《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開課院部海洋與空間信息學(xué)院課程團隊（未設(shè)置）學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時52講授40實驗0上機12實踐0課外學(xué)時0適用專業(yè)地理信息科學(xué)授課語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)物理實驗（2-1）、線性代數(shù)課程簡介（限選）物理海洋學(xué)是現(xiàn)代海洋物理學(xué)中最早發(fā)展起來的一個分支學(xué)科,其研究內(nèi)容最為廣泛。它主要研究發(fā)生在海洋中的流體動力學(xué)和熱力學(xué)過程,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空尺度的海水運動,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,其實并不準(zhǔn)確。物理海洋學(xué)所研究的問題,可以概括為海洋熱鹽結(jié)構(gòu)、海水宏觀運動、海-氣相互作用、海洋湍流等4個主要方面。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動的基本規(guī)律,學(xué)會研究海洋動力現(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)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(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內(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動的基本規(guī)律，掌握分析、研究海洋動力現(xiàn)象的基本思路和方法，并能夠應(yīng)用于科研實踐。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，理解目前國內(nèi)外已達(dá)到的研究水平和前沿科學(xué)問題研究進展，并了解該學(xué)科未來的發(fā)展方向。是2.32.3三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章地球本章重點難點：海洋的水平空間特征、水準(zhǔn)面、海底地形特點、海面形勢以及與之有關(guān)的動力過程有哪些、衛(wèi)星高度計是如何測出海面高度的////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M11講授、討論1課后作業(yè)41.31.3海底特征海底地形特點以及相關(guān)動力過程等M11講授1課后作業(yè)5第五章第五章矩陣計算實驗1.掌握線性方程組的基本知識、常用求解方法和編程。2.利用線性方程組求解實際工程問題。/////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章大氣層本章重點難點：大氣三環(huán)模型、行星邊界層、早期采用蒲福風(fēng)級表示風(fēng)速原因、從海表風(fēng)場發(fā)現(xiàn)的大氣環(huán)流規(guī)律、費雷爾環(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)運動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M11講授1課后作業(yè)1011.實習(xí)任務(wù)與單位確認(rèn)（1）明確實習(xí)任務(wù)，聯(lián)系實習(xí)單位，了解實習(xí)要求，熟悉實習(xí)過程的注意事項（2）簽字確認(rèn)實習(xí)安全承諾書，培養(yǎng)集體主義思想和社會責(zé)任感。/1天講授1天撰寫預(yù)習(xí)報告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.初步了解實習(xí)內(nèi)容針對實習(xí)單位特點，安排具體實習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生了解實習(xí)的意義，主動查閱資料，對實習(xí)單位和相關(guān)的行業(yè)狀況有初步的認(rèn)知。/2周參觀實踐2天撰寫實習(xí)報告132.42.4風(fēng)速的測量風(fēng)速的測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難點：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，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：太陽入射能、海水的紅外輻射、感熱、潛熱以及對流熱量M21講授1課后作業(yè)163.23.2熱量收支方程中各項的地理分布了解海洋熱收支項通量密度的區(qū)域平均及相關(guān)特點M21講授1課后作業(yè)173.33.3子午向熱量輸運大氣層頂部的熱量收支以及海洋熱量輸運的計算方法M21講授1課后作業(yè)183.43.4子午向淡水輸運水通量和輸運的計算以及全球水循環(huán)M21講授1課后作業(yè)193.53.5太陽常數(shù)變化太陽常數(shù)、變化幅度以及測定歷史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難點：海水的溫鹽特性對海水的密度以及運動的影響、為什么在深海使用位溫而不使用實際溫度的原因、顛倒溫度計DSRT的工作原理、混合層厚度的計算方法、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實用鹽標(biāo)以及評論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溫度溫標(biāo)的基本物理過程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，實現(xiàn)過程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)溫度測量、電導(dǎo)率測量、壓力測量、溫度、鹽度和深度測量、混合層厚度的測量、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)冰過程、海冰的性質(zhì)、海冰對海況的影響以及海冰的分布M21講授1課后作業(yè)28實驗1實驗1：海水的溫度、鹽度和密度測量測量海水的溫度、鹽度和密度2實驗//29第5章第5章海水基本運動方程本章重點難點：影響海水運動的主要因素、海水運動方程式的基本形式并說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海洋動力過程中的主要作用力海洋動力過程中的主要作用力及特點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海水運動形式海水運動形式與特點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)點導(dǎo)數(shù)質(zhì)點導(dǎo)數(shù)的公式M21講授1課后作業(yè)355.65.6海水運動方程連續(xù)方程、鹽擴散方程、傳熱方程、海水狀態(tài)方程、動量方程、運動方程求解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實驗2//2實驗//38第6章第6章湍流、混合和不穩(wěn)定本章重點難點：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，開爾文-亥姆霍茲(Kelvin-Helmholtz)不穩(wěn)定的實質(zhì)，研究表明,水平方向的渦動擴散率比垂直方向大1萬-1000萬倍的原因，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主要時均方程圖形的顏色模型，簡單光照明模型，常見明暗處理技術(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、動態(tài)穩(wěn)定和理查森數(shù)以及雙擴散與鹽指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實驗3//2實驗//46第7章第7章海流本章重點難點：海流的大小量級和深度范圍、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、漂流是什么以及是如何生成的、無限深海漂流的特點、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無限深海漂流和?？寺鼘语L(fēng)生大洋環(huán)流理論發(fā)展過程中的大事記、南森的定性論證、無限深海漂流的?？寺狻？寺獾淖C明、底部埃克曼層、埃克曼假定的檢驗、近海表處流動的觀測、?？寺|(zhì)量運輸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、表層流的偏角的計算、變換回原坐標(biāo)系、漂流引起的體積運輸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、用海面高度計算海面地轉(zhuǎn)流、用水文方法測量地轉(zhuǎn)流、正壓流和斜壓流、對地轉(zhuǎn)流的評論、海流拉格朗日法測量法、歐拉法則海流、聲海流計、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實驗4//2實驗//54第8章第8章大洋環(huán)流本章重點難點：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，西邊界流流動特征、水文特征及對氣候的影響是什么，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特征、水文特征及對氣候的影響，埃克曼抽吸原理，現(xiàn)代北太平洋無深水(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和斯維爾德魯普平衡、斯維爾德魯普解的評論、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