南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
( t3 I( E6 B. F/ p2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)' A7 L' N; ]3 o
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, t( H' X* U2 C2 ~0 C# g9 t
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分5 y/ J$ A6 \# j- M# Q, w! Q
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)9 f* J2 ?! o9 D! O- T6 D
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
9 k9 C5 I- U$ Q3 h. d F# w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。( C* g, s# P1 M: j/ c
[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。]
: }' `: n' W7 f# ~9 u S2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？ } ?% ~, Q N
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。
" c; q+ s) P" C U3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。& p2 s" |1 P1 S0 Y* c, r! M
4 b7 X! E' z: _4 r/ _8 k) q
2 i7 ]1 O0 d; S% R' c' U' J答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。, V5 n/ o5 T0 k+ l/ Q
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。* L' Z6 A J5 Z& J% V; _
4、什么是Ekman 螺线？7 D9 g }1 E/ W w' R0 `; ]
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
) D2 ~2 d" C, U( p0 L. QE kman 螺线。
0 e0 }1 f7 z+ w) a" P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。. E- n9 R! R+ _4 X
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。
: y& q9 `5 k2 R2 Z5 }5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图% L: B1 L7 a8 z9 C( R, R' I
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。 C9 z6 ?2 q0 M7 C# o4 w& S- J' l L
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。
. G" n7 p4 W! ^3 e( T3 u& _1 u5 v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
( b% ~ g8 Q2 T* O& J9 @5 f: N1 c6、解释波浪辐聚和辐散概念。% G$ d5 X% Z5 L. U: `1 x
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。
( h h: |- ? V8 @: P+ F" `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。% w' T2 u1 e3 m1 N0 @
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。( ^- g- p" c0 [. F# r
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：! [5 g3 {0 l4 N) A4 S
（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。
# O( g, B- {- J5 c( n2 d（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
! ~; D5 x4 q; d2 [3 [0 E7 g0 }; e* @' m（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
' }. I: B& U9 S. C7 g1 _8、解释潮汐调和分析。5 D ` ]1 B( b/ I6 g/ a( H" g' f
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。
, k1 u k \$ M: Y4 G% p二、问答题(共48分). w+ z% d$ X- }6 n; I# M! R$ ], d
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？
5 C# R( M, V* v答：假定：
( X. u" \8 P2 a! M4 ]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；
6 E0 Z) y* L1 G9 R③忽略地转偏向力和摩擦力。
) h' x7 Q2 W2 {, C9 M) [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。
- K. T! @7 O/ J0 D& r0 E5 Y: f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。; D+ y1 q) k2 z
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
: \8 ]- ~' P/ U! ~ l5 U
( R Q/ N' s8 R2 F% ^- D# T# P) j4 T
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
. h. F% N/ o4 y6 {. |# s( `- A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。
3 g& O# F$ ~* ~3 d* g
% ^9 Z6 O" l$ I# j8 h- M% A" p. b是
; {9 J* [3 n3 p& K; s' X2 J# M7 j/ E8 G+ l
是' j$ A3 Q. x( \2 W
2 T; E ?5 S: a2 O
是地转偏向力（科氏力）项% A/ B9 }7 O4 d, W
, {" D3 i# ^6 {# t! C/ R0 p是4 |6 ?4 o& s9 R4 H+ V
9 R% V$ i9 H3 ]1 ]" m G, n
?( f' V4 R& `" f1 w; e: ? A
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
- r! P4 F" g! B- d3 z- r是散度在纬向和经向的部分
. l7 F. c7 Y. M$ f1 u- c1 g& P3、（8分）请解释潮汐动力学理论8 e7 l7 A8 P9 e' K P
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
+ _% n( J' i0 `# `& C. Y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。
' b, r! z# l& U8 K% m) ~2 r
7 n( I# e% ~$ ^8 K9 c，说
! T8 d/ v/ A/ R q! J! w) `4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
/ e1 r2 a4 y+ k& q" }% 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
% }" Y! i' [$ \ t$ ^0 C& Q) Y: E4 p" T2 Y
于0 时，根据欧拉公式有：
0 R* V- _5 X/ g5 s是典型的波动表达式。因此有：
2 D2 Q9 A$ }, A% g# [' ^1 ~# P
" c [ H+ [: H. _8 w 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，* U9 _ i$ i# M3 x0 e6 V
& j7 C4 z* x P, s2 ?' c, \% F6 l振幅
9 P5 I! b8 _$ ~: P% m$ H9 v G5 w9 l S9 H) p$ ?2 O( x
=
! F9 t& J9 Y0 |1 ^+ C0 I9 G. s. T+ [3 s" ~( Z9 R
是' c$ V D( Q& H/ [, K+ l, X
) A, z1 f1 d9 c) e5 O
8 M, P! W* v% Y E3 u: C; \5、（8
# O7 O1 _9 j C0 X$ e5 \+ H) y# d# ^1 _* F2 _( m: L3 C
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
, o8 v; l* M5 g' ~$ Z说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。) A* W2 ?$ a% T# x; M* N
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
7 `: I& g. ^+ q2 B' z（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;; ] L, n* ^0 ]3 b0 c8 \
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。: G9 F! M( e) D w5 f
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。4 o8 A$ h& O: F M' P, z
答：海水运动控制方程的向量形式为：7 t; ~' ^. y5 F) A0 s9 D F
. o y8 S2 u/ `4 ^2 ?/ A, p) f/ o' w" c" ]
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。; i: B7 [' p3 S( ~3 {8 L
三、概念分析解释（20分）
: F+ m; F, i" @* l! l3 y: l. b: v3 R
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合! Y0 U+ D Q- R
- B/ G4 C; p9 l9 r& ~0 R
7 V/ Z# N% Q3 L. x! @* h Q，推导波数守恒方程。! ]6 @0 n3 q# ` j3 u
3 }; |0 m! z m. d z8 T) ^; \
答：根据线性波表面位移的表达式: I) [# k: @; n" H( H
6 }% h9 g5 I0 ?
得线性波表面位移位相函数为：9 G' |; V+ i! b# j6 c' {8 p
那么，波数和频率分别为：2 b; A: V' S/ Y8 _- B7 D) H4 S
7 e5 i Y5 o/ z V$ q则波数和频率满足方程：1 J U/ G! b& g$ v" o$ V- i$ X/ [8 g
6 ?7 X# d j2 F1 I% a5 D7 s
根据线性波表面位移的表达式：2 ?7 f( Z" `( b G" k9 [
5 Q+ X7 F( S6 c8 c
得线性波表面位移位相函数为：# U* F9 C% v) R( j# A, s/ s
那么，波数和频率分别为：+ O# j2 |; Z( u+ Y# W$ Q) E
% q# I, K3 A! P. Y# V则波数和频率满足方程：
9 P! ]+ E6 U/ z3 r3 l8 a+ r4 Q4 K
可以得成立，称为波数守恒方程。
. O$ a, _" @; C# C4 v: C 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
- |8 O) ]' U" G
6 m# m/ ~. i) _$ n! ?+ l
4 a: U z) X8 s/ c& N6 L5 l6 ] W. ~/ K
3 T! i8 @" U) S
4 d" C- N8 i, T
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。 |
|; h: }* R( t) I
# A4 h3 {: D' T: F( h
, O+ t8 x0 A6 o& r/ S3 m/ N9 z
, c; q8 e# M' u
. G9 M' M) Z: F; r9 \/ N7 E3 R
1 n/ T6 \" {7 B" ]: Z7 X6 [4 B
* K% Z* ~* b4 ^; j1 P/ w! Y
: v& X2 [9 m1 g4 v
% O7 B1 x) O- ]) i. L
5 U* p5 i1 S) X+ D
: Z2 T/ `3 {1 p, r, f8 n
8 Y8 E3 O0 @. O
2 @+ M6 A N" s. O# Q' L# A
8 ~) `; T* _( C3 C( [9 o- y& G
' E/ O2 d2 I3 x' W0 B$ f. j
! N% x2 s5 _1 U/ S% L
+ T! Z0 q3 |0 s
9 w! d$ P1 `& t4 b0 F3 g+ X3 Y
5 s- D2 T. l4 M5 p7 O! e: E2 e
/ @ P6 ]1 N9 A
