中国海洋大学本科生课程大纲
课程名称 | 物理海洋学 Physical Oceanography | 课程代码 | 074503201335 |
课程属性 | 专业知识 | 课时/学分 | 48/3 |
课程性质 | 选修 | 实践学时 | 0 |
责任教师 | 史洁 | 课外学时 | 0 |
一、课程介绍
1.课程描述：
《物理海洋学》是环境科学专业环境动力学方向的专业课，面向三年级本科生。在对一般流体运动规律（《环境流体力学》）和海洋主要运动形式的运动规律的定性理解（《环境海洋学》）的基础上，《物理海洋学》的主要内容为动力海洋（海流、海浪、潮波）的基本概念和运动变化的基本规律，以及研究海洋动力现象的基本思路和方法。
2.设计思路：
《物理海洋学》首先讲述研究动力海洋的基本思路和方法，之后依次讲授此方法在定量研究海洋各主要运动形式（海流、海浪、潮波）中的应用。重点讲授的知识包括：以海水微团为研究对象，海水层流运动方程组的建立；方程组的定解条件；基本方程组的尺度分析和简化方法；地转流、无限深海Ekman漂流、有限深海Ekman漂流、底流、升降流、漂流的发展和惯性流等海流的主要控制方程和解所体现的流动的特征；小振幅波动、有限振幅波动的控制方程和解所体现的运动特征；平衡潮理论及以次为基础的分潮概念和潮汐调和分析方法；潮汐动力学理论等。在讲述过程中注意强调方法的掌握，以及与后续课程之间的区别和联系。
3. 课程与其他课程的关系：
先修课程：《环境流体力学》、《数学物理方法》；并行课程：《空气污染气象学》；后续课程：《近海环境预测技术》
二、课程目标
学习本课程后，学生将系统掌握物理海洋的基本理论及其发展全貌，理解已达到的水平和今后发展的方向；学习动力海洋（海流、海浪、潮波）的基本概念和运动变化的基本规律，学会分析研究海洋动力现象的基本思路和方法。为其以后的近海环境动力学方向的学习打下基础。
三、学习要求
课前，复习课程知识所涉及高等数学、流体力学等基本知识；课中，认真听课，即时理解所讲授的知识内容，积极参与课堂讨论和问答互动环节；课下，复习所有公式推导，理解数学表达的物理意义，完成作业，梳理课上知识内容。通过阅读经典教材及期刊文献的方法，了解海水主要运动形式的研究成果，并将其他研究方法与本课程中所讲的简化方程求解析解的方法对比，深入理解物理海洋学的知识内容。
四、参考教材与主要参考书
1.教材：
物理海洋学/叶安乐、李凤岐编著，青岛：青岛海洋大学出版社，1992年12月第一版
2.其他学习资源：
[1]George L. Pickard和William J. Emery 编著，《Descriptive Physical Oceanography—An Introduction》．Butterworth Heinemann．1990年第5版．
[2]冯士笮、李凤岐、李少箐主编，《海洋科学导论》．北京：高等教育出版社．1999年6月第1版．
[3]侍茂崇主编，《物理海洋学》. 济南：山东教育出版社. 2004年．
[4]Beer T.著，陈廷剑、郑全安、刘占英译，《环境海洋学》. 北京：海洋出版社. 1992年.
五、进度安排
序号 | 专题 或主题 | 计划课时 | 主要内容概述 | 实验实践 内容 或课外练习等 |
| | 引言 | 1 | 物理海洋学的含义及与其他学科的关系。 | |
1海水运动方程（15学时） | ||||
1.1 | 海水运动方程 | 4 | 海水运动方程的出发点；描述海水运动的坐标系；作用在海水微团上的力；运动方程的向量形式。 | （1）推导旋转坐标系下加速度和绝对加速度的关系？ （2）科氏力的物理意义和方向的确定方法？ （3）引潮力和引潮势的推导过程？ |
1.2 | 海水层流运动的基本方程组 | 3 | 连续方程、盐量扩散方程、热传导方程和状态方程建立的出发点、推导过程及最终形式。 | |
1.3 | 边界条件 | 2 | 边界条件存在的必要性；各种边界条件提出的依据及具体表达式。 | 推导海面和海底无质量交换的运动学边界条件？ |
1.4 | 时间平均的基本方程和边界条件 | 2 | 对层流运动运动方程进行时间平均的意义；平均后方程组的表达形式及各项物理意义。 | （1）推导时间平均的y方向的运动方程？ （2）湍流运动方程组合层流运动方程组的异同？ |
1.5 | 铅直向平均的基本方程 | 2 | 将基本方程组进行垂向平均的意义；平均后方程组的表达式及各项物理意义。 | 推导垂向平均的连续方程？ |
1.6 | 方程简化和尺度分析 | 2 | 尺度分析的概念、方法和应用；几个特征数和近似的意义、内容和用途。 | （1）Rossby数、Ekman数、Peclet数的物理意义？ （2）几种近似和假设的物理意义？ |
2 海流（12学时） | ||||
2.1 | 地转流 | 2 | 描述地转流的方程及解的形式；地转流与压力场、密度场、温度场和盐度场的关系。 | 梯度流和倾斜流的区别？ |
2.2 | 考虑摩擦的定常运动 | 8 | 无限深海Ekman漂流、有限深海Ekman漂流的控制方程、物理意义及求解；解所体现的流矢量、湍应力、水体输运的空间分布特征；底流和升降流产生的背景、控制方程及特征。 | （1）绘出无限深海漂流流速随水深变化的Ekman螺线？ （2）画出不同水深情况下，有限深海漂流Ekman螺线的不同？ （3）画出不同摩擦、不同水深情况下底流随深度的变化？ |
2.3 | 非定常运动 | 2 | Ekman漂流的发展阶段；惯性流产生的物理背景；流动特点。 | 惯性流产生的物理背景？ |
3 海浪（10学时） | ||||
3.1 | 线性波动理论 | 4 | 在线性波动理论框架下，海水波动的主要性质，包括波速、水质点运动轨迹、能量等；水深对波动的影响。 | 从基本方程组到控制线性波动的方程的过程中做了哪些假设与简化？ |
3.2 | 线性波动的合成 | 2 | 线性波动合成的理论基础；驻波和波群的物理意义和特点。 | 编程绘制驻波产生的过程？ |
3.3 | 有限振幅波动 | 2 | 有限振幅波动与小振幅波动的区别；在有限振幅波动理论框架下，海水波动（Stokes波）的主要性质。 | |
3.4 | 海浪的统计性质 | 2 | 海浪随机过程平稳性和各态历经性的概念和意义；波高、波面、周期和波长分布特征；各种波高的定义及其转化关系。 | 利用定点波高观测序列，统计各种波高，并绘图？ |
4 潮波（10学时） | ||||
4.1 | 平衡潮理论 | 4 | 平衡潮理论提出的基本假设；推导平衡潮潮高的方法和过程；应用平衡潮理论可以解释的潮汐现象；平衡潮理论的贡献和不足。
| 平衡潮理论的贡献和不足？ |
4.2 | 潮汐、潮流调和分析基本原理 | 2 | 分潮的概念；潮汐、潮流调和分析的主要理论依据。 | 基于一个月的水位观测资料用T-tide进行潮汐调和分析？ |
4.3 | 潮波动力学 | 2 | 大洋和近海潮波的产生机制及其区别；等深广阔水域中Sverdrup波、Kelvin波和Poincare波的一般特征 | 浅海和大洋潮波动力学方程的差别？ |
六、成绩评定
（一）考核方式A：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
成绩综合评分体系 | 比例% |
1.课下作业、课堂讨论及平常表现 | 20 |
2.平时测验成绩 | 10 |
3.期末考试成绩 | 70 |
总计 | 100 |
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：