南京信息工程大学期末考试试卷（答案）. W7 c2 h. x/ ~7 n( T
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)- O9 P7 M9 b r( b
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
|5 {! h# j! x, f+ W系 专业 年级 班 学号 姓名 得分6 }( e8 W( o" N- U) p0 ]
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
% L; f1 V/ X, W6 K9 `7 }" q- C- I1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
% b" E8 z& o6 u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。
1 r& L$ C- ]3 e; x% k8 m[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。]# i7 c5 r7 k) M
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
# y1 M4 U. e9 U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。
) K+ k0 P) j6 P2 w3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
% g8 {. Y6 ?2 _2 y6 S+ n5 g- e4 A
0 a" g; ]7 I2 o% C+ t2 N- X. g+ Z8 B
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。+ a+ _: v4 b: K+ n
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。
) k1 Y) i$ `) g1 p5 X* e9 c/ f5 Q4、什么是Ekman 螺线？
1 Q" j" @; x" V& |* M) ?: ]& f6 G. z 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5 a% ^6 y% z6 W/ s `5 ?
E kman 螺线。, ~ `9 J. y- ^+ o" V
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。
+ D( V/ n0 r0 R# j# p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。
+ @6 b$ `. W; X$ f" y$ M, j5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
8 z3 Z5 T; v" T0 @5 E, o3 T% [中的同潮时线和等振幅线及无旋点。: w# j+ s1 A2 m: Y1 t; ^
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。$ T+ d! }$ }0 p/ R; d$ l
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- O8 e. d9 s9 n" W7 Y
6、解释波浪辐聚和辐散概念。& C- W/ B; L( d4 a0 a: B
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。; C' N! A8 I2 c8 e! Y3 M7 C
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。. G- W Y& R" ?2 T4 y! g5 U: @* W
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。: J3 @- a; K# {& }$ h
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：9 f3 Q- A, a# i9 l, f+ }; l! C$ d
（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。
: R& m; N" \: f' @5 ~. e4 j- W. e# Z: ^（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。; e0 {# M# ?" z8 e2 L# i
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
! B5 a5 O3 I8 [8、解释潮汐调和分析。
h6 c1 x( P, I \: ^ 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。
! t" D$ C+ Z$ o- y" @二、问答题(共48分)
8 P& V6 f: g( O) u1、（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？6 s+ s- t" H+ R6 b! @: L
答：假定：9 J e, H8 K6 e9 \0 _+ j- i
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；
/ a7 A3 \/ C4 ~) _, P' x$ ?③忽略地转偏向力和摩擦力。5 @7 Y8 X8 s/ n3 x
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。* O( v( f1 C, E6 ?
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。9 t* c( p$ O) b/ B, m- [
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.1 v( U, o* R0 b
) X" u( |! \0 m& Q x! a3 g" R
. Z! R+ D" T% h& a9 ]6 i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( o; K! Y9 n1 d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。
7 T* h% |0 J! U ~4 L% M2 K; }2 Z
" u7 w/ [6 D" B9 W. q7 r是/ q8 d2 v/ F5 e
$ R. C# g: H& `0 g
是' t6 `; G8 q1 q/ a7 k$ [, p2 t
. D, a: e! R, j, R( D( K$ k& g
是地转偏向力（科氏力）项8 L' Y* Y# B7 K: F
8 k+ x8 P0 N; Y. |3 a8 Y8 f
是; E" D# y' Q/ F
8 d6 g5 Q% f! \" O8 M) m
( Z- z3 P$ @$ |是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。2 G+ @( v" Q5 J% t) X
是散度在纬向和经向的部分
4 d' n& g2 p- G4 J; j2 Q3、（8分）请解释潮汐动力学理论
2 s, I2 Y- v7 q4 c4 V: _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
* i5 T4 T( q& l a# ~$ g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。
# Z0 z' _7 U! q; b( t3 h% U! j7 E" c' d$ Q4 ]1 h, r- U2 Q
，说
" d3 q. |* }" k/ Y, o4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为/ w! z* j6 a7 {" @
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. v" ?5 }# z) X
7 M$ k$ t8 c- ~于0 时，根据欧拉公式有：3 }0 q4 Z) c0 L+ t+ f: ]
是典型的波动表达式。因此有：
$ e% B$ {0 z7 c: w4 Y" e% [4 |3 G( z* Z9 }) y* W- @9 \: U/ m
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，/ |2 I8 d/ C$ h, |" H, y
; S Z8 l9 T7 Q y. V振幅, j7 v7 a& y8 k" Y& X& t3 B' S
1 y$ H0 P W' A2 i$ Z6 Y
=
$ `8 T1 q/ D, Y4 s1 `% X* f) U7 q& p; T; L$ z5 X0 ` i5 Z2 {
是
0 C! S* X$ ^' E3 r; T) H
/ Z& Z( s8 ^( v$ _' K2 g# [" r3 L& m$ [4 d
5、（88 M5 p9 B% E7 g6 F6 L4 E
5 V" I! x2 S0 I' X4 ]分）利用风暴潮潮位公式 及下图
" u+ `0 m: |6 s说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。; H0 f2 N: ?6 ]/ ?$ e' h8 B
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
# ~( x5 T( m2 a( {! H5 N（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;
$ h. I6 x3 C% q$ u7 x8 d（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
7 s* q0 }0 E4 j4 t# ]2 Z8 J1 U) H6、（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。
1 M: ]" N6 ^- X t9 g5 x( X答：海水运动控制方程的向量形式为：
; g4 O8 C9 G$ H, r/ j x ]
2 x+ ]* h, \( r2 i3 W4 X0 M5 D
: F3 @# W: I1 z" ~: w" 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。5 G& v( o9 w/ p" g/ }# p3 q1 |
三、概念分析解释（20分）' V ~7 X3 H' E+ [ n
6 q, f) |- p' v" H; L4 g* u! p1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合+ A) N; k9 h. O0 ~0 L, s( e- U9 y
$ G" k; `- b4 Q- V$ a
6 z) p8 D+ h4 }* P& i4 D% m，推导波数守恒方程。
* C' D" W* ]( }$ v7 x" u1 x, L
; x# Q, l( j) R! e, W! b, g, j答：根据线性波表面位移的表达式
/ j' K7 }8 @& E! f6 z* D6 [2 Y3 M8 }
得线性波表面位移位相函数为：
4 J5 } w0 E) W- X那么，波数和频率分别为：
% Z, f& l9 M1 S7 c# a
& H- ^/ F4 y- v. x6 i则波数和频率满足方程：" Y' L, T' @& o4 {9 I
2 }- P& x) r; i
根据线性波表面位移的表达式：
% z9 m0 e: `2 k3 |( a! L g+ @5 I! Y( _1 Y4 H
得线性波表面位移位相函数为：
- B( _" A- X7 e% p7 X. G# j) l那么，波数和频率分别为：
% T! X0 F! B" ^; ^8 k) n5 K+ u& q: _4 I6 |0 L% @5 m+ o
则波数和频率满足方程：
U/ N, f( o- c# h% m# U) f2 o
1 ? Y4 U/ {! K0 v: C可以得成立，称为波数守恒方程。
8 y( d6 B& |9 V8 k( `9 Y6 D0 L 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。2 Q& f* j$ s% Z3 w$ k) X
! \6 O) ^* f7 z9 \' U6 Z& e$ E4 `
2 A7 R7 n4 I u& t$ b W
3 s% I: i3 X' L/ o7 c
. @" l. l0 ]; e5 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。 |
7 q; x o! _4 n- W4 m# _2 l
3 ` c5 S: z5 t0 x/ C: t5 x
/ R: _: ` n3 D V+ W
# w0 N4 Z4 d8 s! ]' S
1 C) Q3 ^4 w, j9 X$ R- k
; |2 S% Y# D& r9 x7 j( u1 J
* d* i1 f. I7 E
3 @" v2 R% M; U* ~3 v8 U Z7 {
/ c% u* K6 r$ Q" q4 y& o1 s. V
8 g; _% R/ o' O1 [% X1 e
( K; _$ {7 M6 v5 \
. V) F5 l) ^, H+ Z, O7 i$ h% j
' `* s: N6 V% v$ c7 y! y0 j5 W
0 r" G2 {, N* _+ s) |
" x6 x8 Z6 r9 [% h/ J
5 Z9 C8 t* [/ V/ h4 o$ Z
2 G1 j9 t, s4 Y; I/ r( J% l# a& O5 G
g+ m. n9 M: ~1 ]
7 u3 \1 ~. b: A f* b* J
2 V$ p6 c7 b+ w5 V
