《海洋數值模擬》是2021年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：海洋數值模擬
- 作者：董昌明
- 出版時間：2021年
- 出版社：科學出版社
- ISBN：9787030690326
- 類別：理學類圖書
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝-膠訂
本書為“十三五”江蘇省高等學校重點教材，旨在全面、系統介紹海洋數值模擬的基本理論和方法及當前常用的海洋數值模式。本書共分8章，從海水運動基本控制方程出發，介紹數值模擬的基本理論，包括方程的推導、離散和求解，另外重點介紹海洋模式中常用的參數化方案，後介紹海流模式、波浪模式、海氣耦合模式等的研究進展和套用實例。全書以學為主，深入淺出，教材內容易被學生接受和理解；理論實踐結合，讀者可以學以致用。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 海洋數值模擬基礎概念和參數化方案 1
1.2 常見的海洋數值模式 4
1.2.1 海流模式 4
1.2.2 波浪模式 5
1.2.3 海氣耦合模式 5
1.2.4 大洋環流模式 6
1.2.5 其他模式 7
第2章 海洋數值模擬基本知識 9
2.1 海水運動控制方程 9
2.1.1 笛卡兒直角坐標系下海水運動控制方程 9
2.1.2 球坐標系下海水運動控制方程 13
2.1.3 垂向坐標σ坐標系下海水運動控制方程 16
2.2 海洋數值模擬離散方法 18
2.2.1 有限差分法 18
2.2.2 有限差分格式的相容性、收斂性及穩定性 23
2.2.3 有限差分格式的穩定性分析方法 25
2.2.4 CFL條件 30
2.2.5 有限差分格式截斷誤差分析 32
2.3 常係數二階偏微分方程的數值求解方法 34
2.3.1 雙曲型方程 34
2.3.2 拋物型方程 35
2.3.3 橢圓型方程 38
思考題 41
第3章 海洋數值模擬參數化方案 42
3.1 湍流參數化方案 43
3.1.1 基本概念 43
3.1.2 Prandtl混合長湍流閉合方案 46
3.1.3 標準k-ε參數化方案 47
3.1.4 Mellor-Yamada參數化方案 48
3.1.5 混合型參數化方案 49
3.1.6 KPP參數化方案 51
3.2 中尺度參數化方案 55
3.2.1 Redi 82方案 56
3.2.2 GM 90參數化方案 56
3.3 次中尺度過程參數化方案 58
3.3.1 次中尺度過程 58
3.3.2 混合層次中尺度不穩定參數化方案 59
3.3.3 對稱不穩定參數化方案 60
3.4 海氣界面與海底邊界過程參數化方案 63
3.4.1 海氣界面熱量輻射參數化方案 63
3.4.2 海氣界面動量交換參數化方案 64
3.4.3 海氣界面飛沫過程參數化方案 67
3.4.4 海底邊界應力參數化方案 68
3.5 水平混合參數化方案 70
3.5.1 Laplacian參數化方案 70
3.5.2 Biharmonic參數化方案 71
3.5.3 Smagorinsky參數化方案 71
3.6 其他參數化方案 72
3.6.1 對流參數化方案 72
3.6.2 浪致混合參數化方案 73
思考題 76
第4章 海流模式及其套用 77
4.1 區域海流模式及其套用 77
4.1.1 ROMS 77
4.1.2 FVCOM 89
4.1.3 POM 93
4.2 全球海流模式及其套用 95
4.2.1 MITgcm 95
4.2.2 HYCOM 98
4.2.3 MOM及其數值產品：OFES 101
4.2.4 LICOM 103
4.2.5 NEMO 107
思考題 107
第5章 波浪模式及其套用 108
5.1 SWAN模式 109
5.1.1 模式模擬的物理過程 109
5.1.2 模式的控制方程和源項 110
5.1.3 模式的數值求解方法 113
5.2 WaveWatch模式 114
5.2.1 模式物理過程 114
5.2.2 模式的控制方程和源項 114
5.2.3 模式的數值求解方法 115
5.3 LAGFD-WAM模式 116
5.3.1 球坐標系下的海浪能譜平衡方程 116
5.3.2 球坐標系下的特徵線方程 117
5.4 混合型海浪數值預報模式 119
5.4.1 文氏風浪譜 119
5.4.2 混合型海浪預報模式方程 120
5.5 模式的套用 121
5.5.1 SWAN模式的套用實例1 121
5.5.2 SWAN模式的套用實例2 122
思考題 123
第6章 海氣耦合模式及其套用 124
6.1 WRF模式簡介 124
6.1.1 WRF模式基本方程 125
6.1.2 WRF模式基本結構 128
6.2 COAWST模式簡介 130
6.2.1 耦合器簡介 130
6.2.2 COAWST耦合方案 131
6.3 COAWST模式套用 132
思考題 135
第7章 大洋環流模式在氣候變化研究中的套用 136
7.1 全球大洋在氣候變化中的作用 136
7.2 大洋環流模式簡單回顧 140
7.3 ENSO的氣候意義及模擬 140
7.3.1 ENSO的來歷及其氣候意義 140
7.3.2 ENSO的模擬 142
7.4 大洋經向翻轉環流的氣候意義及模擬 145
7.4.1 大洋經向翻轉環流的氣候意義 145
7.4.2 大西洋經向翻轉環流的模擬 147
7.4.3 太平洋熱帶環流圈和副熱帶環流圈的模擬 149
思考題 151
第8章 其他常用海洋模式 152
8.1 大渦模擬 152
8.1.1 模式介紹 152
8.1.2 海洋中LES理論和方法 152
8.1.3 LES的套用 154
8.2 海冰模式 156
8.2.1 CICE海冰模式 156
8.2.2 ROMS中的海冰模組 159
8.2.3 模式套用 160
8.3 海洋生態動力學模型 162
8.3.1 NPZD模型控制方程 162
8.3.2 海洋生態動力學模型個例 165
8.4 海洋沉積輸運模式 166
8.4.1 沉積輸運模式介紹 166
8.4.2 沉積輸運模式控制方程 166
8.4.3 模式套用 168
思考題 168
參考文獻 169
附錄 181
後記 187
