南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
/ s8 m. b' L0 g! h/ D2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)5 t" T: f8 z8 w; {9 j+ |& t
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
+ |& y S- g- I( K, r: `. w系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
' B) g0 O2 ^7 n" B! ~( K* A* q6 k8 A/ G, z一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
# B1 ]" _" P' g& R1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？" i( w! |; B% ?# Q L4 `4 I
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。
* G: a4 h/ y3 G$ G: 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。]
8 r8 b6 \) v5 t2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
* _8 Q* P& B' b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。
% y. @' Q" }" N4 q3 v3 |3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
! R& }0 V* g K$ B% A7 P- E/ P2 [) I
" T: S9 V- Y- v W
: Z" S& f8 o5 ^" ~答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。8 h9 X i4 O- F/ O n: W% R
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* d! \; r+ e4、什么是Ekman 螺线？" e% a( I3 I- B- u ~5 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
" z5 s# v P1 `; C' nE kman 螺线。* r. R# N: Y% S/ R
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。: m( q( a* Q _" }) P! _- |; X k
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。9 e9 S4 A2 @: r5 {- M
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
- U) b5 U6 F) e0 }中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
" \' h1 U0 d/ _+ n& z I+ |5 V8 Y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。 ` i0 X2 Q6 C5 T6 z- Y! y: Y$ O, G' ^& J, u
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! a1 ~& T& {( A- }, j z2 o$ K
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
4 T5 j% @* e# Q7 O5 u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。6 T2 q: }! d7 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。3 I6 D% P& G$ _+ p! c4 T
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
3 C$ A" {. [- K+ w答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：# K% A1 a" C, Z
（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。- G4 |' s) @; N$ 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。
- [. R b0 d# I; \: p" M# n1 m$ I1 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。
6 G+ x1 m+ j7 j S8、解释潮汐调和分析。
6 d, U5 L$ v; J& P& ? 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。
; f N5 ^; Z9 _) ?二、问答题(共48分)
2 I7 M% t& i9 z1、（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 V+ f) N1 Q f2 p0 t( t6 g# i+ E答：假定：
. z) Y8 I# e# {- ]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；
! I& J% u$ |* l1 s" t③忽略地转偏向力和摩擦力。, i) s( f* f9 w3 w& d- d' u
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。
, g- F- O7 F! B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。
- A4 W* M3 G. A. u/ k* q d2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
4 E* U0 U; P, D; x; Z+ E, |$ Q
& }5 f9 \4 _, o- O& ?# n6 R! M2 ?+ F1 p" |' 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
0 M% {9 Y/ s6 s! b. e1 @! x( `0 n; F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。' r) z7 `; O9 I* _( t( w0 V3 Y) ?
# O( t8 ?# H# s% [是
' f2 I4 _+ X! N# ^) k
0 F4 M! a0 q% v0 r" K是. h4 e: I! r% i
8 A! R3 Q% ~5 `8 k3 l. z7 {是地转偏向力（科氏力）项, A! p# j7 Q2 J/ S. I& W) w3 g
( F$ j5 T3 n6 o6 O是6 S5 e' _9 x+ o* O
- e0 J! X7 _% O8 Q6 ^, \9 H+ Q
, A, v; J- g& T+ C8 ~3 o1 S是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
% U. R# d2 J9 t- }- X1 y3 p是散度在纬向和经向的部分
# |5 Y' u8 E! Q) j* j4 i: v3、（8分）请解释潮汐动力学理论! {& w: J2 D6 T* Q3 A2 F# ~5 i
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1 w; F" a0 a" W8 X: E+ ~
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。2 \1 f7 G* m4 U4 ^: h
' e4 T8 C3 P4 i6 B. t" u
，说- ]1 S6 U. g5 A% s
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为/ F0 p3 A, _; w4 l# W9 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
S: I' X! L9 c+ L) B1 y- W j6 T1 b; h4 F2 i2 f9 M8 J
于0 时，根据欧拉公式有：) w& V2 A$ S1 z/ m6 C5 b
是典型的波动表达式。因此有：
+ H l9 B4 e& P' ~/ K* W* ^$ {. ^) f* E3 b
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
7 @7 E- T1 @4 ^6 ~8 l; R
! m7 f1 C6 w8 V- n振幅
E. h% i% v( ^8 w4 n6 s5 j0 W1 u" y
/ J! D$ r% g6 }7 P/ {" r, D+ _( e+ {=
: t. H: ^: e+ |6 G: z* l- J+ Z6 N
是' _0 n. Z& {" f. ~5 m) |$ a
6 F4 v" f: x H4 y* f( x. h7 u# f) N. s O) W) a5 V; p
5、（88 H& n# R/ k* a, P5 _7 \: X
8 k0 {$ e- W7 L分）利用风暴潮潮位公式 及下图# Y4 B; r; B r
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
- _$ \+ [6 z" t' o8 c$ l9 U# w& {答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中, E9 V4 i V) e& q o) p7 i' x
（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 U" S6 C; G' Y) ^" S# ^- P（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
# e& R" d% Q0 g+ W3 |- @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。 o8 d. T# I! v# q
答：海水运动控制方程的向量形式为：. t; E8 W( v S7 G$ j0 R+ J
; w3 v) J0 I# G
5 {3 g( N! w% n# E( t$ y2 T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。
) J2 R* l$ r- t2 p三、概念分析解释（20分）* r( N( M9 W# ? p9 v: H
- {3 h6 g5 _, ` i1 e" p1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合! [. N0 s8 X1 U, T" W
7 p: \7 j7 L0 U2 J3 G3 V* L/ Z5 l! J
- P5 K' \2 m" a# l, @$ \
，推导波数守恒方程。2 _. H Y8 l6 M( t# }
6 J( L* C+ i# x+ Q0 I答：根据线性波表面位移的表达式
& E" V* _4 }" t3 l5 C* j
4 a+ F0 S; e3 b2 h3 A0 ]5 v得线性波表面位移位相函数为：0 {2 z" b z) G: A r
那么，波数和频率分别为：
) ?) v# Q' I! {2 N3 O C
# {$ I: c9 s! y0 c则波数和频率满足方程：
% Z% @/ T4 O9 t9 o
+ v# y' k! m3 J根据线性波表面位移的表达式：
- x* m# |* W! F1 I/ s" u3 ]% n: d, ^, V" T/ p) ^% a
得线性波表面位移位相函数为：
9 H0 B2 W k% R# S( J; P& i: ?; l那么，波数和频率分别为：
$ ]3 \6 D8 e/ l2 ]7 [
' K: t8 A9 {$ _4 _4 d# i5 A则波数和频率满足方程：- c- O" T# o8 S: M& o
- U5 E$ A& p9 _3 d+ f. |
可以得成立，称为波数守恒方程。
" J* P/ y* `6 F2 ]. J 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
, F$ \6 N9 _ b2 Z6 G
, O5 b/ t) Y% n: Z6 W3 u- F' C f- F( v% _1 J' i. u* k/ ^/ |6 j' x
! q d: H2 ^* O+ M- B
: p4 N" \4 i& F% I# l# K( F" Q2 W: t! l" n
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。 |
J0 }: W) K& [! d
& t' I- P/ S1 y0 L
: f+ B) \% ~) c7 j" X3 R- L* W3 D t
3 t- [- J1 j7 M% Q: s
! \7 p: X* S2 M7 u/ V; H
. P/ ?; J: S! E0 C# K
( O1 t5 g+ J. H8 O* J
5 H5 h3 j0 [. {/ ^) x6 p- n
% I e+ [+ J' i j) ]' O& {6 S9 b
- p& U3 `- S& O- Y
* l& I! M, R( h) `# J* v
1 _* K1 A2 c. R. t0 E6 U7 w) y
( b( n& d/ r5 V& G* t, N3 `7 v
% f$ \6 a/ U3 N- M3 v* f
4 k' _. x4 `: p3 C! c) ?# W) V
) V- h! Z W/ [1 I; G; W; Y
