基于POM的浪流耦合模式的建立及其在大洋和近海的应用 [The Establishment Of The Wave-Circulation Coupled Model Based on POM And Its Applications In The Ocean And The Coastal Sea] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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夏长水 著

图书标签:

• 海洋模型
• 浪流耦合
• POM
• 数值模拟
• 大洋环流
• 近海动力学
• 海洋物理
• 海洋数值预报
• 海洋环境
• 海洋科学

出版社： 海洋出版社

ISBN：9787502792589

版次：1

商品编码：11795760

包装：平装

丛书名： 博士文库

外文名称：The Establishment Of The Wave-Circulation Coupled Model Based on POM And Its Applications In The Ocean And The C

内容简介

　　《基于POM的浪流耦合模式的建立及其在大洋和近海的应用》基于POM模式建立了浪流耦合模式并将其应用到大洋和中国近海的数值模拟中。
　　《基于POM的浪流耦合模式的建立及其在大洋和近海的应用》共分5章。第0章主要介绍与本论文研究内容相关的国内外发展现状等基本情况以及本文的工作简介。
　　第1章是本文工作的理论基础，首先是海浪一海流耦合作用的理论推导，然后建立了一个基于POM的准全球大洋环流模式并分析了模拟结果，最后在该模式的基础上加入波浪对环流的三维波致雷诺应力和波浪运动对环流场的混合作用，建立了M。ASNtfM浪一流耦合模式。第2章为MASNuM浪一流耦合模式在大洋中的应用。该章首先分析了海浪模拟的结果并与实测进行了比较，然后分析了耦合模式模拟得到的温度结果，重点为浪致混合对上混合层的影响。第3章为MASNuM浪一潮一流耦合模式的建立及在黄海中的应用。由于在近海潮混合比较重要，该章在MAs—NUM浪一流耦合模式的基础上在边界引入潮流边界，建立了MASNUM浪一潮一流耦合模式，并利用该模式对黄海夏季的三维环流结构进行了研究。第4章给出了全文的主要结论以及对后续工作的展望。《基于POM的浪流耦合模式的建立及其在大洋和近海的应用》适合物理海洋学专业研究人员和学生阅读参考。

目录

0 前言
0.1 简介
0.2 常见混合层模拟的方法及存在的问题
0.3 本书的主要工作

1 MASNUM浪一流一耦合模式的建立
1.1 海浪一海流耦合作用的理论推导
1.2 基于POM的准全球大洋环流模式的建立和模拟结果分析
1.3 MASNUM浪一流耦合模式的建立

2 MASNUM浪一流耦合模式在大洋中的应用
2.1 模式介绍
2.2 海浪模拟结果检验
2.3 浪致混合Bv在全球的分布特征
2.4 浪致混合对夏季上温度结构的影响分析
2.5 小节

3 MASNUM浪一潮一流耦合模式的建立及在黄海中的应用
3.1 黄海夏季环流研究现状
3.2 MASNUM浪一潮一流耦合模式的建立
3.3 模拟的潮汐、温度和盐度的验证
3.4 夏季水平环流的模拟结果
3.5 夏季垂直环流的模拟结果
3.6 环流形成机制分析
3.7 小节

4 结论和展望
4.1 本文主要结论
4.2 后续工作展望

精彩书摘

　　《基于POM的浪流耦合模式的建立及其在大洋和近海的应用》：
　　3 MASNUM浪—潮—流耦合模式的建立及在黄海中的应用
　　黄海冷水团作为中国近海的一个独特的水文现象吸引了国内外众多海洋学家的关注。关于黄海冷水团的底层和垂向环流，至今仍存在不同的观点。本文在MASNUM浪—流耦合模式的基础上，在边界引入潮流边界条件，建立了MASNUM浪—潮—流耦合模式，并利用该模式对黄海夏季的三维环流结构进行了模拟研究。该模式较为准确地模拟了该海区潮汐、温度和盐度结构，所得的流场结果与实测资料较为吻合。利用模拟的流场结果并结合实测资料，本文提出了一个完整的夏季黄海三维环流结构，并对环流的形成机制进行了分析。
　　3.1 黄海夏季环流研究现状
　　黄海是一个半封闭的西北太平洋边缘海。西侧和北边为中国大陆，东侧为朝鲜半岛，南面与东海连通。黄海地形的特点是：中部为黄海槽，深度约为50～100m，地形较平坦，最大深度140 m，位于济州岛西北；海槽两侧坡度增大，地形变陡，其中以朝鲜南部西侧坡陡最大；苏北外海为水深小于20 m的浅水区。这种地形特征对黄海的水文状况有着重大影响。黄海平均水深为44 m，在黄海中部又以山东半岛的最东端成山角与朝鲜半岛的长山串间的连线为界，将黄海分为两部分，南部简称南黄海。
　　大量的观测研究表明，影响本区的水文状况变化的外界因子是：①来自大气的风应力和热通量；②通过海区的南部开边界传人的外海潮波，潮汐、潮流是本海区海水运动的重要过程；③长江、黄河等大陆江河径流向海区注入大量淡水。在冷半季黄海暖流从济州岛西南进入黄海，也给本区带来重大影响。
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好的，这是一份图书简介草稿，字数约1500字，主题围绕海洋环流、波浪耦合模型、数值模拟及其在不同尺度的海洋和近海应用，但不涉及您提供的特定书名中的研究内容： --- 书名：现代海洋动力学模拟：从区域环流到沿岸过程的集成建模框架 简介： 本书深入探讨了现代海洋动力学研究的前沿领域，重点聚焦于如何构建和应用能够有效耦合海洋环流与波浪动力过程的数值模型。在全球气候变化和人类活动日益加剧的背景下，准确理解和预测海洋内部以及海洋与大气、海洋与陆地之间的复杂相互作用至关重要。传统的海洋环流模型在处理浅水区、近岸地带以及受强风浪影响区域时，往往难以准确刻画水体运动的精细结构和能量交换过程。因此，发展能够实现对海洋中尺度、小尺度动力过程进行精确描述的集成建模框架，已成为当前海洋科学亟待解决的关键挑战。 本书的理论基础建立在对经典海洋动力学方程的深入剖析之上，并系统性地介绍了如何将动量、热量、盐度输运方程与水动力边界层、地转平衡以及湍流闭合方案相结合。不同于侧重于大尺度、长时间尺度的气候模拟，本书的核心目标是构建一个能有效捕捉波浪驱动的非线性效应、浅水区地形影响以及复杂海岸线边界条件下的水动力过程的模型。 核心内容阐述： 第一部分：海洋动力学基础与数值方法重构 本部分首先回顾了海洋环流模型（如基于动量方程的原始方程模型）的基本框架，强调了在不同尺度下，地转平衡、科里奥利力、压强梯度力和粘性力之间的相互作用。随后，我们详细阐述了数值方法的选择与优化，特别是针对非线性项和边界条件的离散化技术。在构建耦合模型时，如何保证动量在不同物理过程（如平均流与波动）之间的平滑、守恒的传递是一个关键技术难点。书中探讨了有限差分、有限体积以及有限元方法在海洋模型中的应用，并特别关注了适应复杂地形和非均匀网格划分的先进技术。 第二部分：波浪动力学与海洋环流的耦合机制 海洋表面的波浪不仅仅是大气风场作用下的被动响应，它们通过波浪的动量、能量输运以及非线性相互作用，对下层环流产生显著的反馈效应。本书的重点在于系统梳理和实现这些耦合机制。我们详细介绍了如何将经典的线性或非线性波浪模型（如能量谱模型或Boussinesq型模型）嵌入到三维海洋环流框架中。 耦合的核心在于波浪产生的辐射应力（Radiation Stress）。书中不仅提供了辐射应力的理论推导，更重要的是，详细演示了如何在模型中有效地计算和引入这些应力项，以驱动沿岸上升流/下沉流、局地环流增强或减弱等现象。此外，本书还探讨了波浪破碎、波浪与底层摩擦的相互作用，以及波浪对水体垂直混合过程的增强作用，这些都是传统环流模型通常忽略的关键物理过程。 第三部分：区域海洋动力学模拟与模型验证 在构建了理论和数值框架后，本书将重点转向实际应用中的区域海洋模拟。我们选择了几种具有代表性的海域（例如，具有复杂海峡和强潮汐效应的区域，或受季节性风暴影响显著的边缘海），详细介绍了如何根据特定区域的物理特性（如水深、盐度、温度结构）来设置模型初始条件、边界条件以及参数化方案。 模型的验证是确保其可靠性的基石。本部分提供了详尽的观测数据同化与模型评估技术。这包括利用卫星遥感数据（如海面高度、海表温度）、锚定式观测数据（如ADCP流速、温盐深仪数据）对模拟的平均流场、涡旋结构以及瞬时波浪场进行比对分析。通过量化分析模拟结果与观测数据之间的误差和相关性，我们展示了如何系统性地优化模型参数，提升模型的预测精度。 第四部分：耦合模型在近岸与沿岸过程中的应用 近岸海域是海洋环流、波浪、沉积物输运以及生态系统高度交互的区域。本书的最后部分，聚焦于展示该集成耦合模型在解决具体沿岸工程和环境问题中的能力。 应用案例涵盖了： 1. 沿岸水文与物质输运： 如何利用耦合模型更准确地模拟污染物在近岸海域的扩散路径、停留时间以及风浪对混合层深度的影响。 2. 海岸侵蚀与泥沙运动： 耦合模型能够提供更精确的近岸波浪条件和底界面的剪切应力，这对于理解和预测海岸侵蚀、沙坝形成以及海底地形变化至关重要。 3. 近海工程结构物影响评估： 在设计海上平台、风机基础或防波堤时，精确评估结构物对局部水流和波浪场的扰动效应，耦合模型提供了比单一模型更可靠的输入。 通过对这些复杂动力过程的深入剖析和集成模拟，本书为海洋学家、水文工程师以及环境科学家提供了一个强大且前沿的工具箱，以应对当前海洋科学面临的挑战，并推动对海洋动力系统更全面、更精细化的理解。本书内容注重理论与实践的结合，适合高年级本科生、研究生及专业研究人员参考。 ---

评分☆☆☆☆☆

我手中的这本著作，给我的第一印象是其极强的工程实践指导意义。虽然理论基础扎实得如同磐石，但它的落脚点始终紧密围绕着“应用”二字。书中有大量的篇幅详细论述了不同参数化方案在不同水域尺度下（从广阔大洋到受陆地影响的近岸海域）的敏感性分析。这种细致入微的对比，使得读者能够非常直观地理解，为什么在特定区域，某些物理项必须被赋予更高的权重。我尤其喜欢其中关于数据同化与模型校正的章节，它清晰地勾勒出如何将实测数据，比如卫星高度计数据或者ADCP观测，有效地反馈进这个复杂的耦合系统，从而持续优化模型输出。对于海洋工程项目的设计者而言，这本书绝不仅仅是学术参考，它更像是一本高级的技术手册，指导我们在实际的海岸侵蚀评估、离岸结构物选址等工程决策中，如何避免传统单向模型带来的系统性误差。这种理论与实践的无缝衔接，是其最宝贵的价值所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到耳目一新的是它对“不确定性”的坦诚态度。许多模型著作往往只展示成功的案例和完美的拟合结果，但本书在多个关键的交叉点上，勇敢地探讨了当前耦合框架的固有局限性以及未来可能出现的偏差源。比如，在讨论浅水区中，波浪对底部摩擦力的修正效应如何影响近底部流速廓线时，作者清晰地指出了不同经验公式之间的差异，并据此提出了一个“审慎的”参数选择区间，而不是给出一个绝对的“最优解”。这种对科学边界的诚实描绘，极大地增强了该研究成果的可信度。它告诉读者：我们建立了一个更接近真实的工具，但海洋本身仍然充满了未解之谜，这本书提供的是一把更好的探针，而非万能的钥匙。这种谦逊和批判性的视角，是高级学术著作难能可贵的品质。

评分☆☆☆☆☆

这本理论深度令人叹服的书籍，无疑为海洋动力学研究领域注入了一股强劲的新动力。阅读过程中，我深刻体会到作者在构建模型框架时所展现出的那种近乎偏执的严谨性。它不仅仅是对现有数值方法的简单叠加，更像是一次对物理本质的深刻重构。我特别欣赏它在理论推导部分的逻辑流畅性，特别是对于如何将波浪过程的能量、动量传输有效地融入到环流模式的框架中，每一个数学步骤都经过了精心的打磨和校验。对于那些致力于开发下一代海洋模拟工具的科研人员来说，这本书提供了一个清晰、可操作的蓝图。它没有回避复杂性，而是迎难而上，将原本分散的两个关键物理过程——风浪驱动和中尺度环流——用一种高度耦合的方式统一起来，这在实际操作中能极大地提升模拟结果的真实性和预报能力。坦白说，初次接触这么高强度的理论著作需要一定的适应期，但一旦跨过最初的门槛，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的，它真正展示了跨尺度、跨过程耦合模拟的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

如果从计算科学的角度来评价，这本书的贡献在于提供了一个高效且可扩展的数值实现范例。搭建这样一个耦合模型，其核心挑战之一便是计算效率和内存管理。书中详尽介绍了作者在时间步长选择、网格划分策略，以及如何在现代高性能计算（HPC）架构上并行化处理波浪和环流两套计算模块时所采取的创新措施。我注意到他们对时间步长匹配策略的处理非常精妙，既保证了高频波浪过程的精度，又避免了不必要地将高频信息传递给低频的环流求解器，从而大大降低了计算成本。对于那些负责维护和运行区域海洋模型系统的机构来说，这种对计算性能的深度优化远比单纯的理论创新更具现实意义。它证明了先进的物理概念是可以在有限的计算资源内高效运行的，为未来更大区域、更高分辨率的长期模拟开启了大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常独特，它采用了一种层层递进、由宏观到微观的结构组织。开篇部分对历史模型的局限性进行了深刻反思，为提出新的耦合框架奠定了强烈的动机。这种“问题驱动”的写作方式，让我作为读者始终保持着一种探索的兴趣，而不是被动地接受既定公式。随后，作者巧妙地将复杂的数学表达转化为一系列清晰的物理图像，例如，他们是如何用图形化方式展示波浪能量对垂直混合层深度的瞬时影响，这比纯粹的公式推导更容易被直觉所接受。接着，他们展示了在大洋尺度上，这种耦合如何影响深层水团的输运，以及在近海，如何精确捕捉到破碎带附近复杂的动量交换。可以说，全书的行文节奏把握得恰到好处，既有理论的深度，又不失阅读的流畅性，让人愿意一气呵成地读下去，去追随作者的思路，领略海洋系统内在的协同运作之美。