南京信息工程大学期末考试试卷（答案）4 n8 y4 r/ k. ^8 m5 s3 n. p
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
1 i: n# G; H" h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 f/ C+ w: o0 c3 d/ R* C+ Y. ^系 专业 年级 班 学号 姓名 得分: q: u+ a# D4 R% Z5 A) |1 A
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
& s% F5 l* ^3 c( V& A2 w1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？# t0 j2 Q: U* b
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。
$ p5 y- S( L' K) m! R[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。]1 Z* z& ]6 e# B" \' {0 d+ V, U$ g& [
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
3 @* ~) K( {% G- W3 K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。; F# c5 \! ^, Q( F, k _& B
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
6 |# A9 ]& P# w n- v! G' E% a2 D; F
" r" U7 A$ |% G, z, g- @) o( Q5 |答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
0 M H) Q* s# E8 u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。0 Z. X) N8 M8 G7 a6 B, s6 H
4、什么是Ekman 螺线？
: i1 p" b6 ?2 r6 ~. W 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$ b6 D, F: ~+ j6 z! B/ E b- O f
E kman 螺线。
* T# x* E2 d1 V4 r/ Y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。0 x% T! e6 V* H- ?) Q
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。! x8 I1 E' M+ W8 K
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
. p; b; S4 q, V6 r/ q中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
7 \6 J- R" }2 H, s0 L1 |- w* ]2 x" d! n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。 z/ }: p" O9 }* M& ~* P
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/ _% U& A! {; t
6、解释波浪辐聚和辐散概念。( Y4 v# c5 t% C5 Q d7 O4 d
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。
+ M5 [& o i4 q, [" @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。& [0 L& X" A N
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
# [7 W2 o& B! ?7 f: t7 z g答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
6 p- _' X: z& }4 O（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。: m* [% g' h4 O, E
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。& D# x$ c5 X, |9 R! 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。. P! g$ l. {* ~- W+ _
8、解释潮汐调和分析。" j- ?+ Y1 v' H' j( l' 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。( w1 m/ x# b1 ?+ B n. F. y
二、问答题(共48分)
2 I: F. @4 o! l3 k0 R1、（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？
! K0 x5 ^( Q) V: W答：假定：* k" R( C6 J- |
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；
7 d: y$ E+ r! Q& I7 ?. z) X③忽略地转偏向力和摩擦力。( s/ m# F4 Y* n% v7 y, J
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。* i! D7 G- y% s, s1 G' f! D* 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。; i! v% I4 ~8 ^& R9 ^# N
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
. p5 T3 M2 e! b% Z; C7 u, f
) l1 \1 ^2 d; e
9 Y* i, O; @! O; ~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
6 G: C. }9 ~8 S) _' G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。. z" _1 F1 b9 T/ ~) V4 I2 X9 z$ q
1 @1 E5 m9 d$ @2 O" G, J6 S
是
. l5 p1 o4 x/ q& A- M* Y
& q8 a; t8 ^/ c g是 g/ F! m! `- e; f- ?3 {
; a4 _( u4 T9 b# m& B7 g' @
是地转偏向力（科氏力）项
1 V5 c8 @& Z4 x9 Z& O2 m9 H( r+ e 4 N& s+ E0 p" f1 y% C( Z
是
' {- k4 l# Z9 h& C1 _' O/ C5 `
4 t" D9 v: i, r0 x/ t, q
) L" E. ~" e B8 @6 } j" M2 ^是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。. W! I$ p8 `; o- B- [; Z3 @5 W
是散度在纬向和经向的部分
5 e; R0 M! V/ C% x0 y G3、（8分）请解释潮汐动力学理论 _( P9 c" e) U+ w$ 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/ w4 B1 u. e0 f
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。4 A+ u$ P3 {7 v
5 f8 I4 m$ z9 k+ J7 _
，说
- c& m$ x" k6 ]# Q/ g" M/ X4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
; U, K8 L- _) u" e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
+ e% X. K |7 u* C3 G0 p2 k1 M! ]' y: L7 m/ w
于0 时，根据欧拉公式有：, `+ h P; u; s- V7 k
是典型的波动表达式。因此有：$ U; u- n7 q7 D2 E
" k; K: ^% m/ L# v& a 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，* T* F5 ^ J! U9 E$ g
r" n4 c/ T7 o6 m$ i振幅
9 I" B3 P' y$ Q( n1 r5 `4 i
* |/ e0 P: S9 H; n=
4 m) o' O8 S3 W7 d- |4 \/ G. k1 ^' ^1 x& x, Y
是
- O5 a4 B% L+ u; p
! s3 [4 @, P- H5 [$ Q: }7 ]& r8 b5 K- o0 \ u9 y
5、（8( a5 \- r3 D) K$ q8 z) o
3 O# O$ h" c& H# I
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
# C- u: j0 V! y& N说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
4 H$ b% X# T4 {6 |0 Y- j# m答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
! B8 N; Z% n& Q（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;. D/ T7 [! y* \' M! F# o- |
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。1 {; E5 D5 J7 r6 E' p
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。) U# g5 s/ d/ }& P7 l
答：海水运动控制方程的向量形式为：
1 A" b- x% t }# x! V & V) i7 b& _( _! {' @5 y: O
4 U( N8 |: ^$ C5 d; d
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。
8 j" E( V- S$ h三、概念分析解释（20分）
. d* V4 W# m0 H- w1 [
8 s. H4 ]8 U( \) M1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
2 k c- @4 f6 O! T) T+ H; ?9 P% r' Z! @6 `( K4 Z. ~1 r
) L8 I: z! Y, L1 Z8 ~4 [! I
，推导波数守恒方程。
* q2 ~& c+ M) `- k
6 t$ E5 j5 x+ P5 m* @答：根据线性波表面位移的表达式
: n( F5 ^' N/ W d, v& a# V, }
* p& D0 I9 O" q5 S% L得线性波表面位移位相函数为：) T3 g. v. `9 l
那么，波数和频率分别为：
$ \" q$ z6 u& S: }# P
8 [" ]& r( t3 ^2 A5 `* K$ U( U3 L' N/ F 登录/注册后可看大图
# ]: q9 a A6 Q7 k6 b& D则波数和频率满足方程：+ l( u* r( v9 @$ r; W$ I
3 h( o& i4 b, W E根据线性波表面位移的表达式：$ ? a, t( b( A& A( q
1 \6 n! P8 P& U7 b得线性波表面位移位相函数为：, h5 q5 Z) G2 R
那么，波数和频率分别为：6 }2 \& ~; Z# i, T" T9 K" \
3 g9 p8 c3 f5 J% }' T& h6 m
则波数和频率满足方程：
+ ]& r* h8 z. I, M+ V- V! T2 p* a4 X7 J$ V3 x0 @
可以得成立，称为波数守恒方程。
' Q, e, q6 @' N( v8 y 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。% s: P0 k- I, V3 J4 A
+ {* W2 g! T! q0 g& J2 P) T- O+ i8 I0 i/ f7 g1 `7 }3 G2 C; e. ^+ q2 v
7 C+ ]' ~9 T$ z- M' X) Q
/ q0 Y Q4 D6 |5 f1 p5 T1 T( j: k" b. T/ Q) f' ^- l
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。 |
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