南京信息工程大学期末考试试卷（答案）# i& j3 ^$ k \( x* L0 R! G8 \1 E; [
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
2 t4 x9 {/ @: l& G: Z本试卷共 1 页；考试时间 120分钟；任课教师 王坚红、陈耀登 ；出卷时间2007 年12 月1 c* C; _) @8 z" h/ n3 S8 K
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分8 V, K, |; p: Q, h; x
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
2 o1 ]- q; g9 l* j7 y1 ?3 M1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？) @ s. w e F. u
答：实际潮汐可视为是天文潮波，浅水潮波和气象潮波之和。而这三类潮波又可视为由许许多多分潮波组成。 D+ M( t9 d( z
[平衡潮理论将平衡潮潮高展成三大项，长周期项，日周期项，半日周期项，各项有随纬度变化的特征。]7 @1 y; b8 |1 \2 s& R0 Z! a
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
. u8 n& \" E" F8 D1 W) N+ g答：海洋的下层以热盐环流为主。热盐环流不仅只携带热量和盐份，还含有其它成份，如氧气，二氧化碳等。这使得它的重要性不仅仅在它的流动。! n- n& o: K, h; m r
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
; Z1 U* }* P% q8 z, }% S
1 T: e1 @3 ^1 e2 @9 w6 U( m
8 u) S n# q z' I答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。# |7 l' W* O3 K+ W" ?
在24小时（横坐标）内有仅有一个潮波峰。为全日潮。在24小时内（横坐标）有两个波峰，且峰值大小明显差异。& |7 u2 F: K4 M5 |" K' G
4、什么是Ekman 螺线？
& @- q) a6 H* a5 ]+ @; E5 n0 B 答：相应于E k man漂流随深度的变化，漂流矢量端点的连线所构成的曲线为
+ X' q+ Q) F) ]: }% SE kman 螺线。
% Y6 u& S' _8 m3 E/ i0 v* T在北半球，漂流随深度向右偏；流速随深度增加呈指数形式减小。; l" ]& u1 C0 n% a3 U
在南半球，漂流随深度向左偏。流速随深度增加呈指数形式减小。% J8 R B2 U/ o0 s. W+ B- K) N
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图8 A+ ^- j2 F9 |
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
; M& v, y, G, n3 F答：等振幅线是振幅相等的波列中振幅相同点的连线。同潮时线是不同波列中相同位相的连线。
% y, w( \' E, k7 I' t3 e图中实线是同潮时线；虚线是等振幅线。等振幅线的圆心是无旋点。该无旋点偏离海峡中线
* x4 ?% E' |! i4 K A- R5 a6、解释波浪辐聚和辐散概念。
+ Z/ ?3 u; z/ G9 o答：辐聚：在海岸突出处，波向线发生集中的现象，在此处波高因折射而增大。波能集中，引起海岸冲刷。% {) Q& v |! S5 [
辐散：在海湾里，波向线发生分散的现象，在此处波高因折射而减小。波能分散，产生流沙淤积。2 i0 O2 }# b% y, k* I u3 h
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。, p& a7 T' \; c* c4 ~
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：& h5 ?. B& ]* r. i2 v
（1）先兆阶段：海面微微升高或降低，这个阶段波动称为先兆波。. V6 f4 g; r4 i) q! O% K; H* h
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
! A) K% t- k* [（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。& n$ J! Q) c/ C- G8 y# T5 E
8、解释潮汐调和分析。& n) J4 P. L& m$ f+ b9 F, j; b
答：根据一定时间长度的潮汐实测资料，利用某种数学方法，计算出主要分潮的调和常数（振幅和相位），再从调和常数出发，进行潮汐预报。
2 e9 \0 `9 i1 q3 q二、问答题(共48分)
, j2 i7 D( a W* p6 F; l, X$ t1、（8分）解释平衡潮理论，在哪些方面对实际潮汐作了很好的解释？
4 w1 E# p% s3 M" ?; L答：假定：" S" t, v5 n6 s7 K! P
①地球完全被等深的海水覆盖，海底平坦；②海水没有惯性，粘性；% {8 r- }8 _3 [) ^9 \
③忽略地转偏向力和摩擦力。
4 Y. e- b$ j- R/ d& D+ Z0 D在这些假定下，某一时刻引潮力，压强梯度力和重力平衡时，海面保持稳定状态所求得的潮汐，即为平衡潮。' V: o% d$ L" I" f% w6 l
平衡潮理论解释了许多潮汐特征,如周期性，高潮位和低潮位的不等连续变化,发生在满月和新月时的大潮和小潮等.基于对引潮力的正确理解,平衡潮理论对潮汐做了很好的解释。2 g* e: }* \* _% |+ F( V
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: B# E$ Q; N1 q/ H+ V7 c: u: Y
: R% G9 m& b' P2 g8 b1 i7 }9 X3 h$ |' _" W0 k9 w5 N
答：这个方程组称为：描述大尺度的强迫潮波运动的基本方程# ` K0 c& _# X) v4 n/ K! K
其中第一和第二个方程是水平运动方程在纬向和经向的分量方程。第三个方程是连续方程。
- _* I* X: |' J, C
5 v' r' P( M7 Q4 {! z4 b, l; |是% z2 o! j4 U8 c4 F
2 H2 X: R- @& L# U- B: `/ h6 @
是
2 h' ~3 [! _2 Q& N' R1 Q" g! e- J/ R/ T8 k
是地转偏向力（科氏力）项 H% b o. B2 ^, r
3 q% _: _! L$ J% l是- ]! l6 v7 _; }: ?* Z% v, @# a' d
5 V& S! c+ D/ S) w
) P3 i: \4 d" m! ?0 N是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
- k' f1 w- _" P* l是散度在纬向和经向的部分 T3 f8 u: {7 o @1 u+ W
3、（8分）请解释潮汐动力学理论3 x5 S. Z, B9 [; X- U, f
答：拉普拉斯于1775年提出了动力理论，他认为潮汐是在月球和太阳水平引潮力作用下的一种潮波运动，即潮汐现象是一种波动。大洋海水受到水平引潮力场的作用将发生流动，某处因水体的堆积而使海面上升，某处因水体流失而使水面下降，这样一来，便在理想的“地球”上，形成了水波，其最高处为波峰，当波峰到达时，便形成高潮；最低处为波谷，而当波谷到达时发生低潮。因为它是引潮力场所产生的，所以叫做“潮波”。对于潮波运动的作用，除引潮力外，还有地转偏向力和摩擦力。这是一种当运动发生以后才存在的力，运动一旦停止，这两个力也就消失了。因此，研究潮波在海洋中的运
& s; j6 ^; S3 N动，应特别考虑地转偏向力与海底的摩擦力（这在浅海更为重要），才能与实际情况相符。
Y; I) q6 }8 O& y0 ~1 I, \0 l( T' g/ g) h
，说1 O9 @# ~: X9 N2 o$ k
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
* c: E2 Q8 K3 b答：表达式中是振在X为横坐标，Y为纵坐标的坐标系中，当Y 等& Q1 n" k# G/ n4 K, [. t# ^. q
* ]% |/ K& h3 h6 U3 J于0 时，根据欧拉公式有：
! o- _4 u; Q" T- d3 c9 h1 U是典型的波动表达式。因此有：+ t E2 ^ Z" E( z
3 s7 d( G; P9 S( } j. Q h$ H$ K 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，* |% A+ x- C) }! j+ H! l
) z, \/ N8 q4 E
振幅& K' \# T6 F4 A3 A
V6 M9 k. @2 P+ v+ q( L% \9 X& p=" n# u6 X8 q" R
: }' G/ k8 _( c: g! o ^
是
" O4 v# u6 q- }7 @8 A
; S7 X; v: [5 V5 T* C# Y7 d
) w% o9 O' c9 T" e" ]6 k5、（8" e7 P/ D1 R5 F4 O4 ^! ?& f6 E! ^
! n& ~! b9 A6 a8 z% i1 C4 g1 }4 ^分）利用风暴潮潮位公式 及下图
5 T' |& M& _. \9 u6 B说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。. r. O+ e. e$ H
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中) ?7 o2 d$ O9 B; m/ C
（1）风暴潮水位由于海底坡度的存在，风暴潮潮位的波面为曲线剖面，风暴潮潮位随x增长较快;
@0 u k6 y' g# I. v（2）当阿法为0时，转化为平底情况。& k9 u4 W1 @5 x, x7 P7 P
6、（8分）写出海水运动控制方程的向量形式，并解释各项物理意义。; [; x: r. E: M* M
答：海水运动控制方程的向量形式为：( S B! \/ J" S+ S1 d: o3 j# V
8 F _0 U2 r; ~! A0 W5 a/ _. O
& {' L( T: N8 r% [- w从左至右分别为：重力，压强梯度里，科氏力，摩擦力，天体引潮力。
, A7 C d5 t& \8 N! X4 L三、概念分析解释（20分）
5 L* g4 O5 z+ j# m4 C8 X* f
- V; H3 {6 a+ N8 E8 D+ Y @1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合 \* ?: p4 s6 {1 {
8 i6 g' ?$ e3 D- j4 |
3 P- j; z2 m: X7 Z，推导波数守恒方程。9 c) a+ G. d/ N( g
: N3 _9 m6 a3 A- e答：根据线性波表面位移的表达式
! N9 J' ~- \! b" l' c6 ?" M! C( `" ?9 a7 l% _1 |: s& Y
得线性波表面位移位相函数为：5 O: x; Y% V: B% V" [: v
那么，波数和频率分别为：' S4 M5 t4 i* e
$ `; J- n% h. d& w* z$ E
则波数和频率满足方程：0 x* D, T9 h0 E8 [8 D/ \# j
# a+ O5 g ?8 ], j: g! c8 C; ^, W根据线性波表面位移的表达式：
m4 ^/ @- N4 h9 D$ v9 o3 {8 n& O/ u9 D+ c( I
得线性波表面位移位相函数为：2 l8 i+ x7 J/ C9 R
那么，波数和频率分别为：: J" K: t3 n8 C/ |9 t. o: D
* y. L# N4 R$ K, ~, Y- Y1 G: ^则波数和频率满足方程：: k; S4 k0 [8 B. P8 z
: e; {! d7 o9 {* M- ]- X( [/ C8 I可以得成立，称为波数守恒方程。% f5 G% w# ?( B) e, m% i
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
# t7 h# K/ y/ m
7 |. Z9 ?1 a. ?; { B" E _4 F6 g' F9 S
! F* q b& \9 \% i8 Z
. J/ F. b# S$ q, W9 w% d
! s% `/ S3 d4 p! u6 R的内波有不同的传播方向。当从小N 向大N传播时，波向与x轴的交角由小变大，反之则由大变小。对 到达N=的水层时，波向=0，波动不能在此层传播，而被完全反射。在左图中，内波以这种方式沿 的带状区域传播，这个区域就称为内波导管。在该区域外，波振幅向自由海面和海底衰减。 |
4 [$ A6 ^1 P5 N$ F/ S Z
6 W. u& v" F' u2 m
0 E. C4 @0 d& j3 l* [3 g
5 y. E; S" v2 X( |2 K
% `% m6 l; W1 j' Q G
' f6 m' t0 g$ ^ ?9 N0 f
- b& [! p1 Q$ J4 ^( a7 p( f
" b$ P! k9 v& J- a
+ B: A1 z5 H7 O
' T7 R' V/ h! t, s
% a3 h* [, Q" G6 m1 L5 h
% n+ P+ _0 v" G
' t: a+ k) Q3 O7 k