《物理海洋學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《物理海洋學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱物理海洋學(xué)基礎(chǔ)FundamentalsofPhysicalOceanography課程編碼OSI124321030開(kāi)課院部海洋與空間信息學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)（未設(shè)置）學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時(shí)52講授40實(shí)驗(yàn)0上機(jī)12實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)0適用專業(yè)地理信息科學(xué)授課語(yǔ)言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（2-1）、線性代數(shù)課程簡(jiǎn)介（限選）物理海洋學(xué)是現(xiàn)代海洋物理學(xué)中最早發(fā)展起來(lái)的一個(gè)分支學(xué)科,其研究?jī)?nèi)容最為廣泛。它主要研究發(fā)生在海洋中的流體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過(guò)程,其中包括海洋中的熱量平衡和水量平衡,海水的溫度、鹽度和密度等海洋水文狀態(tài)參數(shù)的分布和變化,海洋中各種類型和各種時(shí)空尺度的海水運(yùn)動(dòng),如海流、海浪、潮汐、內(nèi)波、風(fēng)暴潮、海水層結(jié)的細(xì)微結(jié)構(gòu)和湍流等,及其相互作用的規(guī)律。有人以“研究溫度、鹽度、密度.海浪、海流和潮汐"概括之,其實(shí)并不準(zhǔn)確。物理海洋學(xué)所研究的問(wèn)題,可以概括為海洋熱鹽結(jié)構(gòu)、海水宏觀運(yùn)動(dòng)、海-氣相互作用、海洋湍流等4個(gè)主要方面。物理海洋學(xué)是海洋科學(xué)類專業(yè)十分重要的主干課程。該課程旨在使學(xué)生系統(tǒng)地掌握物理海洋的基本理論及其發(fā)展全貌,掌握動(dòng)力海洋,包括海流、海浪、潮波、內(nèi)波和風(fēng)暴潮的基本概念和海水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,學(xué)會(huì)研究海洋動(dòng)力現(xiàn)象的基本思路和方法,為今后從事海洋科學(xué)研究奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。Physicaloceanographyisthefirstbranchofmodernmarinephysics,anditsresearchcontentisthemostextensive.Itmainlystudiesthehydrodynamicsandthermodynamicsprocessesintheocean,includingtheheatbalanceandwaterbalanceintheocean,thedistributionandchangeofoceanhydrologicalstateparameterssuchasthetemperature,salinityanddensityoftheseawater,andtheseawatermovementofvarioustypesandtime-spacescalesintheocean,Suchastheseacurrent,wave,tide,internalwave,stormsurge,thefinestructureandturbulenceoftheseastratification,andthelawoftheirinteraction.Somepeoplegeneralizeitas"studytemperature,salinity,density,wave,currentandtide",butitisnotaccurate.Theproblemsstudiedinphysicaloceanographycanbesummarizedasfourmainaspects:oceanthermalsaltstructure,oceanmacromotion,seaairinteractionandoceanturbulence.Physicaloceanographyisaveryimportantmaincourseformarinesciencemajors.Thepurposeofthiscourseistoenablestudentstosystematicallymasterthebasictheoryanddevelopmentofphysicalocean,masterthebasicconceptsofdynamicocean,includingcurrent,wave,tide,internalwaveandstormsurge,andthebasiclawsofseawatermovement,learnthebasicideasandmethodsofstudyingmarinedynamicphenomena,andlayasolidtheoreticalfoundationforfuturemarinescientificresearch.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解為什么要學(xué)習(xí)和研究物理海洋,物理海洋的主要研究?jī)?nèi)容以及物理海洋的主要研究方法;是3.13.12M2目標(biāo)2：本課程要求學(xué)生掌握海洋動(dòng)力要素(海流、海浪、潮汐、內(nèi)波和風(fēng)暴潮等)的基本概念和海水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，掌握分析、研究海洋動(dòng)力現(xiàn)象的基本思路和方法，并能夠應(yīng)用于科研實(shí)踐。是3.13.13M3目標(biāo):3：本課程旨在使學(xué)生系統(tǒng)掌握物理海洋學(xué)的基本理論及其發(fā)展全貌，理解目前國(guó)內(nèi)外已達(dá)到的研究水平和前沿科學(xué)問(wèn)題研究進(jìn)展，并了解該學(xué)科未來(lái)的發(fā)展方向。是2.32.3三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第1章第1章地球本章重點(diǎn)難點(diǎn)：海洋的水平空間特征、水準(zhǔn)面、海底地形特點(diǎn)、海面形勢(shì)以及與之有關(guān)的動(dòng)力過(guò)程有哪些、衛(wèi)星高度計(jì)是如何測(cè)出海面高度的////21.11.1大洋和海介紹大西洋、太平洋、印度洋和北冰洋的相關(guān)知識(shí)M11講授1課后作業(yè)31.21.2大洋尺寸介紹大洋的面積、特征深度、寬度等相關(guān)知識(shí)M11講授、討論1課后作業(yè)41.31.3海底特征海底地形特點(diǎn)以及相關(guān)動(dòng)力過(guò)程等M11講授1課后作業(yè)5第五章第五章矩陣計(jì)算實(shí)驗(yàn)1.掌握線性方程組的基本知識(shí)、常用求解方法和編程。2.利用線性方程組求解實(shí)際工程問(wèn)題。/////61.41.4水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面的定義及意義等M31講授1課后作業(yè)7第2章第2章大氣層本章重點(diǎn)難點(diǎn)：大氣三環(huán)模型、行星邊界層、早期采用蒲福風(fēng)級(jí)表示風(fēng)速原因、從海表風(fēng)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的大氣環(huán)流規(guī)律、費(fèi)雷爾環(huán)流是否是完全閉合式環(huán)流////82.12.1宇宙中的地球宇宙中的地球的位置以及相關(guān)運(yùn)動(dòng)M11講授1課后作業(yè)92.22.2大氣風(fēng)系學(xué)習(xí)大氣環(huán)流、低緯度環(huán)流、極地環(huán)流、中緯度環(huán)流的相關(guān)知識(shí)M11講授1課后作業(yè)1011.實(shí)習(xí)任務(wù)與單位確認(rèn)（1）明確實(shí)習(xí)任務(wù)，聯(lián)系實(shí)習(xí)單位，了解實(shí)習(xí)要求，熟悉實(shí)習(xí)過(guò)程的注意事項(xiàng)（2）簽字確認(rèn)實(shí)習(xí)安全承諾書，培養(yǎng)集體主義思想和社會(huì)責(zé)任感。/1天講授1天撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告112.32.3行星邊界層大氣邊界層的定義M11講授1課后作業(yè)1222.初步了解實(shí)習(xí)內(nèi)容針對(duì)實(shí)習(xí)單位特點(diǎn)，安排具體實(shí)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生了解實(shí)習(xí)的意義，主動(dòng)查閱資料，對(duì)實(shí)習(xí)單位和相關(guān)的行業(yè)狀況有初步的認(rèn)知。/2周參觀實(shí)踐2天撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告132.42.4風(fēng)速的測(cè)量風(fēng)速的測(cè)量方法以及表示方法M11講授1課后作業(yè)14第3章第3章海洋熱量收支本章重點(diǎn)難點(diǎn)：海洋熱量收入和支出取決于哪些因素，海洋高、低緯間能量平衡的差異，海洋表面水量平衡的緯向分布特點(diǎn)，地球是怎樣維持熱量平衡的。////153.13.1海洋熱量收支學(xué)習(xí)海表熱收支的主要項(xiàng)：太陽(yáng)入射能、海水的紅外輻射、感熱、潛熱以及對(duì)流熱量M21講授1課后作業(yè)163.23.2熱量收支方程中各項(xiàng)的地理分布了解海洋熱收支項(xiàng)通量密度的區(qū)域平均及相關(guān)特點(diǎn)M21講授1課后作業(yè)173.33.3子午向熱量輸運(yùn)大氣層頂部的熱量收支以及海洋熱量輸運(yùn)的計(jì)算方法M21講授1課后作業(yè)183.43.4子午向淡水輸運(yùn)水通量和輸運(yùn)的計(jì)算以及全球水循環(huán)M21講授1課后作業(yè)193.53.5太陽(yáng)常數(shù)變化太陽(yáng)常數(shù)、變化幅度以及測(cè)定歷史M21講授1課后作業(yè)20第4章第4章海水的溫度、鹽度和密度本章重點(diǎn)難點(diǎn)：海水的溫鹽特性對(duì)海水的密度以及運(yùn)動(dòng)的影響、為什么在深海使用位溫而不使用實(shí)際溫度的原因、顛倒溫度計(jì)DSRT的工作原理、混合層厚度的計(jì)算方法、永久性、季節(jié)性溫躍層的定義。////214.14.1鹽度的定義簡(jiǎn)單定義、稍完整的定義、以氯度為基礎(chǔ)的鹽度定義、鹽度的電導(dǎo)率定義、1978實(shí)用鹽標(biāo)以及評(píng)論M21講授1課后作業(yè)224.24.2溫度的定義定義海水溫度范圍的絕對(duì)溫度溫標(biāo)的基本物理過(guò)程M21講授1課后作業(yè)234.34.3海表溫度和鹽度的分布海表溫度和鹽度的區(qū)域性分布特點(diǎn)以及海洋的平均溫度和鹽度M21講授1課后作業(yè)244.44.4海洋混合層與溫躍層觀察變換定義，實(shí)現(xiàn)過(guò)程M21講授1課后作業(yè)254.54.5密度、位溫和位密度密度，位溫，位密度，海水狀態(tài)方程，溫度、鹽度和密度的精度M21講授1課后作業(yè)264.64.6海洋其他物理性質(zhì)溫度測(cè)量、電導(dǎo)率測(cè)量、壓力測(cè)量、溫度、鹽度和深度測(cè)量、混合層厚度的測(cè)量、海洋中的光學(xué)現(xiàn)象M21講授1課后作業(yè)274.74.7海冰海水的結(jié)冰過(guò)程、海冰的性質(zhì)、海冰對(duì)海況的影響以及海冰的分布M21講授1課后作業(yè)28實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1：海水的溫度、鹽度和密度測(cè)量測(cè)量海水的溫度、鹽度和密度2實(shí)驗(yàn)//29第5章第5章海水基本運(yùn)動(dòng)方程本章重點(diǎn)難點(diǎn)：影響海水運(yùn)動(dòng)的主要因素、海水運(yùn)動(dòng)方程式的基本形式并說(shuō)明有哪些作用力及各力的數(shù)學(xué)表達(dá)式以及這些力是如何形成的、連續(xù)方程式在直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系中的表達(dá)形式、推導(dǎo)鹽量擴(kuò)散方程式及3種坐標(biāo)系中的表達(dá)式、推導(dǎo)熱傳導(dǎo)方程式。////305.15.1海洋動(dòng)力過(guò)程中的主要作用力海洋動(dòng)力過(guò)程中的主要作用力及特點(diǎn)M21講授1課后作業(yè)315.25.2坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系M21講授1課后作業(yè)325.35.3海水運(yùn)動(dòng)形式海水運(yùn)動(dòng)形式與特點(diǎn)M21講授1課后作業(yè)33545.4鹽量和質(zhì)量守恒鹽量和質(zhì)量守恒的公式與原理M21講授1課后作業(yè)345.55.5質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)的公式M21講授1課后作業(yè)355.65.6海水運(yùn)動(dòng)方程連續(xù)方程、鹽擴(kuò)散方程、傳熱方程、海水狀態(tài)方程、動(dòng)量方程、運(yùn)動(dòng)方程求解M21講授1課后作業(yè)365.75.7羅斯貝數(shù)羅斯貝數(shù)M21講授1課后作業(yè)37實(shí)驗(yàn)2//2實(shí)驗(yàn)//38第6章第6章湍流、混合和不穩(wěn)定本章重點(diǎn)難點(diǎn)：布倫特-韋伊塞拉頻率、理查森數(shù)的物理意義，鹽指是怎樣形成的，開(kāi)爾文-亥姆霍茲(Kelvin-Helmholtz)不穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)，研究表明,水平方向的渦動(dòng)擴(kuò)散率比垂直方向大1萬(wàn)-1000萬(wàn)倍的原因，混合層形成的原因。////396.16.1湍流外法線消隱算法、深度緩存消隱算法和掃描線轉(zhuǎn)換算法M21講授1課后作業(yè)406.26.2主要時(shí)均方程圖形的顏色模型，簡(jiǎn)單光照明模型，常見(jiàn)明暗處理技術(shù)M21講授1課后作業(yè)416.36.3雷諾應(yīng)力的計(jì)算紋理映射概述，顏色紋理映射，幾何紋理映射M21講授1課后作業(yè)426.46.4穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定與穩(wěn)定頻率、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和理查森數(shù)以及雙擴(kuò)散與鹽指M21講授1課后作業(yè)436.56.5海洋中的混合海洋中的混合M21講授1課后作業(yè)446.66.6垂向平均方程垂向平均方程M21講授1課后作業(yè)45實(shí)驗(yàn)3//2實(shí)驗(yàn)//46第7章第7章海流本章重點(diǎn)難點(diǎn)：海流的大小量級(jí)和深度范圍、產(chǎn)生海流的原因有哪些、地轉(zhuǎn)流是什么、壓強(qiáng)梯度力(水平)由形成的原因、傾斜流是什么以及如何形成的、梯度流是如何形成的、梯度流有哪些基本性質(zhì)、傾斜流的特性以及沿深度方向有什么特點(diǎn)、漂流是什么以及是如何生成的、無(wú)限深海漂流的特點(diǎn)、慣性流是什么以及是如何產(chǎn)生的、熱鹽環(huán)流是什么。////477.17.1慣性流用戶接口模型，信息輸入控制方式M21講授1課后作業(yè)487.27.2無(wú)限深海漂流和?？寺鼘语L(fēng)生大洋環(huán)流理論發(fā)展過(guò)程中的大事記、南森的定性論證、無(wú)限深海漂流的?？寺?、?？寺獾淖C明、底部埃克曼層、?？寺俣ǖ臋z驗(yàn)、近海表處流動(dòng)的觀測(cè)、?？寺|(zhì)量運(yùn)輸M21講授1課后作業(yè)497.37.3有限深海漂流方程組、求解、求流速u和v的表達(dá)式、求海面的復(fù)速度、表層流的偏角的計(jì)算、變換回原坐標(biāo)系、漂流引起的體積運(yùn)輸M21講授1課后作業(yè)507.47.4蘭繆爾環(huán)流蘭繆爾環(huán)流的形成與特點(diǎn)M21講授1課后作業(yè)517.57.5地轉(zhuǎn)流水靜力平衡、地轉(zhuǎn)方程式、垂向速度估計(jì)、用海面高度計(jì)算海面地轉(zhuǎn)流、用水文方法測(cè)量地轉(zhuǎn)流、正壓流和斜壓流、對(duì)地轉(zhuǎn)流的評(píng)論、海流拉格朗日法測(cè)量法、歐拉法則海流、聲海流計(jì)、底流M21講授1課后作業(yè)527.67.6潮余流潮余流的產(chǎn)生機(jī)制、潮余流的歐拉與拉格朗日表示方法M21講授1課后作業(yè)53實(shí)驗(yàn)4//2實(shí)驗(yàn)//54第8章第8章大洋環(huán)流本章重點(diǎn)難點(diǎn)：按照成因大洋環(huán)流的分類，大洋表層環(huán)流的地理分布特征、大洋西邊界流有哪些，西邊界流流動(dòng)特征、水文特征及對(duì)氣候的影響是什么，灣流及它的主要特征，黑潮是什么、黑潮名稱是怎么來(lái)的及黑潮水的顏色，南極繞極流是什么、大洋東邊界流及流動(dòng)特征、水文特征及對(duì)氣候的影響，埃克曼抽吸原理，現(xiàn)代北太平洋無(wú)深水(從表層下沉到深層的水)形成的原因。////558.18.1斯維爾德魯普太平洋東部風(fēng)生環(huán)流理論斯維爾德魯普輸運(yùn)和斯維爾德魯普平衡、斯維爾德魯普解的評(píng)論、流函數(shù)M21講授1課后作業(yè)568.28.2施托梅爾風(fēng)生大洋環(huán)流