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"": "海洋物理學是以物理學的理論、技術和方法,研究海洋中的物理現象及其變化規律,並研究海洋水體與大氣圈、岩圈和生物圈的相互作用的科學。它是海洋科學的一個重要分支,與大氣科學、海洋化學、海洋地質學、海洋生物學有密切的關係,在海洋運輸、資源開發、環境保護、軍事活動、海岸設施和海底工程等方麵有重要的應用。
海洋物理學作為海洋科學的一個獨立分支學科,始於19世紀末葉,但其下屬一些分支的發展曆史,卻可追
海洋物理學概論溯
到自然地理學和海洋學的萌芽時代。海洋物理學發展史,可概括為三個階段:海洋考察;早期的理論研究和觀測儀器的研製;現代海洋學。
早在公元前三世紀,希臘學者畢塞亞斯在北海考察中,就初步進行了潮汐和地磁偏角的觀測,但是專門的海洋考察則始自19世紀。其中較著名的有“閃電”號(1868)、“豪豬”號(1869~1870)等的海洋考察。特別是英國“挑戰者”號(1872~1876)具有劃時代意義的環球海洋考察。
19世紀末至20世紀初,德國“羚羊”號對世界大洋的考察,法國“勞動者”號和“法寶”號對北大西洋的考察,美國“企業”號的環球考察,都涉及到海洋物理學的內容。這些考察,從實踐上為海洋物理學的早期發展奠定了基礎。
以後陸續出現許多專門的海洋考察活動,內容更加廣泛和深入,例如德國“流星”號的南大西洋考察,美國“卡內基”號的地磁觀測,瑞典“信天翁”號對三大洋赤道無風帶的深海考察等,都從不同的方麵促進了海洋物理學的發展。
從17世紀到19世紀末葉,一些傑出的物理學家和數學家曾對海洋中的某些物理現象進行過研究,為海洋物理學中一些分支的形成和發展奠定了理論基礎。
在潮汐理論方麵。1687年,英國牛頓根據他發現的萬有引力定律,用引潮力解釋了潮汐的成因;1740年,瑞士伯努利建立了平衡潮學說;1775年,法國拉普拉斯建立了潮汐動力學理淪,給出了考慮地轉偏向力影響的潮汐動力學方程組,及在特定條件下的特解;1845年,英國艾裡提出了潮汐的長渠波動理論,並對其進行了較深入的研究;1872~1879年,英國湯姆遜(開爾文)設計了潮汐分析和預報的機械裝置;1878~1891年,英國達爾文研究了地球潮汐,並提出了海洋潮汐分析和預報的調和分析方法。
在波浪理論方麵。1802年,捷克格爾斯特納發表了深水表麵波的理論;1839年,英國格林建立了小振幅波
海洋
理論,並導出了以波長表示的相速公式;1847年,英國斯托克斯建立了有限振幅波理論和小振幅內波
海洋理論,後來
在1876年又提出了與波動能量傳播有關的群速公式。
1857年,英國湯姆遜(開爾文)首先導出了深海海水的絕熱溫度梯度公式;1898年,挪威皮耶克尼斯推廣了理想斜壓流體的環流定理,發表了適用於旋轉地球上的環流定理。
在海洋聲學研究方麵。1825年,瑞士科拉東和法國斯圖謨在日內瓦測量了聲在水中的傳播速度;1912年,美國費森登設計並製造了一種新型的動圈換能器,從而製成第一台水下發信和回聲探測設備。此後,又開始了聲在海洋中的傳播規律的研究。
在海洋電磁理論方麵。1831年,英國法拉第發現了電磁感應現象,並於1832年指出,在地磁場中流動的海水,就像在磁場中運動的金屬導體一樣,也會產生感應電動勢;1851年,英國渥拉斯頓在橫過英吉利海峽的海底電纜上,檢測到與潮汐周期相同的電位變化,證實了法拉第的預言。
19世紀末葉到20世紀初,隨著海洋調查的進一步發展,海洋物理學的研究進入了一個新的發展階段。這一階段的主要標誌是,應用流體動力學的方法來研究海洋環流。例如,1902年,挪威桑德斯特勒姆和海蘭·漢森基於旋轉地球上的環流定理,發展了在現代海洋環流研究和海洋調查中廣泛應用的“動力計算”方法。1901年和1905年,瑞典埃克曼對美國莫裡在1855年指出的海麵風和表層海流之間的關係,作出了理論的解釋,從而建立了風漂流理論。
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