近海环境 海洋学 〔澳〕汤姆·比尔 著 甘雨鸣 卢如秀 叶锦昭 译 黄克中校 中山大学出版社
寄语中国读者 一本书的前言在于使读者对全书有所了解，明白著作的 意图，有关这一点，已在英语版的序言中有所述及。不过， 由于甘雨鸣救授对我提出了为他的“环境海祥学”译著作序 的要求，我也乐意在此简短地淡淡我在亚洲所做的环境海洋 工作的一些经验。 不少亚洲国家及政府都制订有为保障其发展所必要的环 境法规，以作环境影响评价，并详细地规划它们的环境保护方 案。当然，在整个环境评价中，必须考虑相应的物理、生物、 社会与经济等方面的影响，不过，由于某些工业并不一定排 放废物，而某些近岸的工业排放物却又能在海洋中寻找到它 们的粽迹，因而常常还需进行海洋调查与观测。 早在1981年，印度尼西亚欧府就制定了环境法规，我也 被邀请参加对建于爪哇岛中部、相生于Cilacap炼油厂三倍大 的一项工程的环境影响评价工作。该厂座落于D0nan河口， 严重的是它有化学物苯随着冷却水而排放。这一来，就要对 上游的红树林生态影彩响作出预测。为考察这个问题，我们作 了把鹿水排进有潮河系统中的相似模拟。还好，这是个对目 前设施的扩建工程，因而我们可刺用野外的实际冷却水排放 观测值作为模拟的校核。在旱季，它是用罗丹明染料示踪为 基础进行的，据对湿季的第二火示踪试验结果袁明，模以同 样有效。总的说来，由于河口的水体冲刷时间十分短促，因 而，排放入河流的鹿物没有产生任何令人疑惑的问题。 1
中华人民共和国同样关心自己的环境问题。1984年至 1985年间，我曾协助上海环境保护局以研究他们开始进行设 计的总体下水道工程，以使1992年上海市的废水能通过水管 收集并最终排放到长江深水中。排水口将埋设于离岸1km的 2Cm水深之下。 为估计这祥的一种排放所能带来的环境效果而应作资料 收集的第一件事，便是装设能测定断面水温与盐度分布的一 套装置，进而获得密度的断面变化。同时，我们还要收集排 汝处的流场资料，这远非为一项简单的作业。长江水流湍 急，曾测有2.5血/s的流速记录。由于沉入物体的曳力与水流 速度的平方成记例，因而需要把仪器挂放在22.1m长的钢索 上，并用双锚锚定小船。吊装在船上的仪器重达20Ckg,连 同镇重物才可使其保持垂直。 利用仪器获得的6个月的观别资料，特作为设计罗丹明 示踪试验的依据，并据此确定比较接近于长江排污口处的弥 散系数。它将被用于南京水利料学研究院所作的长江下游的 物理与数学摸拟中。 仪希望本书所提供的信息，将有助于那些在将来做类似 工作的中国读者。 D.TOM BEER 于澳大利亚·维多利亚 1986年8月 2
序 言 过去的十年是人们关注环境的十年。为适应这样的一种 潮流，不少国家的政府部门建立了环境管理机构及第三类型 的研究所，并积极地开设各种课程以培训这些机构的人员。 我毕业于西澳大刑亚工业枝术学院自然资源专业，还在国立 澳大利亚大学资源与环境专业获得硕士学位。不过，在就读 于这些专业时我便发现：缺乏一本能适用于环境海祥学的课 本，这从下面两点表现出来。首先，海洋学的学习大都集中 在两个方面，一是为打算作海洋研究工作者而设立六的较专 门而高深的学习，一是为作导论性质的了解而罗列的一般水 平的学习。这对那些聪颖而有志子此但无专业知识基础的学 生来说无疑是一种不足。另一方面，环境这一概念，苗先是 与近岸水体休戚相关，可是，反映在这些书本上的大部分论 述，都是述及深海的。 因此，本书是针对那些对上述领域感兴趣的环境管理工 作者、环境保护官员及学生鎬写的。他们必须了解由他们的 海洋学顾问所提交的技术报告，甚至，必要的话，他们还得 亲自鏑写本部门的环境调查。这是我要写近岸水体物理环境 导论的原因。而且，可以证明，对那些从事工程、物理、数 学字习的学生，在学习专业课程之前了解分析这里所述及的 现象背景确是有益的。从这些方面去拓展，我认为本书还是 G.Pickard教授的名著《描述物理海洋学》的一本很好的参 考书。 本书的章节安排取决于数学及概念的深浅程度。最初的
几幸极少遇到数学，主要是因为这几章是作为一个初始阶段 来介绍的。因此，近岸海洋一幸有关的波浪性质只作简单叙 述，在第三幸再作详的说明。另外，前几辛的数学公式，在那些 实用海洋学家看来是显得有点古怪的。我特意决定利用可观 测量值以表达变量：如以波长（入）去代替波数（化），以内波 周期(T)代替科氏参量（手）等。最后，当涉及某一通用 概念时，我就用标准形式的公式。 每一章的结尾均有参考书目，该书间并非为最详尽的清 单，不过，它友映了我认为最具实用而有患的部份。任何一 个大学生都可以确定一个题目并进而寻求与这个主题有关的 更早的文献，这些文章目录列于本书的后面。 Dr.TOMB它ER 2
自 录 第一章近岸海洋学 ,(1) 第一节导言… (1) 第二节近岸水域 3) 第三节 渔业和生物学 9) 第四节 经济和地质学 (14) 第五节 单位和量纲 (20) 第二章海岸变化 r 25) 第一节导育 …… 440 (25) 第二节 波浪折射 (27) 第三节 破波………………… 30) 第四节 海岸过程 33) 第五节 海岸工程 ( 40) 第六节 海岸帮管理 (43) 第三章 波浪 47) 第一节 表面波 ……(48) 第二节 能量的传播 53) 第三节 波增水 58) 第四节 波谱 …(62) 第五节 陷波 66) 第六节 长波 …(70) 第七节内波 ……(74)
第八节 晕船 (76) 第四章潮汐 .m (78) 第一节 天文潮 (79) 第二节 动力理论 ( 84) 第三节 潮汐预报 (、87) 第四节 潮汐发电 。。。。, (94) 第五节 长周期潮 (96) 第六节 内潮 (100) 第北节 沿岸带 (102) 第五章 海水组成 (104) 第一节 导言 (104) 第二节 密度 (105) 第三节 垂直温度… (107) 第四节 盐度 (108) 第五节 溶解气体 (114) 第六节 营养物质…… (118) 第七节 河流 0+◆4■◆4甲g。年■ne■e。e零 (120) 第八节 水质… (121) 第六章 水环流 (126) 第一节 导言 (126) 第二节 压力 (129) 第三节 科氏力 (134) 第四节 扩散………… (141) 第五节 粘滞性（流体的摩擦） 144) 2
第七章边界屡 (146) 第一节导言 (146) 第二节 厄克曼层 (148) 第三节，海底边界层 (156) 第四节 海岸边界层 (158) 第八章混合 (161) 第一节 湍流 (161) 第二节 对流 (161) 第三节 湍流卷吸… (166) 第四节 弥教 (169) 第五节 海洋锋面 (173) 第六节 大尺度混合 (177) 第九章海岸气象 (181) 第一节导言 (181) 第二节 水分循环 (181) 第三节 风… (190) 第四节 大气悬浮物 (198) 第五节 滋油 (200 第六节 海岸低压 (206) 第十章河口和醣 (210) 第一节导言 (210) 第二节 河口的地貌分类 211) 第三节 河日水文学………… (214) 第四节 河口污染 (223) 3
第五书 珊瑚礁 ……………………………（232) 第十一章 直接测量和遥感检测 (237) 第一节 仪器和方法 (237) 第二书 遥感检测…………………… (243) 第三节 声学 (244) 第四节 电磁福射…………… (251) 第五节 海洋光学 (253) 第六节 雷达 4… (264) 第七节 卫星 …(265) 第十二章 数据处理 (272) 第一节 数据的表示 (272) 第二节 数据分析与统计……………(274) 第三节 时间序列分析 …(277) 第四节 模拟 (286) 第五节 生态系统分析 (292) 第十三章 海岸评价 (294) 第一节导言 (294) 第二节 成本-收益分析… (296) 第三节 水生生态系统 (298) 第四节 污染… (302) 附录 (308) 6
第一一章近岸海洋学 第一节 导言 海洋学（中国和苏联称之为海洋水文学）是研究我们这 个星球上深海和近岸水域的一种科学。它由四部分构成：物 理海洋学、化学海洋学、生物海洋学和地质海洋学。本书论 述的内容主要是物理海洋学，通过海洋的物理特征描述海 洋，并试图用物理机制说明它的作用。详细论述海洋物理与 海洋学其余三个部分的相互关系和相互影响。 从任何一方面来说，物理海洋学都是一个迷人的、且具 有挑战性的科学领域。它将对今后在海洋资源的开发过程中 提出的许多问题提供答案。例如：海洋的表层流对海洋运输 所起的重要作用，次表层流可能携带工业废水流入它不该流 入的地方；波浪能够毁环海上的钴井平台和摧毁海岸上和陆 地上的建筑物。 在过去的三十年中，对物理海祥学的认识和理解有了长 足的进展。其中，少数来自实验室的工作与实验，而大部分 则来自对世界各地的深海经过艰苦收集来的资料。长期以 来，在深海中令人激动的发现和成就已使近岸与河口海洋学 黯然失色。不过，当人们所面临的近岸环境重新被关注时， 科学家已开始把他们的物理海洋学知识应用到近岸及河口中 来，虽然他们有时也会感到这方面知识的不足。近岸水体有 其自身内在的变化，它们是复杂的，这就有必要进一步去了