分析海洋科学技术发展之必要性

发展简史

海洋物理学作为海洋科学的一个独立分支学科，始于19世纪末叶，但其下属一些分支的发展历史，却可追溯到自然地理学和海洋学的萌芽时代。海洋物理学发展史，可概括为：

1．海洋考察。它从实践上为海洋物理学的发展奠定了基础。

2．早期的理论研究和观测仪器的研制。它为海洋物理学一些分支的发展奠定了基础。

3．近期的发展。即海洋物理学形成了独立的学科体系后的发展。

海洋考察

早在公元前3世纪，希腊学者毕塞亚斯在北海考察中就初步进行了潮汐和地磁偏角的观测，但是专门的海洋考察则始自19世纪。其中较著名的有“闪电”号（1868年）、“豪猪”号（1869—1870年）等的海洋考察，特别是英国“挑战者”号（1872—1876年）具有划时代意义的环球海洋考察。19世纪末至20世纪初，德国“羚羊”号对世界大洋的考察，法国“劳动者”号和“法宝”号对北大西洋的考察，美国“企业”号的环球考察，都涉及到海洋物理学的内容。这些考察，从实践上为海洋物理学的早期发展奠定了基础。以后陆续出现许多专门的海洋考察活动，内容更加广泛和深入，例如德国“流星”号的南大西洋考察（1925—1927年），美国“卡内基”号的地磁观测（1909—1929年），瑞典“信天翁”号对3大洋赤道无风带的深海考察（1947—1948年）等，不断促进海洋物理学的发展。

早期的理论研究和观测仪器的研制

从17世纪到19世纪末叶，一些杰出的物理学家和数学家曾对海洋中的某些物理现象进行过研究，为海洋物理学中一些分支的形成和发展奠定了理论基础。

1．潮汐理论。1687年，英国I．牛顿根据他发现的万有引力定律，用引潮力解释了潮汐的成因。1740年，瑞士D．伯努利建立了平衡潮学说。1775年，法国P．－S．拉普拉斯建立了潮汐动力学理论，给出了考虑地转偏向力影响的潮汐动力学方程组及在特定条件下的特解。1845年，英国G．B．艾里提出了潮汐的长渠波动理论，并对其进行了较深入的研究。1872—1879年，英国W．汤姆孙（开尔文）设计了潮汐分析和预报的机械装置。1878—1891年，英国G．H．达尔文研究了地球潮汐，并提出了海洋潮汐分析和预报的调和分析方法。

2．波浪理论。1802年，捷克F．J．von格尔斯特纳发表了深水表面波的理论。1839年，英国G．格林建立了小振幅波理论，并导出了以波长表示的相速公式。1847年，英国G．G．斯托克斯建立了有限振幅波理论和小振幅内波理论；后来在1876年又提出了与波动能量传播有关的群速公式。

3．环流定理。1898年，挪威V．皮耶克尼斯推广了理想斜压流体的环流定理，发表了适用于旋转地球上的环流定理。

4．海水状态方程。1857年，英国W．汤姆孙（开尔文）首先导出了深海海水的绝热温度梯度公式。

5．海洋声学研究。1826年，瑞士J．D．科拉东和法国J．C．F．斯图谟在日内瓦测量了声在水中的传播速度。1912年，美国R．A．费森登设计并制造了一种新型的动圈换能器，从而制成第一台水下发信和回声探测设备。此后，又开始了声在海洋中的传播规律的研究。

6．海洋电磁理论。1831年，英国M．法拉第发现了电磁感应现象，并于1832年指出，在地磁场中流动的海水，就像在磁场中运动的金属导体一样，也会产生感应电动势。1851年，英国C．渥拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上，检测到与潮汐周期相同的电位变化，证实了法拉第的预言。

近期发展

19世纪末叶到20世纪初，随着海洋调查的进一步发展，海洋物理学的研究进入了一个新的发展阶段。这一阶段的主要标志是，应用流体动力学的方法来研究海洋环流。例如，1902年，挪威J．W．桑德斯特勒姆和B．海兰－汉森基于旋转地球上的环流定理，发展了在现代海洋环流研究和海洋调查中广泛应用的“动力计算”方法。1901年和1905年，瑞典V．W．埃克曼对美国M．F．莫里在1855年指出的海面风和表层海流之间的关系，作出了理论的解释，从而建立了风漂流理论。自此以后，海洋物理学的研究即以海洋环流理论研究为重点，密切结合水文物理和化学要素的观测实验，不断地向前发展。20世纪60年代以来，随着科学技术的迅速发展，海洋物理要素的调查监测技术和研究设备日益完善，各种海洋过程的理论模式和海洋信息处理系统相继建立，以浮标阵为主体的海上现场对测试验及包括航天遥感技术在内的新技术，得到广泛应用，都有力地促进了现代海洋物理学的研究，沿着理论和观测实验紧密结合的途径向前发展。