南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
% |6 J: O9 J7 c, M: z2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
- p& A0 s3 m; R' K0 o1 H0 C, L+ `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 ^4 `4 W+ K0 L
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
' H+ s4 g* f- Y5 @一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
- Y( y% h8 I- P& j! Y% x2 a9 k0 J1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
1 i2 Q9 Z9 O' h5 ]5 w1 y/ ?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。
8 m6 h3 {3 O- Q( C0 Z+ r) j4 W[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。]9 }: Z. ^7 a% @5 t- M; X
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
' i3 q! Y$ t! r. u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。
9 B6 u g) _% T* h( w8 ~( B( a3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。5 e! M5 j6 W7 v z! ~. F' s% m
1 q) N9 o" x6 Y/ c, ?+ T ?
7 b5 L6 n C# W6 `5 w5 O0 t& i
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
! ]9 N* H/ K* ]* _$ K( a7 [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。' i: F! O' c9 Y
4、什么是Ekman 螺线？
. J5 {/ e+ n c3 c0 A& ~0 Y 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
8 h N& l7 r4 H/ `4 o7 _E kman 螺线。
/ s/ t8 O O m. J! h: C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。2 Q) J V( ~# v4 j! z4 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。4 H" u+ ^$ n' i' z9 [% U
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
" O. U3 ^ D8 s中的同潮时线和等振幅线及无旋点。 I# b \7 G* z# y$ U2 f, U
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。
: n$ |' R4 w4 b9 l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
" W3 [* n9 K& K# G* E$ D: U1 e/ L) r7 V6、解释波浪辐聚和辐散概念。
4 C7 q; ~4 f5 P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。$ A3 s& L, X6 n) u3 q. r" K
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。
. l: N6 w- B+ S$ o7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
9 }. ?/ K8 j5 y7 M: N: V答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
7 e7 C+ A8 h' N5 K（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。
5 C4 T. C+ L5 P0 n f) f7 ]0 l$ N（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
, G: G1 F3 n# k% v! G8 h（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
% A& n3 x& g! K% K$ y: Y8、解释潮汐调和分析。/ y; z6 B% r* r9 i
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。
% t% N5 Z# h; H二、问答题(共48分)
4 k7 l% L+ `* [2 d5 ?1、（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？
) \* f% I7 c0 n. Q3 N9 l& M答：假定：
* }* e0 o; w- Q& i①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；
1 U" d7 N' @. R3 V1 ^; w! T- X③忽略地转偏向力和摩擦力。8 P( s" C2 v' Y+ 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。 R8 S. b! m F ^8 `
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。
6 p! _) ^4 R0 t. [# V2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
% Y3 ], M( _( Y0 x' p, H
9 O. L, e8 G4 b1 v" w1 O( i: N# U0 h& e/ l, E5 k
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0 [: {$ i- k4 C2 B! c
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。
4 j6 V& }; t0 |& }! g% q- Y& `$ A+ m. _' t$ _
是
: t7 E# `& p/ T! h5 J+ X! h1 ?8 U$ C) w E9 s
是) E( z2 J+ P+ P& ^( B
. _3 u- [! c6 M6 _$ j* N是地转偏向力（科氏力）项
( ~! _; b# c# o7 m; {0 @6 M 9 O, ^" f$ J* K: J( e
是
- |9 d- Z# M% v* y# k! a1 s
2 H0 j% q k; [9 N3 O
) D0 H: J- A9 t7 @# H8 V5 v6 [/ f是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
" q; H$ [5 I2 k9 P# C' L是散度在纬向和经向的部分
; j2 [( K" y3 ]3 X. V& k$ `* l0 w3、（8分）请解释潮汐动力学理论) M' V" \) L, e8 f, }6 @
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
: Y- f7 ]# B P. J: i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。
) J$ l. m' b$ r% {% O7 o
: m7 Z+ @1 h% R- X) e6 o，说
" v! k' q& B8 ~4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为* S2 A- H# C7 u, o& V
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+ l" `& E. g- c8 k: ~
* \+ F+ y8 \1 S6 h" K4 ` y O
于0 时，根据欧拉公式有：
- f/ {6 V0 K8 H, z* ` d是典型的波动表达式。因此有：
5 v2 ^- ?4 E5 R& Q4 o
! P0 S* Y: l1 Z' P( t( H8 O" n/ U 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
' p& I! n8 H' F5 g. B2 F/ v) f( q( u1 r% W
振幅9 p7 f& y( T' i3 T# Q
2 k2 X4 t0 q2 c$ O6 }# Q
=
Z9 E! {0 `- @, C5 F) O2 T. N6 _5 V2 ^* d
是
# E2 {, G& ~) ] w1 }9 I+ Y2 j
) S) V4 d+ ^3 r$ Y7 f! {4 \1 B
5 s7 j5 |9 h# m' N, u+ ?3 h5、（88 W: j( z2 L( O; x/ d
+ o1 ^; h/ a" l; m& o6 T分）利用风暴潮潮位公式 及下图
! ^ x; W. [# ~9 a# ]说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。: S( |2 y$ x/ ~3 e
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中3 ~, f" Z: s" {8 z$ w$ J1 z6 R
（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;
1 z" I7 t0 l. H# Q+ \6 d3 I（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
* Y% w- d) p3 U/ g6、（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。
, k' z4 x6 n Y; U1 d9 }. v答：海水运动控制方程的向量形式为：
% _9 v; x/ G7 R% c3 ~* B. {, G
! G: Z3 [! \# i0 j. X& ]
9 v, q7 h: H1 q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。
7 T3 w, z `# T6 M2 s7 f1 R; \三、概念分析解释（20分）
* b* D3 y* | B% v' o: G3 N
3 x3 _" q& d5 E0 s1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合" o5 K# ^, C' r$ i3 U: g9 P4 C3 q
+ g- a* Z& P U$ p( q2 X1 o8 ^( A
! c5 X& H' X3 X5 X/ l! l5 z，推导波数守恒方程。0 r- {& X0 K! {2 v& n0 M, v$ R
1 O* {8 W9 ?: B答：根据线性波表面位移的表达式
" ~. e' i- I# \0 K) d2 v, c9 J7 w2 g" W
得线性波表面位移位相函数为：3 `/ ]! a1 w2 a
那么，波数和频率分别为：) ?4 [! q# j3 [1 }# \
$ i4 g. f9 {: k6 t5 L) K则波数和频率满足方程：
( X6 p$ u8 Y8 s! c0 h/ H0 K- N, G2 w
( Y+ @" Y4 R [: o& k! p" D; z根据线性波表面位移的表达式：8 Z; a- \$ D, D
9 s1 e) A4 z# e) N4 ~* i6 L& {
得线性波表面位移位相函数为：. u1 f* p/ [( Z$ n9 Z6 u
那么，波数和频率分别为：
2 Y6 X+ _) R, c3 M4 O
2 z h7 R# P5 ~/ o8 n3 H, O+ W. x" m2 F则波数和频率满足方程：( [) M% J; b- K9 \ O$ h% L% L% |
/ L$ ^( y# K. v) [可以得成立，称为波数守恒方程。
4 m j! {. ?* n& h9 E 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。% B# L# G+ F/ M, H
& N* \" a+ i4 K2 P
2 H. v5 Z) u) V% @* d- |. B0 G5 U6 r& c7 X+ T
. ~: S. _# t1 G) g
: I8 l: i0 \) z# L+ p) H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。 |
/ ~9 E6 x7 Q) Y9 m3 I1 [2 _# |" x
; p% \% a& ^) m- {, h
; h- i( p4 w: Q. o6 h! K
7 o1 ?! f5 `9 l. C9 p2 T0 w. U
+ z7 u! o' h4 S7 q
2 P) c) Q9 u6 W M* \4 v
& V: ?8 G7 a! b( N& T+ j
' V6 _/ o& ?" X( E8 E2 i# d
s; C2 s( v) r# I' l
6 Z- {) U3 A) j0 P6 Q
1 _& L0 |. F2 a! C
( T b9 y( D( V2 g1 E7 N2 y! e
' \' O- D& V# W; V1 \
) x0 e. j8 {( P# Q
- g3 G8 |* O3 _. X% @
+ Y! A8 J8 l2 x. m5 E% [- L( f
5 |1 b* }; k3 W; E! w# r- @& X
# z) U6 z& m0 y6 ?* ?
+ n& C3 z; R* g' ~
2 S5 [4 W, h/ P8 |
- i* u: N2 \( R0 _% x. W