淺談《物理海洋學》課程實習內容及思考

摘要：作為海洋科學專業的學科主干課程，《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節。本文詳細介紹了該實習環節相關實習內容的設置，并對實習效果進行了總結和思考。

關鍵詞：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、技術和方法，研究海洋中的物理現象及其變化規律，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。《物理海洋學》課程旨在使學生系統地掌握物理海洋的基本理論及其發展全貌，理解目前的研究水平和今后發展的方向。通過對《物理海洋》的學習，要求學生掌握海洋動力現象（海流、海浪、潮波、內波和風暴潮）的基本概念和運動變化的基本規律，學會對海洋動力現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據的提取方法，掌握潮汐類型判斷方法，潮汐調和分析的概念、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和分析程序，加強學生對潮汐現象的理解。

二、實習內容安排

（一）海洋潮汐數據的讀取和潮汐過程線繪制

潮汐現象與人類有著密切的聯系，在生產實踐活動中，灘涂圍墾、水產養殖和捕撈、航海、港口建設、潮汐發電以及軍事活動等都和潮汐現象有密切的聯系。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據的讀取程序，熟悉海洋潮汐觀測數據的內容、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據，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象。有限振幅波動取消了小振幅假定，認為振幅有限，其結果可以解釋線性波動理論所不能說明的一些實際波動現象。Stokes波的波面關于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，分別選取波數和振幅的大小，繪制相關波剖面圖形，結合Stokes波的特征對結果進行對比分析。

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Stokes波物理特征，調整選取有關參數繪制圖形（2學時）：（1）繪制不同波數和振幅的大小的1階Stokes波的波剖面；（2）繪制不同波數和振幅的大小的2階Stokes波的波剖面；（3）繪制不同波數和振幅的大小的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，而潮汐調和常數就是潮汐各分潮的重要特征參數，調和分析的目的就是要根據觀測資料求出潮汐各個分潮的調和常數。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和分析可求出各個主要分潮的平均振幅和初位相，結合天為條件可推算未來時刻的潮汐。

本內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，加深對潮汐調和分析的理解。實習要求為理解潮汐調和分析理論，編寫調和分析相關程序。

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

三、實習效果與思考

關于實習情況。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內容和注意事項；能夠按照要求進行實驗及相關編程；對存在疑問的問題能夠積極向老師詢問；相關實驗基本能夠順利完成，能夠認真撰寫實習報告。

關于實習效果。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，培養了學生數據處理、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。

存在問題與不足。學生理論基礎不一，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，多數學生在實習報告中只重視圖形和數據的簡單展示，而對現象和結果的分析較少，分析問題能力較弱。

參考文獻：

[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.

作者簡介：

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

（責編 張景賢）