浅谈《物理海洋学》课程实习内容及思考

（南京信息工程大学大气科学学院210044）

浅谈《物理海洋学》课程实习内容及思考

陈耀登（南京信息工程大学大气科学学院210044）

作为海洋科学专业的学科主干课程，《物理海洋学》为加深学生对该课程相应基础知识的理解和掌握，加强学生动手能力，配套了相应的实习环节。本文详细介绍了该实习环节相关实习内容的设置，并对实习效果进行了总结和思考。

物理海洋学课程设计教学

一、概述

海洋物理学是以物理学的理论、技术和方法，研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩圈和生物圈的相互作用的科学。《物理海洋学》课程旨在使学生系统地掌握物理海洋的基本理论及其发展全貌，理解目前的研究水平和今后发展的方向。通过对《物理海洋》的学习，要求学生掌握海洋动力现象（海流、海浪、潮波、内波和风暴潮）的基本概念和运动变化的基本规律，学会对海洋动力现象进行研究和分析的基本思路和方法。而《物理海洋学》的课程设计目的在于使学生理解和掌握海洋观测数据的提取方法，掌握潮汐类型判断方法，潮汐调和分析的概念、目的和方法，学会运用计算机编程语言编写基于最小二乘法的潮汐调和分析程序，加强学生对潮汐现象的理解。

二、实习内容安排

（一）海洋潮汐数据的读取和潮汐过程线绘制

潮汐现象与人类有着密切的联系，在生产实践活动中，滩涂围垦、水产养殖和捕捞、航海、港口建设、潮汐发电以及军事活动等都和潮汐现象有密切的联系。本问题的实习目的是希望学生学会利用Fortran程序编写简单海洋数据的读取程序，熟悉海洋潮汐观测数据的内容、格式，并学会和掌握利用潮汐过程线初步分析潮汐类型。实习要求是编写Fortran程序，自动读取不同格式的海洋潮汐数据，利用excell绘制潮汐过程线，并通过绘制潮汐过程线分析潮汐类型。实习程序与时间分配：介绍实习目的和实习要求（0.5学时）；学生进行编写程序、绘制图形（1.5学时）。检查方法：实习图形及潮汐类型分析结果。

（二）三阶Stokes波分析

线性波动理论，使得方程得到简化，复杂波动使用线性方法进行研究,可以解释一些实际波动现象：波动的轨迹、波动的能量、波浪的折射等问题。线性波动理论假定波动振幅相对于波长无限小，而实际海洋中的波动振幅相对于波长不能视为无限小，因此具有局限性：在实际海洋中波形并非正（余）弦曲线，水质点的运动轨迹也不封闭，而且线性波动的叠加不能完全描述实际的复杂海浪现象。有限振幅波动取消了小振幅假定，认为振幅有限，其结果可以解释线性波动理论所不能说明的一些实际波动现象。Stokes波的波面关于x轴不对称，波峰较陡较尖，波谷较圆。

本问题实习目的是加深学生对线性波动和有限振幅波动的理解，并学会利用计算机程序来分析简单物理海洋学问题。实习要求：编写计算三阶Stokes波剖面图的Fortran程序，分别选取波数和振幅的大小，绘制相关波剖面图形，结合Stokes波的特征对结果进行对比分析。

实习程序与时间分配：介绍实习目的和实习要求（0.7学时）；学生进行实习编写计算三阶Stokes波剖面图的Fortran程序（1.3学时）；根据Stokes波物理特征，调整选取有关参数绘制图形（2学时）：（1）绘制不同波数和振幅的大小的1阶Stokes波的波剖面；（2）绘制不同波数和振幅的大小的2阶Stokes波的波剖面；（3）绘制不同波数和振幅的大小的3阶Stokes波的波剖面。检查方法：各阶Stokes波的波剖面图形。

（三）潮汐调和分析

潮汐波动通常可用一系列分潮之和来表示，而潮汐调和常数就是潮汐各分潮的重要特征参数，调和分析的目的就是要根据观测资料求出潮汐各个分潮的调和常数。潮汐观测曲线可以看作是有许许多多分潮组合而成的。对实际观测的水位资料进行调和分析可求出各个主要分潮的平均振幅和初位相，结合天为条件可推算未来时刻的潮汐。

本内容实习目的为让学生学会利用程序来处理较复杂物理海洋学问题，加深对潮汐调和分析的理解。实习要求为理解潮汐调和分析理论，编写调和分析相关程序。

实习内容和时间分配：讲解潮汐调和分析理论和调和分析过程（1.5学时）；绘制潮汐调和分析程序流程图（0.5学时）；补充编写调和分析相关程序（4学时）；根据给定连云港等观测站的不同年份潮汐实测数据，分别给定挑选11个、63个和128个分潮时角速度，进行调和分析预报和后报实验（4学时）。检查方法：计算程序和调和分析实验误差均方差结果。

三、实习效果与思考

关于实习情况。本次实习自编了实习讲义，给学生在实际操作过程中提供了较大方便。学生能够按时参加实习，认真听老师讲解有关内容和注意事项；能够按照要求进行实验及相关编程；对存在疑问的问题能够积极向老师询问；相关实验基本能够顺利完成，能够认真撰写实习报告。

关于实习效果。进一步加深了对物理海洋学基本理论、基本方法的理解和理性认识，提高了学生的实际动手能力，学会了利用计算机程序来处理和分析简单物理海洋学问题。通过实验报告的撰写，培养了学生数据处理、分析能力和撰写实验报告的能力，为将来进行海洋科学方面的工作和研究打下了基础。

存在问题与不足。学生理论基础不一，编写程序的能力也有很大不同，需要分别针对不同情况进行具体指导。另外，多数学生在实习报告中只重视图形和数据的简单展示，而对现象和结果的分析较少，分析问题能力较弱。

[1]叶安乐等.物理海洋学[M].青岛：青岛海洋大学出版社，1992.

[2]陈宗铺.潮汐学[M].北京:科学出版社, 1980.

（责编 张景贤）

陈耀登（1980—），男，福建沙县人，博士，副教授。研究方向：大气与海洋相关教学与科研。