课程教学Curriculum Teaching
“海浪原理与计算"课程设置研究
于潭胡松魏永亮（上海海洋大学海洋科学学院上海201306）
摘要作者对国内外主要涉海高校“海浪原理与计算”所使用进行教材及课程大纲进行了调研分析，发现大多学校都 对小振幅波和有限振幅波理论进行重点讲解.在此基础上，我们对上海海洋大学的“海浪原理与计算”课程进行了设 置.本研究方案可给国内外涉海高校“海浪原理与计算”的课程设置提供建议.
关键词海浪原理与计算课程设计调查研究中图分类号:G424 文献标识码：A D01:10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.041
Research on
the
Course
Setting of
"Principles and
Computations
of Waves"
YU Tan, HU Song,
WEI Yongliang
(College of Marine Sciences, Shanghai
Ocean
University, Shanghai 201306)
Abstract The author investigates and analyses the textbooks and syllabuses of "Principles and
Computations ofWaves" used
by major overseas and domestic universities, and finds that most schools focus on the theory of small and finite amplitude wa
ves. On this basis, we set up the course "Principles and Computing ofWaves" in Shanghai Ocean University.
This research pro
gram can provide suggestions for the curriculum design of "Principles and Computations
ofWaves" in domestic and foreign
maritime universities.Keywords Principles and Computations of Waves; course design; investigation and research
海浪是我们日常生活中一种常见的现象。
居住在海边或
在海边度假的人都会很熟悉海浪。
“海浪原理与计算”课程中
我们将学习海浪研究的发展史、描述海浪的方法、海浪的生成
与成长机制、海浪模式和海浪的计算方法，讨论目前海浪研究 中存在的问题及其对海-气相互作用的影响。1国内外主要涉海高校“海浪原理与计算'所使用教材分析 目前，“海浪原理与计算”已成为国内外很多涉海院校海洋 学科的专业基础课程，但每个学校根据本校的教学宗旨和发展 定位，对海洋学科学生的培养的计划各有迥异。下面以国内几 个主要涉海院校“海浪原理与计算”所使用的教材来对比分析 海洋科学专业所必须的海浪原理与计算情况。中国海洋大学海洋环境学院物理海洋专业开设的《海浪》 课程，教材选用的是文圣常、余宙文1984年第一版的《海浪理 论与计算原理》，这本教材主要有六章，第一章是液体表面波 的基本方程及其普遍积分，主要介绍了流体动力学的基本方 程、表面波问题的精确提法、线性波动的基本方程、浅水波动 的基本方程、浅水波动的小参数展开法以及静压分布律的导 出、二维无旋周期进行波的若干普遍积分性质等;第二章是线 性波动理论，主要包括简单波动、简谐表面压强维持的简单波 动、小振幅简单波动的合成、倾斜水底上波浪的传播、具有复 杂水底地形水域上的波动传播一波的折射、波动绕射等;第三 章是有限振幅波动，主要有斯多克斯波、摆线波、椭圆余弦波 和孤立波等；第四章是作为随机过程的海浪：第五章风与海 浪，主要包括气水界面附近的流场、风浪生成和成长的机制、 风浪谱的成长和参数化、风浪的计算、涌的传播、风浪与涌的 数值计算;第六章近岸的海浪，主要包括倾斜水底对海浪的影 响、复杂地形对海浪的作用、海浪产生的近岸流和碎波拍。根 据文圣常、余宙文1984年第一版的《海浪理论与计算原理》的 这本教材，中国海洋大学的“海浪原理与讣算”课程主要设置 如下：第一章海浪的统计性质：第一节概论、第二节风浪和涌 浪、第三节海浪的随机性、第四节海浪谱、第五节波面的统计 性质、第六节高的统计分布、第七节常用波高和周期定义。通 过本章的讲述，使学生认识海浪的随机性和复杂性；
海浪又分
为风浪和涌浪两大类，海浪谱是现代海浪研究的有力工具，在 线性理论下，波面和波高所遵从的统计分布。掌握海浪谱与常
用波高和周期之间的关系，
共占
8学时。
第二章海浪的生成和成长:第一节风浪的生成机制、
第二
节风浪的成长、第三节风浪成长经验公式
、第四节海浪谱的
相似性、第五节风浪的平衡域
。通过本章的讲述，使学生掌握
和了解风浪生成的两种主要机制，影响风浪成长的因素；有限
风区下的风浪成长关系、海浪谱的相似性；了解风浪平衡域的 性质，共占
10学时。
第三章海浪的计算与观测:第一节风浪能量平衡方程、第
二节风浪源函数、第三节海浪模式与计算、第四节海浪的观
测。通过本章的学习
，了解现代海浪模型和计算方法，
风浪源
函数的参数化和存在的问题，以及现代海浪观测方法，共占
8
学时。
第四章近岸的海浪:第一节波速、波长及波高的变化、第 二节破碎波高与破碎深度、第三节海浪的折射与绕射
。
通过
本章的学习，了解海浪向近岸传播时由于地形变化而引起的海 浪性质变化,水深引起的海浪破碎、离岸流和拍岸波等
，共占
6
学时。
第五章海浪与海一气相互作用：第一节波浪破碎与海面
2019 年 / 第 9 期 /3
力(T)
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附近湍流、第二节波浪对海■•气通量的影响
。
通过本章的学习，
了解波浪及其破碎对大尺度海一气相互作用的贡献，
认识到他
们是控制海一气界面通量的重要因素，共占2学时。
厦门大学海洋与地球科学学院海洋学系的物理海洋专业 的学科或专业方向性课必修课，他们课程的目的在于让学生
通过学习掌握海浪研究的基本知识、方法、思想和进展
，系统
掌握海浪研究的基本方法,海浪调查与数据处理，
培养学生处
理一般有关海浪计算和解决波浪预报实际问题的能力。主要 是从波浪的研究方法、研究意义
、波浪研究的应用领域入手,
介绍波浪要素、小振幅波和有限振幅波理论，了解波动振幅、
水质点运动轨迹、质点运动速度、能量、辐射应力、水中波压
、
相位速度和群速度、风况、海况基础知识、波浪观测原理、
海浪
数据处理，海浪组成和海浪谱、有效波生成理论和谱分析理论。
选用的教材主要是海浪原理与计算（自编讲义）和王树清《
海洋
工程波浪力学》中国海洋大学出版社。主要参考书是文圣常、 余宙文1984年第一版的《海浪理论与计算原理》。其中王树 清的《海洋工程波浪力学》包含七章内容，期中第1章波动方 程，包括流体力学基本方程（连续方程、运动方程、理想流体非 定常无旋运动的拉格朗日积分）、波浪运动基本方程及定解条 件（势波理论、基本方程与定解条件）；第2章线性波理论，包 括常深度小振幅波理论（边界条件的简化、基本方程的解、线 性波的特性、波面方程、弥散关系、水质点的速度和加速度、水 质点的运动轨迹、波动压、波动能量）线性波的两种极限情况、 波浪的叠加、平面斜向等；第3章非线性波浪理论，包括斯托 克斯波浪理论、流函数波浪理论、椭圆余弦波、孤立波、波浪理 论的适用性等;第4章波浪的传播与变形，包括波浪在深水中 的弥散与传播、波浪的浅水效应、波浪的反射、波浪的绕射、波 浪的破碎、复杂地形情况下的波浪传播与变形数值计算；第5 章随机波浪理论，包括海浪的观测与描述、随机海浪的统计特 征、随机波浪的谱特性、随机波浪的数值模拟、海浪的长期统 计分布规律；第6章作用在小尺度结构物上的波浪力，包括海 流中的圆柱体、作用在直立柱体上的波浪力、水动力系数、莫里 森公式的修正、波流共同作用下的波浪力计算、随机波浪力的 计算等；第7章作用在大尺度结构物上的波浪力，包括绕射理 论、大直径直立圆柱体波浪力分析、任意形状三维结构物上的 波浪力、大尺度水下潜体上的波浪力、固定物体上的二阶波浪 力、作用在大型浮体上的波浪力。University of California, San Diego,简称 UCSD,加州大学 圣地亚哥分校的Introduction to Ocean Waves（海浪简介）课程， 所使用的是自编教材Introduction to Ocean Waves（海浪简介）， 主要分为10个章节：1 Basic waves （基本波）、2 Two waves （两 个波）、3 Many waves （群波）、4 Waves generated by a distant storm （波浪的生成）、5 Wave measurement and prediction （海浪 的测量和预报）、6 Shoaling waves（浅水波）、7 Rogue waves and ship waves （轮船行驶生成的波（尾迹波））、8 Hydrodynamics and linear theory（水波动力学和线性理论）、9 The shallow-water equations. Tsunamis （浅水方程■海啸）、10 Breakers, bores and longshore currents（海浪破碎和沿岸流）。麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的 Wave Motions in the Ocean and Atmosphere（海洋和大气中的波 动）课程使用的是自编教材。主要内容有:1 .Introduction - Kinematics: Frequency, Wavenumber, Phase, Phase Speed（简介:频 率、波数、相位、相速度）包括Internal Gravity Waves （内重力 波）＞Dispersion and the initial value problem（频散和初始值问 题）、Group velocity - wave packets and inhomogeneities （群速 度）、Energy, fields of motion, particle movements（能量、运动场 和质点运动）；2.Surface Gravity Waves（表面重力波）；3.Rotation and Potential Vorticity - Small Scale（小尺度旋转和位涡）^.Large-Scale Hydrostatic Motions （大尺度运动）、5. Laplace Tidal Equations and The Vertical Structure Equation （Laplace 潮汐方程 和垂向运动方程）＞6.EquatorialB-Plane and Equatorial Waves（赤 道R平面和赤道波动）、7.Stratified Quasi-Geostrophic Motion and Instabilities （分层准地转运动和不稳定性）。2上海海洋大学“海浪原理与计算”课程设置综合国内几个主要涉海院校的“海浪原理与计算”课程设 置，可以看出