物理海洋学
物理海洋学将海洋视为一种旋转的、分层的流体，描述了热量、盐度和动量如何决定其密度结构并驱动从厘米到整个海盆尺度的洋流、波浪和混合。
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Definition
物理海洋学是研究海洋的物理状态和运动的学科——包括其温度、盐度和密度场，以及由风、加热、冷却和地球自转引起的洋流、波浪、潮汐和湍流。
Scope
该领域涵盖海水的热力学性质和状态方程、水柱的垂直温盐结构、风驱动和密度驱动（地转）环流、科里奥利力主导的旋转流动力学、表面和内部重力波，以及用于平衡热量、盐度和能量收支的小尺度湍流和混合。
Sub-topics
Core questions
- 温度和盐度如何共同决定海水密度和水柱的稳定分层？
- 为什么大规模洋流几乎沿着等压线而非穿过等压线流动？
- 地表风和地球自转如何组织海盆尺度环流和边界流？
- 能量如何从大规模洋流和波浪传递到通过混合耗散的小尺度？
Key theories
- 地转平衡
- 在远离边界的大尺度范围内，水平压力梯度力与科里奥利力相平衡，因此洋流沿着等压线流动，可以通过密度和海面高度场的坡度推断出来。
- 埃克曼输运和抽吸
- 风应力通过旋转边界层产生的摩擦力，驱动与风向垂直的净质量输运，其辐合和辐散导致水的垂直运动并驱动内部环流。
- 海水状态方程
- 密度对温度、盐度和压力的非线性依赖性决定了浮力、分层以及诸如缆索效应（cabbeling）和热压效应（thermobaricity）等现象，并已编入国际海水热力学标准。
Clinical relevance
物理海洋学通过海气耦合、海洋导航和业务预报、污染物和幼体的扩散以及海上和沿海工程设计，为天气和气候预测提供了基础，使得海水运动的物理学对社会具有广泛的影响。
History
定量物理海洋学起源于挑战者号远征（1872-1876年）以及20世纪初比耶克尼斯（Bjerknes）、埃克曼（Ekman）和斯维尔德鲁普（Sverdrup）的动力学研究。20世纪中叶斯维尔德鲁普、斯托梅尔（Stommel）和蒙克（Munk）提出的风驱动环流理论，随后是卫星测高和Argo等全球浮标阵列，将该领域转变为一门定量、观测丰富的科学。
Key figures
- Vagn Walfrid Ekman
- Harald Sverdrup
- Henry Stommel
- Walter Munk
Related topics
Seminal works
- talley2011
- vallis2017
Frequently asked questions
- 为什么海洋中盐度与温度同等重要？
- 温度和盐度都控制着海水密度，在寒冷的极地水域，盐度往往起主导作用；它们共同决定了水体下沉的位置、水柱的分层方式以及形成的水团类型。
- 是什么让洋流转向而不是直接向下坡流动？
- 地球自转引入了科里奥利效应，它使运动的水流偏转，并与压力梯度相平衡，使得大规模洋流几乎平行于等压线流动，而不是穿过它们。