本研究基于非平衡态热力学和耗散结构理论，将地球—大气—海洋分别看作是一个随时随地与外界交换能量和(或)物质的开放系统。在非平衡定态假定下，根据已有的界面上的观测资料和海洋水文观测数据，计算了地球、大气、海洋系统界面上的熵通量、海洋内部比熵及其气候距平的时一空结构，探讨了海洋内部大尺度稳态环流的热力一动力学成因。本研究分为四个部份：　　 ⑴基于非平衡态热力学、耗散结构理论和Planck-Stefan-Boltzman的辐射平衡定律对以往一些研究者采用的辐射能量熵通量的表达式进行修正，在辐射能量通量和辐射熵通量的关系式中引入“4/3”这一乘数因子并注意到了长波和短波辐射场的温度差异，给出了确切计算地球、大气系统辐射熵通量变率的表达式。在此基础上，利用新近的全球多年气候年平均能量收支数据对地球、大气系统外界面上的熵流诸分量以及导致该系统内部物理过程时—空有序结构的负熵流作出确切的量化估计，从而确认负熵流是维持和发展地球、大气系统内部时—空有序结构的“资源”。　　 ⑵基于上述地球、大气系统中修正的辐射熵变率的计算表达式及海水相对化学势的实验数据，首次给出了海—气界面的“热”熵通量(包括辐射熵通量和非辐射熵通量)和“物质”熵通量的确切计算表达式。同时，根据全球海—气界面的气候平均能量和物质资料，基于系统能量和物质守恒原理，对南安普顿海洋中心(SOC)的能量和水量收支数据资料的不确定性进行了必要的调整。在此基础上，率先对全球海一气界面10×10网格域的熵通量作出定量的估计。　　 ⑶基于海水热力学局域平衡的假定和最新发表的海水Gibbs热力学势函数的表达式以及全球海洋的水文数据观测集，首次计算了全球海洋内部(1/4)°×(1/4)°网格域的比熵及其它主要热力学参数，并对海洋比熵的时—空分布格局做了详尽地分析，发现海洋中的比熵—位温之间具有简洁的解析关系，从而为物理海洋学中传统的“等熵”分析、“等密”分析、“等中性密度面”分析以及水团分析方法提出了进一步的修正和推广。　　 ⑷基于海洋二元地球物理流体的热力—动力学方程组和热力学恒等式，以及海洋考察断面上的实测数据，从理论和经验上给出了海水的比熵-位温关系的近似表达式，证明了海洋内部的等熵面(或等位温面)与等位密面(或等盐面)的交线即物理海洋学上经典稳态等熵运动(例如地转流)的流线；导出了海洋等熵面(或等位温面)上的等位密线(或等盐线)即地转近似下的Bernoulli函数亦即物理海洋“动力计算”中的Montgomery流函数的射影，从而为海洋内部的准地转运动的分析提供了新的热力学—动力学依据。