南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
v1 k0 ^, u# ~: Q; p9 x8 }2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
' b+ m2 w* m/ r5 i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3 H) l# j; \6 ]/ c6 ^
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
7 p, e, O( c4 e7 t; k4 o一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
! Q% g5 l/ L. S4 |! B ?5 {+ i1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？+ g2 i) ~( [$ _1 d
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。
- ]* M5 X5 e' B) S[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。]
" s$ @$ `" ~7 H/ g; H3 o- }0 e" i2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
1 Y% |$ }* p3 l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。" S# [- ^2 i* V9 _7 G6 V s
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
. q4 Y; H7 _1 Z" k; o7 P* s- i
; S+ n8 f2 C# n; |/ D! t+ v. J& a7 N* F
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
9 w1 X" a4 U- Q+ 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。
" u: l* D$ {7 w4、什么是Ekman 螺线？( Y& B+ q" C9 r f; O
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4 X# C) R% |8 M0 H! K$ |
E kman 螺线。
' O1 }) F- u: w5 k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。7 D; @3 n$ P7 r. e! I- i7 ~. f
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。
5 X" B5 e7 b1 ^) X5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
5 i' Z% D3 ?- T中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
( g5 r* j2 u: U( j' M- W0 Y" \6 `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。
9 c: M% f/ f$ e2 i6 ~/ k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
) M% c: r: U! I2 N0 M6、解释波浪辐聚和辐散概念。. V8 w6 D3 H. c7 b1 R" d7 M+ ?
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。7 I3 z* X1 P) z6 {, p @
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。/ C* `8 r- u$ a3 c
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。, Z2 T8 U4 N+ i1 F
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：/ g8 Q/ |4 V/ [ P, w2 h. v3 _
（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。
7 E5 j7 {* @% @（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
: P2 z( h+ m' R6 B+ G（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
8 d, s$ g1 Y0 |+ b( d2 k8、解释潮汐调和分析。. p$ `3 q5 U4 e
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。
- q6 @( c( P. ~" t2 K二、问答题(共48分)
3 _# S* T( u7 X+ w1、（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？: B$ {* y& j4 l
答：假定：4 Q. Y4 i6 A" t, a) G! Y! _' |
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；
+ b. t2 Y. p# B- V8 {8 P③忽略地转偏向力和摩擦力。: s) t/ y# @3 p) h% v V* W
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。
; f5 }$ ]' p$ h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。
; N# b5 q- L6 _* V1 G2 M! D5 }2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.% _# Z' [, g8 {; t2 c0 n
, _7 `% m. @, O3 ^7 P4 T6 `
, x; k1 k9 Z4 M
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+ V! L. G! e D1 _, p
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。9 q; v, E1 p) K
: M2 y: H% P4 j1 q是
- d& b% p+ h* F4 P% _0 B
( j' M# S' X6 f8 X r$ y0 K* ~3 D是
& o/ I* t! s. [; I7 t; Z2 N) ]" Y3 a. [" p/ g7 K
是地转偏向力（科氏力）项
1 G4 k5 Z4 x0 r1 I 5 ?2 E+ L# z9 D6 c
是7 h% |, t+ p& T9 O7 s
1 P/ g% s/ K1 R2 v9 D
: T# H: D" Y5 K8 Q% B# J( w$ H是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。) J6 [/ I# @0 S
是散度在纬向和经向的部分
4 |8 Q0 m5 u' ?2 o0 Y0 A3、（8分）请解释潮汐动力学理论' q! A. l8 X: l2 M4 Z7 Z# l" 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' ^' r8 a- U7 w4 V
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。# w) f5 @1 ]1 m+ f; o+ l U
3 b o" a2 \" w% g3 |6 J，说1 \. C' u# m g- n) x* L; @
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
( P- k8 K. d8 X, U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
% ~/ i. x& v+ {& a% t d6 K) S' D) w! H
于0 时，根据欧拉公式有：4 Y. s- l, W+ w' ?1 s
是典型的波动表达式。因此有：
1 r7 |. S F h) S; ~- l3 g7 ~' R4 w' C3 U
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
' [6 A7 B7 F' t* b1 s
& ?6 i0 D7 J l/ q; @振幅" q- }) I0 A" d$ F3 b4 ?
# V, O# ^6 U6 M+ T, x k
=' E/ ^9 | |* l! G
. V' F( t# Q- S' }. K是
: S9 k' M, M$ m) m0 d2 v, q( Q6 m. Z; `' @. T i+ J( U
' u" K, I' L( a+ f3 g
5、（88 {. D* Z: }& f( J
& `9 V$ m9 E8 t7 M9 o8 h! V4 Z分）利用风暴潮潮位公式 及下图
$ w4 O1 e/ c0 L0 o说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
4 ~. i5 t8 J5 U+ o% T& y' c/ U0 Z答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中2 i6 m$ ?2 @' C4 k( _6 X( m$ P
（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;. h4 _0 ~6 p( A
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。* C# n1 ` |, q1 q
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。% Q' M1 B' }+ ?) L( m/ w
答：海水运动控制方程的向量形式为：+ U' {" |8 n, F5 Q
9 e3 D! S8 c& X8 d; B7 `0 h; f+ B9 v% G. n* n5 R6 A: [
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。! p" l% U% w( `
三、概念分析解释（20分）
3 N/ F9 u3 Q- h4 @6 z; V) o% w. M Z R$ H
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合5 j& H7 B; k: o S; Z/ }
( H3 f- A- \8 G7 F
# g N! W, j" D! X( F' C$ {，推导波数守恒方程。
! U! \, A1 o( n- F+ d6 ?% E# N8 u% z! N
答：根据线性波表面位移的表达式
" x7 G$ m0 N# I) G* V& i) b& p& f0 L( N+ K: `( f) C
得线性波表面位移位相函数为：
7 z" D U2 A/ ?; R( }那么，波数和频率分别为：
$ ?! V. i) w8 F/ l
: K2 e q$ b" V- |/ P则波数和频率满足方程：
& m0 _7 W* p/ m) ?3 o! h/ u3 n
0 l& u" g3 ?9 Z根据线性波表面位移的表达式：
# e* \; A# ^, ?; K; E, w
/ K3 C9 z& J* ?5 d( i# G+ B得线性波表面位移位相函数为： D7 n: j) ?1 l, [
那么，波数和频率分别为：9 t% Y8 z2 x* L" Z! C F" L0 z) _
! i, S4 }% ?5 A; C, H
则波数和频率满足方程：0 g( n3 D1 w& s4 ~) t
+ p5 w! J$ @8 H( |0 A* U, y7 K可以得成立，称为波数守恒方程。
4 W# H5 V7 u( H; B( u0 p% V3 m 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
' g3 v/ e0 `% k8 a( j
! Q3 Y8 l8 P" h: }9 m( F
- X0 O5 o* V; r" x8 L9 C, z, p8 y% D Q8 `
2 m" x$ L4 U2 W t; P0 R7 g& L1 M- T K9 ^; ?& \" R H8 S
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。 |
$ d7 Z- M# q! [# b+ j9 o
, \, b+ g; J( O
' G. H J% ^; }& d
* T( `0 |: \( u. X- h" N: H4 c
3 L7 f. r8 q" Z2 A. [/ `
3 Y8 U& y/ O& r9 `( ?
" T. Q: _+ `$ Z
( a: u! [2 }' J c
2 W- l! b3 w2 g* l
. h& l8 n0 M! R! [; w" {, m# U ]
) K/ _% b* M9 ] L$ U4 J9 m$ X
1 Z. @) z/ [2 S/ k6 O. j4 {5 z- h
! s6 ~: [; B% T% n* b! E/ L9 G8 e
$ @& n/ ]6 {' t7 P
8 U+ x0 B% I6 k% j6 y, w* M2 _
' z7 Z7 z% C# t0 J
: R: R" A$ f2 u7 y! \) \. _
% V' k! d% P) ?4 f9 L+ y
" [! T& R k' }
6 M {$ S0 @" t1 f) z, u- E! ]; p6 R
6 J+ w R5 {! X7 T+ w5 H2 D
0 ]8 \* q$ m' w