本书为“十三五”江苏省高等学校重点教材，旨在全面、系统介绍海洋数值模拟的基本理论和方法及当前常用的海洋数值模式。本书共分8章，从海水运动基本控制方程出发，介绍数值模拟的基本理论，包括方程的推导、离散和求解，另外重点介绍海洋模式中常用的参数化方案，最后介绍海流模式、波浪模式、海气耦合模式等的研究进展和应用实例。全书以学为主，深入浅出，教材内容易被学生接受和理解；理论实践结合，读者可以学以致用。
样章试读
目录
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第1章 绪论 1
1.1 海洋数值模拟基础概念和参数化方案 1
1.2 常见的海洋数值模式 4
1.2.1 海流模式 4
1.2.2 波浪模式 5
1.2.3 海气耦合模式 5
1.2.4 大洋环流模式 6
1.2.5 其他模式 7
第2章 海洋数值模拟基本知识 9
2.1 海水运动控制方程 9
2.1.1 笛卡儿直角坐标系下海水运动控制方程 9
2.1.2 球坐标系下海水运动控制方程 13
2.1.3 垂向坐标σ坐标系下海水运动控制方程 16
2.2 海洋数值模拟离散方法 18
2.2.1 有限差分法 18
2.2.2 有限差分格式的相容性、收敛性及稳定性 23
2.2.3 有限差分格式的稳定性分析方法 25
2.2.4 CFL条件 30
2.2.5 有限差分格式截断误差分析 32
2.3 常系数二阶偏微分方程的数值求解方法 34
2.3.1 双曲型方程 34
2.3.2 抛物型方程 35
2.3.3 椭圆型方程 38
思考题 41
第3章 海洋数值模拟参数化方案 42
3.1 湍流参数化方案 43
3.1.1 基本概念 43
3.1.2 Prandtl混合长湍流闭合方案 46
3.1.3 标准k-ε参数化方案 47
3.1.4 Mellor-Yamada参数化方案 48
3.1.5 混合型参数化方案 49
3.1.6 KPP参数化方案 51
3.2 中尺度参数化方案 55
3.2.1 Redi 82方案 56
3.2.2 GM 90参数化方案 56
3.3 次中尺度过程参数化方案 58
3.3.1 次中尺度过程 58
3.3.2 混合层次中尺度不稳定参数化方案 59
3.3.3 对称不稳定参数化方案 60
3.4 海气界面与海底边界过程参数化方案 63
3.4.1 海气界面热量辐射参数化方案 63
3.4.2 海气界面动量交换参数化方案 64
3.4.3 海气界面飞沫过程参数化方案 67
3.4.4 海底边界应力参数化方案 68
3.5 水平混合参数化方案 70
3.5.1 Laplacian参数化方案 70
3.5.2 Biharmonic参数化方案 71
3.5.3 Smagorinsky参数化方案 71
3.6 其他参数化方案 72
3.6.1 对流参数化方案 72
3.6.2 浪致混合参数化方案 73
思考题 76
第4章 海流模式及其应用 77
4.1 区域海流模式及其应用 77
4.1.1 ROMS 77
4.1.2 FVCOM 89
4.1.3 POM 93
4.2 全球海流模式及其应用 95
4.2.1 MITgcm 95
4.2.2 HYCOM 98
4.2.3 MOM及其数值产品：OFES 101
4.2.4 LICOM 103
4.2.5 NEMO 107
思考题 107
第5章 波浪模式及其应用 108
5.1 SWAN模式 109
5.1.1 模式模拟的物理过程 109
5.1.2 模式的控制方程和源项 110
5.1.3 模式的数值求解方法 113
5.2 WaveWatch模式 114
5.2.1 模式物理过程 114
5.2.2 模式的控制方程和源项 114
5.2.3 模式的数值求解方法 115
5.3 LAGFD-WAM模式 116
5.3.1 球坐标系下的海浪能谱平衡方程 116
5.3.2 球坐标系下的特征线方程 117
5.4 混合型海浪数值预报模式 119
5.4.1 文氏风浪谱 119
5.4.2 混合型海浪预报模式方程 120
5.5 模式的应用 121
5.5.1 SWAN模式的应用实例1 121
5.5.2 SWAN模式的应用实例2 122
思考题 123
第6章 海气耦合模式及其应用 124
6.1 WRF模式简介 124
6.1.1 WRF模式基本方程 125
6.1.2 WRF模式基本结构 128
6.2 COAWST模式简介 130
6.2.1 耦合器简介 130
6.2.2 COAWST耦合方案 131
6.3 COAWST模式应用 132
思考题 135
第7章 大洋环流模式在气候变化研究中的应用 136
7.1 全球大洋在气候变化中的作用 136
7.2 大洋环流模式简单回顾 140
7.3 ENSO的气候意义及模拟 140
7.3.1 ENSO的来历及其气候意义 140
7.3.2 ENSO的模拟 142
7.4 大洋经向翻转环流的气候意义及模拟 145
7.4.1 大洋经向翻转环流的气候意义 145
7.4.2 大西洋经向翻转环流的模拟 147
7.4.3 太平洋热带环流圈和副热带环流圈的模拟 149
思考题 151
第8章 其他常用海洋模式 152
8.1 大涡模拟 152
8.1.1 模式介绍 152
8.1.2 海洋中LES理论和方法 152
8.1.3 LES的应用 154
8.2 海冰模式 156
8.2.1 CICE海冰模式 156
8.2.2 ROMS中的海冰模块 159
8.2.3 模式应用 160
8.3 海洋生态动力学模型 162
8.3.1 NPZD模型控制方程 162
8.3.2 海洋生态动力学模型个例 165
8.4 海洋沉积输运模式 166
8.4.1 沉积输运模式介绍 166
8.4.2 沉积输运模式控制方程 166
8.4.3 模式应用 168
思考题 168
参考文献 169
附录 181
后记 187
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