海洋與其過程的數值模型（一）

在20世紀四五十年代，Jules Charney和Norman Phillips在數值天氣預測方面取得了顯著成效，來自普林斯頓高等研究院的Joseph Smagorinsky參與了他們的工作，在回到華盛頓後，他說服了美國氣象局（該局後來成為美國國家大氣和海洋管理局的一部分），要求該局支持一項富有長遠意義的工程，即建立一個包括大氣和海洋在內的全球氣候綜合數值模型。在這項工程的早期階段，從事相關工作的科學家和程序員不到10人。此外，當時工作所需要的超級計算機龐大且昂貴，並且操作不便。由於這項研究所需要的資源極大，並且它要求人們將精力集中於這樣一個長期的目標上，因此從事類似研究的組織很少便不足為奇了。

Smagorinsky率先對全球海洋環流數值模型進行了研究，他組織的實驗室被證明是進行該項工作的理想環境。

自原始國際氣候變化小組（IPCC）在1990年報道以後，氣候溫室氣體的增加的反應模型被認為只有在包含海洋環流的主動模型時才是完整的。

海洋模型在滿足當代社會需求的能力很大程度上依賴於它們模擬海洋過程的真實程度。儘管21世紀的高性能計算機的萬億次甚至上千萬次的強大運算能力將會有助於該項任務，但它們代替不了對潛在機制的理解及其描述。這就是為什麼我們需要聰慧年輕的下一代人——計算機的使用能力得到鍛煉的人，掌握必須的知識基礎的人，並且自願地去應對解密自然運作機理這一艱難任務的人。

如同許多其他的計算機科學那樣，海洋數值模型需要不同技術的相互結合。首要的是對海洋動力學知識或者至少對海洋靜態特徵有一個熟練掌握。（為了對化學狀態或者生物狀態進行模擬，必不可少地要具備一些關於化學過程或生物過程的知識）。與描述海洋學不同的是，動力海洋學要求學生具備足夠的數學和物理學方面的技能，因為通過求解相關的守恆方程對海洋過程進行定量化的能力不是選擇性的，而是必須的。其次要求的是編程以及與計算機交互的能力，對於這一點，年輕一代擁有一定的優勢，他們能更輕鬆地接觸計算機。然而，他們需要熟練掌握至少一門編程語言（FORTRAN是當前用來進行科學計算的首選語言），還需要一個操作系統（當前通用的系統是UNIX）。此外，若熟悉一些基本的數值方法那就更好了。而這些必備技能的融合是很難實現的，很少有學生能夠掌握所有的這些技能。

1. 熟練掌握海洋動力學知識

2. 足夠的數學和物理學方面的技能

3. 編程能力（熟練掌握一門編程語言-FORTRAN和一個操作系統-UNIX）

4. 熟悉一些數值計算方法

對這樣一個龐大的課題，要對每一子課題都深入透徹的理解是不現實的，因為要做到這點，就需要對每一子課題進行深入描述的完整的書籍。

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