淺談《物理海洋學(xué)》課程實(shí)習(xí)內(nèi)容及思考

摘要：作為海洋科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)科主干課程，《物理海洋學(xué)》為加深學(xué)生對(duì)該課程相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，配套了相應(yīng)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。本文詳細(xì)介紹了該實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)相關(guān)實(shí)習(xí)內(nèi)容的設(shè)置，并對(duì)實(shí)習(xí)效果進(jìn)行了總結(jié)和思考。

關(guān)鍵詞：物理海洋學(xué) 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)

一、概述

海洋物理學(xué)是以物理學(xué)的理論、技術(shù)和方法，研究海洋中的物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律，并研究海洋水體與大氣圈、巖圈和生物圈的相互作用的科學(xué)。《物理海洋學(xué)》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，理解目前的研究水平和今后發(fā)展的方向。通過(guò)對(duì)《物理海洋》的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握海洋動(dòng)力現(xiàn)象（海流、海浪、潮波、內(nèi)波和風(fēng)暴潮）的基本概念和運(yùn)動(dòng)變化的基本規(guī)律，學(xué)會(huì)對(duì)海洋動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行研究和分析的基本思路和方法。而《物理海洋學(xué)》的課程設(shè)計(jì)目的在于使學(xué)生理解和掌握海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的提取方法，掌握潮汐類(lèi)型判斷方法，潮汐調(diào)和分析的概念、目的和方法，學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言編寫(xiě)基于最小二乘法的潮汐調(diào)和分析程序，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)潮汐現(xiàn)象的理解。

二、實(shí)習(xí)內(nèi)容安排

（一）海洋潮汐數(shù)據(jù)的讀取和潮汐過(guò)程線繪制

潮汐現(xiàn)象與人類(lèi)有著密切的聯(lián)系，在生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中，灘涂圍墾、水產(chǎn)養(yǎng)殖和捕撈、航海、港口建設(shè)、潮汐發(fā)電以及軍事活動(dòng)等都和潮汐現(xiàn)象有密切的聯(lián)系。本問(wèn)題的實(shí)習(xí)目的是希望學(xué)生學(xué)會(huì)利用Fortran程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單海洋數(shù)據(jù)的讀取程序，熟悉海洋潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式，并學(xué)會(huì)和掌握利用潮汐過(guò)程線初步分析潮汐類(lèi)型。實(shí)習(xí)要求是編寫(xiě)Fortran程序，自動(dòng)讀取不同格式的海洋潮汐數(shù)據(jù)，利用excell繪制潮汐過(guò)程線，并通過(guò)繪制潮汐過(guò)程線分析潮汐類(lèi)型。實(shí)習(xí)程序與時(shí)間分配：介紹實(shí)習(xí)目的和實(shí)習(xí)要求（0.5學(xué)時(shí)）；學(xué)生進(jìn)行編寫(xiě)程序、繪制圖形（1.5學(xué)時(shí)）。檢查方法：實(shí)習(xí)圖形及潮汐類(lèi)型分析結(jié)果。

（二）三階Stokes波分析

線性波動(dòng)理論，使得方程得到簡(jiǎn)化，復(fù)雜波動(dòng)使用線性方法進(jìn)行研究，可以解釋一些實(shí)際波動(dòng)現(xiàn)象：波動(dòng)的軌跡、波動(dòng)的能量、波浪的折射等問(wèn)題。線性波動(dòng)理論假定波動(dòng)振幅相對(duì)于波長(zhǎng)無(wú)限小，而實(shí)際海洋中的波動(dòng)振幅相對(duì)于波長(zhǎng)不能視為無(wú)限小，因此具有局限性：在實(shí)際海洋中波形并非正（余）弦曲線，水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡也不封閉，而且線性波動(dòng)的疊加不能完全描述實(shí)際的復(fù)雜海浪現(xiàn)象。有限振幅波動(dòng)取消了小振幅假定，認(rèn)為振幅有限，其結(jié)果可以解釋線性波動(dòng)理論所不能說(shuō)明的一些實(shí)際波動(dòng)現(xiàn)象。Stokes波的波面關(guān)于x軸不對(duì)稱(chēng)，波峰較陡較尖，波谷較圓。

本問(wèn)題實(shí)習(xí)目的是加深學(xué)生對(duì)線性波動(dòng)和有限振幅波動(dòng)的理解，并學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)程序來(lái)分析簡(jiǎn)單物理海洋學(xué)問(wèn)題。實(shí)習(xí)要求：編寫(xiě)計(jì)算三階Stokes波剖面圖的Fortran程序，分別選取波數(shù)和振幅的大小，繪制相關(guān)波剖面圖形，結(jié)合Stokes波的特征對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

實(shí)習(xí)程序與時(shí)間分配：介紹實(shí)習(xí)目的和實(shí)習(xí)要求（0.7學(xué)時(shí)）；學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)編寫(xiě)計(jì)算三階Stokes波剖面圖的Fortran程序（1.3學(xué)時(shí)）；根據(jù)Stokes波物理特征，調(diào)整選取有關(guān)參數(shù)繪制圖形（2學(xué)時(shí)）：（1）繪制不同波數(shù)和振幅的大小的1階Stokes波的波剖面；（2）繪制不同波數(shù)和振幅的大小的2階Stokes波的波剖面；（3）繪制不同波數(shù)和振幅的大小的3階Stokes波的波剖面。檢查方法：各階Stokes波的波剖面圖形。

（三）潮汐調(diào)和分析

潮汐波動(dòng)通常可用一系列分潮之和來(lái)表示，而潮汐調(diào)和常數(shù)就是潮汐各分潮的重要特征參數(shù)，調(diào)和分析的目的就是要根據(jù)觀測(cè)資料求出潮汐各個(gè)分潮的調(diào)和常數(shù)。潮汐觀測(cè)曲線可以看作是有許許多多分潮組合而成的。對(duì)實(shí)際觀測(cè)的水位資料進(jìn)行調(diào)和分析可求出各個(gè)主要分潮的平均振幅和初位相，結(jié)合天為條件可推算未來(lái)時(shí)刻的潮汐。

本內(nèi)容實(shí)習(xí)目的為讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用程序來(lái)處理較復(fù)雜物理海洋學(xué)問(wèn)題，加深對(duì)潮汐調(diào)和分析的理解。實(shí)習(xí)要求為理解潮汐調(diào)和分析理論，編寫(xiě)調(diào)和分析相關(guān)程序。

實(shí)習(xí)內(nèi)容和時(shí)間分配：講解潮汐調(diào)和分析理論和調(diào)和分析過(guò)程（1.5學(xué)時(shí)）；繪制潮汐調(diào)和分析程序流程圖（0.5學(xué)時(shí)）；補(bǔ)充編寫(xiě)調(diào)和分析相關(guān)程序（4學(xué)時(shí)）；根據(jù)給定連云港等觀測(cè)站的不同年份潮汐實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別給定挑選11個(gè)、63個(gè)和128個(gè)分潮時(shí)角速度，進(jìn)行調(diào)和分析預(yù)報(bào)和后報(bào)實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）。檢查方法：計(jì)算程序和調(diào)和分析實(shí)驗(yàn)誤差均方差結(jié)果。

三、實(shí)習(xí)效果與思考

關(guān)于實(shí)習(xí)情況。本次實(shí)習(xí)自編了實(shí)習(xí)講義，給學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中提供了較大方便。學(xué)生能夠按時(shí)參加實(shí)習(xí)，認(rèn)真聽(tīng)老師講解有關(guān)內(nèi)容和注意事項(xiàng)；能夠按照要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及相關(guān)編程；對(duì)存在疑問(wèn)的問(wèn)題能夠積極向老師詢問(wèn)；相關(guān)實(shí)驗(yàn)基本能夠順利完成，能夠認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。

關(guān)于實(shí)習(xí)效果。進(jìn)一步加深了對(duì)物理海洋學(xué)基本理論、基本方法的理解和理性認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了利用計(jì)算機(jī)程序來(lái)處理和分析簡(jiǎn)單物理海洋學(xué)問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)，培養(yǎng)了學(xué)生數(shù)據(jù)處理、分析能力和撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力，為將來(lái)進(jìn)行海洋科學(xué)方面的工作和研究打下了基礎(chǔ)。

存在問(wèn)題與不足。學(xué)生理論基礎(chǔ)不一，編寫(xiě)程序的能力也有很大不同，需要分別針對(duì)不同情況進(jìn)行具體指導(dǎo)。另外，多數(shù)學(xué)生在實(shí)習(xí)報(bào)告中只重視圖形和數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單展示，而對(duì)現(xiàn)象和結(jié)果的分析較少，分析問(wèn)題能力較弱。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉安樂(lè)等.物理海洋學(xué)[M].青島：青島海洋大學(xué)出版社，1992.

[2]陳宗鋪.潮汐學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

作者簡(jiǎn)介：

陳耀登（1980— ），男，福建沙縣人，博士，副教授。研究方向：大氣與海洋相關(guān)教學(xué)與科研。

（責(zé)編 張景賢）