使得仅凭观测数据难以完全揭示其内在机制。 《Mathematical Modelling of Ocean Circulation》一书，正是在这种背景下，系统性地阐述了如何运用数学工具、数值方法和计算技术来构建和求解描述海洋环流的动力学方程组。本书的核心目标是为读者提供一套理解、分析和预测全球及区域海洋环流的理论框架和实用工具。全书内容层层递进，从最基础的流体力学原理出发，逐步过渡到复杂的三维全球海洋环流模型的构建、参数化和长期模拟。 第一部分：海洋动力学的基本原理与方程 本书的基石在于对海洋动力学基本方程的推导与阐释。作者首先回顾了流体力学的基本概念，引入了牛顿运动定律在旋转参考系（即地球）中的修正——科里奥利力。随后，详细推导了描述水体运动的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程组在海洋环境下的特有形式，即海洋动力学基本方程组。 重点章节深入探讨了以下关键要素： 1. 静力平衡假设（Hydrostatic Approximation）：由于海洋深度远小于水平尺度，垂直方向上压力的平衡是核心。本书详细分析了静力平衡的适用条件及其在垂直动量方程中的体现。 2. 运动方程的完整形式：包括水平动量方程（考虑了压力梯度力、科里奥利力、粘性力）和垂直动量方程。 3. 连续性方程与质量守恒：描述了流体的不可压缩性（或微小压缩性）在不同尺度下的处理方法。 4. 热力学与物质输运：详细介绍了温度和盐度（密度场）的演化方程，这些方程是驱动密度流（如温盐环流）的关键。讨论了热力学状态方程（Equation of State）如何将温度、盐度和密度关联起来。 5. 边界条件与初始条件：海洋模型必须依赖于准确的边界描述，包括海气界面（风应力驱动、热通量、淡水通量）、海床边界以及侧向边界的处理方法。 第二部分：简化模型与解析解的探索 在构建完整的三维模型之前，理解简化模型所揭示的基本物理过程至关重要。本部分着重于解析解和具有明确物理意义的简化模型： 浅水波理论与罗斯比波（Rossby Waves）：讨论了在地转平衡和浅水假设下，赤道附近和中纬度海洋中行星尺度涡旋的传播特性，这是理解大尺度混合和响应的关键。 斯托克斯流与Ekman输运：详细分析了风应力作用下海洋表层水体的运动，推导了著名的Ekman螺旋和Ekman质量守恒原理，解释了上升流和下降流的形成机制。 大洋环流的经典模型：重点解析了Sverdrup（斯维德鲁普）平衡，它解释了西边界流（如湾流、黑潮）的形成与大洋气旋式环流的平衡机制。书中对Munk和Stommel模型进行了深入的数学剖析，展示了侧向摩擦和底部摩擦在限制大洋环流尺度上的作用。 第三部分：数值方法与海洋环流模型的构建 由于海洋动力学方程组的高度非线性特性，解析解几乎不可能获得，因此数值求解成为主流。本部分是本书的计算核心： 1. 离散化技术：详细介绍了将连续偏微分方程转化为代数方程组的各种方法，包括有限差分法（Finite Difference Method）、有限体积法（Finite Volume Method）和有限元法（Finite Element Method）。书中对不同方法的网格结构（如A网格、B网格、C网格、F网格）进行了比较分析，特别是针对科里奥利力处理的稳定性考量。 2. 时间积分方案：探讨了处理时间步长的技术，包括显式（如向前欧拉）、隐式（如向后欧拉）以及最常用的半隐式/时间步长分裂（Splitting）方案，用以平衡计算效率和数值稳定性，尤其是在处理快速重力波时。 3. 处理非线性与尺度问题：讨论了如何稳定地求解非线性对流项，例如使用高分辨率格式来减少数值耗散和非物理的数值振荡。 4. 三维模型框架：系统地介绍了如何将所有物理方程（动量、连续性、热力学）整合到一个三维网格框架中，构建出具有真实地形和复杂边界条件的海洋环流模型（Ocean General Circulation Models, OGCMs）。 第四部分：物理过程参数化与模型应用 实际的海洋模型无法直接解析所有尺度的物理过程，特别是那些小于模型网格尺度的过程，这需要“参数化”技术。 湍流与混合参数化：这是海洋模型中最具挑战性的部分。书中详述了对垂直混合（如KPP方案）和水平混合的建模方法，解释了如何通过模拟湍流扩散效应来替代直接求解小尺度涡旋。 海气耦合：讨论了将海洋模型与大气模型（Atmosphere Model）耦合起来，进行气候预测和研究海气相互作用（Air-Sea Interaction）的方法论。 同化技术：介绍了数据同化（Data Assimilation）在改进模型初始化和轨迹追踪中的作用，涉及卡尔曼滤波（Kalman Filtering）和变分法（Variational Methods，如3D-Var和4D-Var）在海洋数据同化中的应用。 结论：前沿展望与挑战 本书的最后部分展望了海洋环流建模的前沿领域，包括对深海环流、冰盖-海洋相互作用、以及更精确地模拟海洋碳循环和生物地球化学过程的最新进展。同时，作者也坦诚地指出了当前模型的局限性，如对小尺度涡旋的代表性不足、对边界层物理的简化，以及计算资源需求的持续增长等，为未来的研究指明了方向。 通过对理论基础、简化分析、数值方法和参数化技术的全面覆盖，《Mathematical Modelling of Ocean Circulation》为海洋学家、地球物理学家以及致力于气候建模的工程师提供了一部严谨且极具操作价值的专业参考书。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的难度不容小觑，它对读者的预备知识有相当高的要求，绝对不是茶余饭后的消遣读物。如果你对矢量微积分和基础的流体力学概念感到陌生，那么直接啃这本书可能会让你感到气馁。但对于那些已经具备一定数学功底，并对海洋动力学抱有强烈好奇心的人来说，它简直是一座宝库。它成功地架起了理论海洋学和实际观测数据之间的桥梁，很多传统教材中一笔带过的部分，在这里被进行了深入的剖析和论证，甚至包括了模型误差分析和不确定性评估的探讨。这种对严谨性的执着，使得这本书在同类著作中显得格外突出。每次合上书本，我都会有一种“知识被重塑”的感觉，仿佛对海洋内部的复杂涡旋和全球热盐环流的理解，又向前推进了一大步，这种扎实的进步感是其他泛泛之谈的书籍无法给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构布局体现了作者深厚的学术积淀和对教学艺术的深刻理解。它将全局宏观的视角与局部微观的分析完美地结合在一起。例如，在处理大尺度环流模型时，它会先构建一个简化的、便于手算分析的框架（如Stommel或Munk模型），让我们抓住核心驱动机制，紧接着，便马不停蹄地转向更贴近现实的数值模型，探讨边界层、地形效应等复杂因素的引入。这种“先易后难，螺旋上升”的讲解路径，极大地增强了学习的可持续性。而且，书中穿插的一些历史回顾，简述了海洋环流理论的发展历程，这使得我们不仅学习了“现在”的知识，也了解了知识是如何一步步构建起来的，这种历史维度让理论的学习不再是孤立的。总而言之，这是一本值得反复研读、并能持续提供新见的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得极为精妙，没有一般学术著作那种干燥乏味的刻板印象。在介绍关键物理参数和边界条件时，作者总是会插入一段对特定海域或现象的背景介绍，这使得冰冷的数学公式瞬间有了鲜活的生命力。我尤其喜欢它在讨论科氏力影响时所采用的视角——它不是简单地抛出一个数学项，而是详细阐述了在地转平衡的框架下，我们是如何“理解”地球自转对水体运动的微妙束缚。这种解释方式，让我这个非纯物理背景的读者也能体会到建模者的匠心。它更像是一本高阶的“解题指南”，教会的不是答案，而是如何系统地分解和重构一个复杂的地球系统问题。读完某几个章节后，我甚至开始尝试在脑海中勾勒出不同拉特蒂德下，风场驱动下的表层水流的动态图像，这便是这本书带给我的思维上的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量也值得称赞，字体选择大气而又不失细腻，使得长时间阅读也不会感到视觉疲劳。我特别关注了其中的案例研究部分，那些关于中尺度涡旋和深海环流的数值模拟结果，简直是视觉上的盛宴。作者没有停留在理论构建的层面，而是非常务实地展示了如何将抽象的数学框架转化为可操作的计算机代码逻辑。尽管我个人的编程经验尚浅，但书中对数值方法的讨论，例如有限差分和有限元法的选择标准，已经足够我与其他领域的同行进行有深度的交流了。更令人惊喜的是，它还涉及了一些前沿的同化技术，这表明作者的知识体系并未固步自封于经典的理论，而是紧跟时代步伐。每一次当我感到有些困惑时，翻到书末的参考书目，那份详尽的引用列表总能指引我找到进一步深挖的方向。这是一本真正意义上的工具书，一本能陪伴你度过数年学术生涯的可靠伙伴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股沉稳和专业的气息，那种深邃的蓝色调，让人联想到浩瀚无垠的海洋，不禁心生敬畏。我最初抱着探索的心态翻开它，原本以为会是一本晦涩难懂的教科书，没想到它的逻辑脉络梳理得极为清晰。作者似乎非常懂得如何引导一个初学者，从最基础的流体力学原理开始，逐步深入到更复杂的非线性动力学模型。尤其欣赏它在概念引入时所用的类比，虽然主题是极其严谨的数学建模，但这些生动的比喻极大地降低了理解门槛。我花了整整一个下午，仅仅是沉浸在对那些偏微分方程组的推导过程和物理意义的解读上，感觉像是在进行一场智力上的马拉松，酣畅淋漓。它不仅仅是在展示公式，更是在讲述海洋内部能量和物质传输的“故事”，让人对这个蓝色星球的运作机制有了更深层次的体悟。对于任何渴望从纯粹的海洋学知识跨越到量化分析领域的人来说，这本书无疑是一块绝佳的敲门砖，其内容的广度与深度是令人赞叹的。