viii
Contents
2.3.4
Sample Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.5
Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.6 Additional Exercise for the Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Detection and Elimination of Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.1 Error Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.2
Correct Errors One by One . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.3 Ignore Error Message Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.4 Frequent Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.5
Trust Your Compiler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.6
Display Warnings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Basics of Geophysical Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1 Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Scalars and Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.1 Difference Between Scalars and Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2
Contours and Contour Interval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Location and Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.1 Location and Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.2 Calculation of Distances with SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3.3
Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 Types of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.1 Steady-State Motions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.2
Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.3
The Sinusoidal Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 Visualisation of a Wave Using SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.1
A Simple Wave Made of Vertically Moving Bars . . . . . . . . . 21
3.5.2
Sample Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.3
The First SciLab Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5.4
A Quick-Start to SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5.5
The First GIF Animation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5.6
Modif ed Animation Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5.7
Creation of an Animated GIF File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.8 Phase Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.9
Dispersion Relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.10 Superposition of Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 Exercise 2: Wave Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.1
Aim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.2
Task Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.3
Sample Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.4
A Glimpse of Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.5
A Rule of Thumb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.7 Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7.1
What Forces Do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7.2
Newton’s Laws of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Contents
2.3.4
Sample Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.5
Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.6 Additional Exercise for the Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Detection and Elimination of Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.1 Error Messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.2
Correct Errors One by One . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.3 Ignore Error Message Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.4 Frequent Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.5
Trust Your Compiler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.6
Display Warnings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3 Basics of Geophysical Fluid Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1 Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Scalars and Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.1 Difference Between Scalars and Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2
Contours and Contour Interval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3 Location and Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.1 Location and Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.2 Calculation of Distances with SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.3.3
Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 Types of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.1 Steady-State Motions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.2
Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.3
The Sinusoidal Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.5 Visualisation of a Wave Using SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.1
A Simple Wave Made of Vertically Moving Bars . . . . . . . . . 21
3.5.2
Sample Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.5.3
The First SciLab Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5.4
A Quick-Start to SciLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5.5
The First GIF Animation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5.6
Modif ed Animation Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5.7
Creation of an Animated GIF File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.8 Phase Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.9
Dispersion Relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.5.10 Superposition of Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6 Exercise 2: Wave Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.1
Aim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.2
Task Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.6.3
Sample Script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.4
A Glimpse of Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.6.5
A Rule of Thumb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.7 Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7.1
What Forces Do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.7.2
Newton’s Laws of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28