淺談《物理海洋學》課程實習內(nèi)容及思考

（南京信息工程大學大氣科學學院210044）

淺談《物理海洋學》課程實習內(nèi)容及思考

陳耀登（南京信息工程大學大氣科學學院210044）

作為海洋科學專業(yè)的學科主干課程，《物理海洋學》為加深學生對該課程相應基礎(chǔ)知識的理解和掌握，加強學生動手能力，配套了相應的實習環(huán)節(jié)。本文詳細介紹了該實習環(huán)節(jié)相關(guān)實習內(nèi)容的設置，并對實習效果進行了總結(jié)和思考。

物理海洋學課程設計教學

一、概述

海洋物理學是以物理學的理論、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?！段锢砗Ｑ髮W》課程旨在使學生系統(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。通過對《物理海洋》的學習，要求學生掌握海洋動力現(xiàn)象（海流、海浪、潮波、內(nèi)波和風暴潮）的基本概念和運動變化的基本規(guī)律，學會對海洋動力現(xiàn)象進行研究和分析的基本思路和方法。而《物理海洋學》的課程設計目的在于使學生理解和掌握海洋觀測數(shù)據(jù)的提取方法，掌握潮汐類型判斷方法，潮汐調(diào)和分析的概念、目的和方法，學會運用計算機編程語言編寫基于最小二乘法的潮汐調(diào)和分析程序，加強學生對潮汐現(xiàn)象的理解。

二、實習內(nèi)容安排

（一）海洋潮汐數(shù)據(jù)的讀取和潮汐過程線繪制

潮汐現(xiàn)象與人類有著密切的聯(lián)系，在生產(chǎn)實踐活動中，灘涂圍墾、水產(chǎn)養(yǎng)殖和捕撈、航海、港口建設、潮汐發(fā)電以及軍事活動等都和潮汐現(xiàn)象有密切的聯(lián)系。本問題的實習目的是希望學生學會利用Fortran程序編寫簡單海洋數(shù)據(jù)的讀取程序，熟悉海洋潮汐觀測數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式，并學會和掌握利用潮汐過程線初步分析潮汐類型。實習要求是編寫Fortran程序，自動讀取不同格式的海洋潮汐數(shù)據(jù)，利用excell繪制潮汐過程線，并通過繪制潮汐過程線分析潮汐類型。實習程序與時間分配：介紹實習目的和實習要求（0.5學時）；學生進行編寫程序、繪制圖形（1.5學時）。檢查方法：實習圖形及潮汐類型分析結(jié)果。

（二）三階Stokes波分析

線性波動理論，使得方程得到簡化，復雜波動使用線性方法進行研究,可以解釋一些實際波動現(xiàn)象：波動的軌跡、波動的能量、波浪的折射等問題。線性波動理論假定波動振幅相對于波長無限小，而實際海洋中的波動振幅相對于波長不能視為無限小，因此具有局限性：在實際海洋中波形并非正（余）弦曲線，水質(zhì)點的運動軌跡也不封閉，而且線性波動的疊加不能完全描述實際的復雜海浪現(xiàn)象。有限振幅波動取消了小振幅假定，認為振幅有限，其結(jié)果可以解釋線性波動理論所不能說明的一些實際波動現(xiàn)象。Stokes波的波面關(guān)于x軸不對稱，波峰較陡較尖，波谷較圓。

本問題實習目的是加深學生對線性波動和有限振幅波動的理解，并學會利用計算機程序來分析簡單物理海洋學問題。實習要求：編寫計算三階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波的特征對結(jié)果進行對比分析。

實習程序與時間分配：介紹實習目的和實習要求（0.7學時）；學生進行實習編寫計算三階Stokes波剖面圖的Fortran程序（1.3學時）；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學時）：（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

潮汐波動通常可用一系列分潮之和來表示，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)觀測資料求出潮汐各個分潮的調(diào)和常數(shù)。潮汐觀測曲線可以看作是有許許多多分潮組合而成的。對實際觀測的水位資料進行調(diào)和分析可求出各個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時刻的潮汐。

本內(nèi)容實習目的為讓學生學會利用程序來處理較復雜物理海洋學問題，加深對潮汐調(diào)和分析的理解。實習要求為理解潮汐調(diào)和分析理論，編寫調(diào)和分析相關(guān)程序。

實習內(nèi)容和時間分配：講解潮汐調(diào)和分析理論和調(diào)和分析過程（1.5學時）；繪制潮汐調(diào)和分析程序流程圖（0.5學時）；補充編寫調(diào)和分析相關(guān)程序（4學時）；根據(jù)給定連云港等觀測站的不同年份潮汐實測數(shù)據(jù)，分別給定挑選11個、63個和128個分潮時角速度，進行調(diào)和分析預報和后報實驗（4學時）。檢查方法：計算程序和調(diào)和分析實驗誤差均方差結(jié)果。

三、實習效果與思考

關(guān)于實習情況。本次實習自編了實習講義，給學生在實際操作過程中提供了較大方便。學生能夠按時參加實習，認真聽老師講解有關(guān)內(nèi)容和注意事項；能夠按照要求進行實驗及相關(guān)編程；對存在疑問的問題能夠積極向老師詢問；相關(guān)實驗基本能夠順利完成，能夠認真撰寫實習報告。

關(guān)于實習效果。進一步加深了對物理海洋學基本理論、基本方法的理解和理性認識，提高了學生的實際動手能力，學會了利用計算機程序來處理和分析簡單物理海洋學問題。通過實驗報告的撰寫，培養(yǎng)了學生數(shù)據(jù)處理、分析能力和撰寫實驗報告的能力，為將來進行海洋科學方面的工作和研究打下了基礎(chǔ)。

存在問題與不足。學生理論基礎(chǔ)不一，編寫程序的能力也有很大不同，需要分別針對不同情況進行具體指導。另外，多數(shù)學生在實習報告中只重視圖形和數(shù)據(jù)的簡單展示，而對現(xiàn)象和結(jié)果的分析較少，分析問題能力較弱。

[1]葉安樂等.物理海洋學[M].青島：青島海洋大學出版社，1992.

[2]陳宗鋪.潮汐學[M].北京:科學出版社, 1980.

（責編 張景賢）

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)教學與科研。