南京信息工程大学期末考试试卷（答案）3 Q5 H6 p6 S) K1 j
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷)2 J" T: b5 Z' O+ B6 m9 e) ]( A
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6 f/ f3 q/ N, C# B5 U
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
+ L$ I4 ?3 T% m5 W7 H一、简答题 (每小题 4 分，共32分)- ^) T" p8 r+ U9 p
1、解释什么是内波9 K ^6 T H3 A, o. `* [
答：海洋内波是发生在密度层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部。波动频率介于惯性频率和浮性频率之间。主要控制力是重力，浮力和地转科氏惯性力。所以内波也称为内重力波或内惯性重力波。. j0 M1 n w! a X3 Z% c
2、什么是梯度流？2 N7 B7 k$ r% K6 o
; d" P" A( Y& H9 @) r0 `, @# {
( Y- N( {8 R0 Z# i. l/ W, i" f答：非均匀密度场中大尺度海水在压强梯度力和 Coriolis 力平衡下的地转流。这种流动基本上是近水平的，可近似认为是定常的。0 M7 Q, m$ W1 m- B: f+ U% K5 [. B" f3 I3 i
3、有哪四种潮汐类型，如何判断？5 E& G5 O( N2 Q3 ?4 o* g
答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.- R6 v$ Z6 j' \
(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.5
# [/ S8 a0 V# ~' f: u. C6 N(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，
7 H+ M& O" h5 I4 L+ N4 X
4 R; o# m6 E5 b$ [; x; n(4)
6 Q: Z w7 b# P; f特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比., U$ C! n; K1 j- v! q; V
(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；
9 ], M- A* o% KM2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）
) ~7 e& {0 v& ~4 { 4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
; P9 H: h3 U( `- D/ k, X5 v f1 f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。
. O @2 z1 J4 k3 E9 L# x/ ^$ s! ^9 X; X1 ]. ]' }8 e6 l1 t
5、9 v x) ?1 ^; n% y4 Z! c
答：N 为浮频率，显示了密度层化环境，密度随深度的变化的不均匀，造成了浮力。3 u, b- ]9 {: H5 T4 ?9 h
6、解释波浪折射和绕射概念。
. |$ A0 L+ {2 d# D8 e" i答：由于深度的变化而引起的波向变化的现象，称为波动的折射。: Q0 ^$ f2 g, Q* \. B. t& S
波动在传播过程中，绕过障碍物传播到掩护区域内的现象称为波动的绕射。
- A3 \* C# c7 Q" S" w+ ~7、什么是潮汐调和分析？
, H9 l; r& r+ d) I) x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。
* }# m3 V1 z8 G4 c7 Z. T& k0 `8.简述能谱的含义。
9 S& x( v/ b8 s, U; v" k8 [. e答： 能谱表征频率区间内所有正弦波动能量之和的平均值的大小。能谱描述了不同频率波动所对应的能量分布情形，描述了海浪的内部结构。) ?7 s3 e- M3 j% H
二、问答题（共48分）
1 h' S" L7 w! z y! K1、（8分）说明内波与表面波的区别。
2 {% C [6 w; V( J9 x答：内波和表面波都是界面波，它们没有本质的差别。表面波也是一种界面波，是发生在密度很小的空气和密度很大的海水之间界面上的波动，也是一种内波。, p- W" x( V _; E8 n$ ]
% _8 @" f1 o" K% ]* g自# y+ B7 a; }6 g6 ~
2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？0 b0 f F- D% u& O
答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。
8 d# `8 _ [5 O$ e海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。
( u8 ]& h1 {* W: ]稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。& u5 |2 N- ^" s# X9 h6 u& t- H
能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。
! C* S) e& R5 C7 [# }3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义8 j& n# F, r/ ?. E
4 b8 i; G0 t3 b+ A, A
6 o/ G/ }% E: B! n# c答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。. m9 w9 l6 \6 c* w
第二个方程是连续方程。, o) n& {, }# O% ?* l' O# o# J) i
1 d# w, r) C$ t7 N- Z! s
* o: F8 J; m$ x X+ F2 G( o
6 l- O; h8 w) p+ P8 n% r$ _水: a1 i9 I5 f9 j, l
压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项5 x9 O0 j7 D- F
, H( h/ C9 f8 L/ J
散度水平分量
+ x* b% u; U4 Z- @4、（8分）说明海峡中潮波系统由那些波动组成，形成何种特征？+ u( W, t0 f% m8 X6 ]; D
答：海峡中的潮波系统包括：沿正负x（海峡）方向传播的Kelvin 波、一系列的; o. q/ K. {" C, X- j: d* ~( @
& \0 `+ \0 q4 t& ^3 k$ ]& C 5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：
* k, }1 G8 ?6 o) F, W* a答：狭长矩形浅水等深封闭海域中( Q3 g; c. A t( H O& {
（1）风暴潮水位为线性分布，迎风岸的风暴潮潮位最高（x=L），背风岸风潮潮位最低（x=0），在中点处水位为0；8 j1 n+ @0 g8 G0 K' w( T8 U4 q7 P
（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。: s7 c g7 J9 r8 s/ H) D Q
6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。
8 |1 {; ~$ x+ @ F1 L( E$ x- `5 F) L7 _4 Y o* X
2 x1 K% ~- t- b( z, p& |
答：该方程组为海水层流运动基本方程组。方程中按顺序分别为：运动方程，体积连续方程，盐量扩散方程、热传导方程，海水状态方程。. I- N* Z T6 w, |0 Y& L! {* ]
四、概念分析解释（20分）
, z- n t, L" \- r: O9 h: w! K: k# ]1 \. ^
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合3 \' t7 | `& Y" M8 l
, M) ^( n/ B$ A4 ~! D) y+ w3 [
# u" s. {7 G4 j，推导波数守恒方程。
; T" G/ N$ b, l+ W/ _* F& M# r* ]1 o; I6 E
答：根据线性波表面位移的表达式
2 ~9 d( d, J, @5 h# }
( f* C5 [2 v% W* X0 M3 Z得线性波表面位移位相函数为：3 F% p' E/ S1 W$ ?+ B! G% ~
那么，波数和频率分别为：: K- _3 q/ i9 u5 L
# z/ W5 @7 P# e" t0 ^, m- w则波数和频率满足方& A( O- m( H& o% y3 P
程：& v# Y8 }" p' J; U* _
?" P7 m5 A/ d* F! Z" E
G' _1 ~$ X) K+ c1 O* G+ o. {2 p
根据线性波表面位移的表达式：
* g' k+ _8 _% X" Y; v& b S7 R( t0 E) g( F& j4 v2 l
得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为：1 _$ g' s6 N7 T9 o
则波数和频率满足方程：
& j4 \1 r; ?# W
/ u- F; r0 ]* I, C0 C* r# R2 v# f$ y1 @9 c. t+ o3 b( ]. I
# ?- G2 w% I: ?2 i/ X: l6 O) L4 v
可以得成立，称为波数守恒方程。9 y8 }7 @' |! g
说明陆架自由波Kelvin 波是如何构成如图所示的海峡中的潮波分布特征的。
" D$ C4 X& h& E2 a" @+ I答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。# Y5 ?7 v1 ?4 p1 K4 |4 ^+ M
线减弱。这样两波汇合，在海峡中线形成了无潮点。潮波绕无潮点旋转传播。 附件1 错误！文档中没有指定样式的文字。-1
% j5 Y2 x; D. j3 T) }8 L2 （10分）根据图示指出同潮时线、等振幅线及无潮点， 当两个Kelvin 波沿海峡两岸相向传播，它们是右界波，左减波，即波振幅沿传播方向左减---向海峡中 |
' U P9 b% X! \# v
/ y7 o( @# O7 L/ u) a
5 `6 Y. P# f4 H8 R5 @+ { V; f5 k9 M( E
* d8 R+ W8 O4 }, P" [. U
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