南京信息工程大学期末考试试卷（答案）$ ]9 T# l8 Z: x2 N3 E
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)% z3 ^- a( l& |5 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) k+ k" I+ G- `3 j. a
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分5 a* Z+ n4 k* ]# F
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
6 S" a8 x; t$ |1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
3 E- F9 w9 [+ a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。
2 G" R7 v2 N( r, W: U[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。]- B: p( @, r) F+ L
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？1 {" t7 M: l8 |' H& H
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。1 d8 c1 d) D6 X( k3 y$ w: `
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
; e, C) s0 G6 B" ~2 N: A% N% U2 n0 Y% e
* o& W5 k0 W% k" A! ^
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。/ ?: z6 m, S( D! a& w# g
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。3 U" p# u, \% }0 p( n: z
4、什么是Ekman 螺线？
# e5 h8 M& v, w# c# j" h 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4 p+ J$ U/ [" H5 K1 a1 |
E kman 螺线。7 p; k6 C, u& {
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。
. c& S( X' l0 R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。: S# j9 _; m! _3 x4 G
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
! W4 F/ Q% Q( v: y- M$ t9 e: u中的同潮时线和等振幅线及无旋点。 f! I0 ^1 N. w1 J' x
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。1 T% Q! w) p# e
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
9 u0 ~# u* r2 r. |6 b6、解释波浪辐聚和辐散概念。
; X& h4 A G* ^2 J2 n. U9 S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。; |) e. m. i5 Y
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 K' Z. u3 }2 y
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
1 p+ Y/ S! F% ^& y答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
B- o* G/ d' T% V& E/ ~6 A（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。+ d' j7 D, N) b, x+ W' T
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。0 M* o* G0 B: @4 z
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。& x* l$ [+ l& R: p# N& G
8、解释潮汐调和分析。
6 U. Y. d2 v3 v. V0 ^ 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。" k l1 ]7 s" a
二、问答题(共48分)9 S8 w" ~) z2 h5 V
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？ i/ q9 }! ]: d
答：假定：
! L( P5 M3 D! j7 B' x①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；
& P$ R" t/ V* D③忽略地转偏向力和摩擦力。/ S9 x' h: |" [! Y
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。
) _! |- U4 C" z0 T. }: `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。
( l! v1 F! Z+ _2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: r" O1 |$ w8 n/ |+ s) U- ^
* g* z: ^* i- D- l( A- a( R9 w
2 K# q! t$ e9 O2 T, A# z
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
' F4 H7 ?, d% l1 i K& g6 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。
& |! [- \" O- D* d7 u7 X, m' t- ?7 V( k
是& L/ r+ A% a5 L( }
9 ^9 h6 ?$ b8 ]4 R+ Y是7 B) V& |0 f, e8 W
) i7 N0 X- P6 [: W
是地转偏向力（科氏力）项
* M m% ?+ S& i; X6 w" S! s# C2 h
5 h8 Y, g, p# ]! c u4 L/ [ g是
) @6 {* J. {- [' j( n; C. P6 U0 B5 P
6 M8 o1 L2 H) a, m6 E2 C4 R是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。% t9 q+ N1 j" P1 U' G' B
是散度在纬向和经向的部分! M$ f7 N5 C" ]& C" L. i/ ?
3、（8分）请解释潮汐动力学理论
: _' [2 L' C3 ?& E9 r9 d) G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
# J, S. K: p/ Y! [9 f9 P! _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。
# s8 q7 l! p% ]. O* x8 F
# I& }5 I9 I h& z i6 Q，说
/ G7 \) g$ U% }% p$ w* d4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为3 ^% C. ^, s9 U# W
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
# t/ O$ S/ j. P0 e" }: r! e* N0 T
$ j, n5 U! c% J b: [* `+ a6 |于0 时，根据欧拉公式有：+ t# f* u, G( q- N' R* v
是典型的波动表达式。因此有： D3 T( _2 R% A6 T& U
' M- U! f2 w# C
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
w/ X# c0 v: l! Y' G
1 ^8 R' I% z8 _8 N' l' k# ^' t振幅
) e) c2 Z* X% l% | N& x8 G" ~; `
=
. p, }+ ?' f3 _6 C% B1 n" J- \/ j$ ` _3 q! K7 @$ B
是- Q8 }- v1 @6 J8 O w
; W3 x4 g2 w9 ~) q* X x
4 G; K/ Q- ^4 H3 L4 ^# W
5、（8$ v+ {9 |4 S# P: D
8 c% l' n0 V1 Q1 D* f, q0 L5 h" R1 o分）利用风暴潮潮位公式 及下图* _7 F5 N4 Q! n7 h y
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。7 t& z9 c" Y9 o! m8 }
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中7 J" [9 L4 D6 \( a7 a
（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;0 X" ]" L3 `2 e5 q
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。6 \6 z+ ]: a) q9 |/ M Y
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。2 k2 b3 X& a& \/ d1 H$ v6 u0 c
答：海水运动控制方程的向量形式为：
8 x* N) n0 `5 F
6 Z" E c. W9 U$ }# z7 o2 P( @$ f; T1 Y% r
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。
) {# \: ~( K+ S/ q三、概念分析解释（20分）
, d% _4 q- x u- K: D: v1 r9 U1 T/ @* r. R
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
7 t+ D2 e" T ]+ ^& E1 x4 l+ \; Z4 K& R; A- w, u
! x+ K- ^- Z6 U/ Y. f" }
，推导波数守恒方程。
2 A. h9 e$ u8 x% I5 C( |* V& X6 p9 f$ N
答：根据线性波表面位移的表达式- G; ]" p% B" m* B9 {
! G: ?- h0 |( X得线性波表面位移位相函数为：; o! V; S# O- p0 |+ @
那么，波数和频率分别为：
0 ~# ?+ y \, r8 ?. S" p4 `: u0 j; d! } y. E# V
则波数和频率满足方程：6 B! E; t3 i- g& O9 Z# [
( H2 \- o, l2 S. l" H
根据线性波表面位移的表达式：
% l* B# T% }6 Q% Q0 T! q3 @2 [$ e
. c0 X6 Q/ [3 c# [- ]得线性波表面位移位相函数为：
* t; E) t' k! v6 H1 h那么，波数和频率分别为：
# }, |! O" A: ]3 C5 m; Y2 D: G2 K0 Q& u m2 ?6 [8 _0 G2 ^
则波数和频率满足方程：, j8 a; a3 Z3 v9 r
+ P. b% y7 ~2 y2 ?" t可以得成立，称为波数守恒方程。% B+ q* r q) w6 U m+ X/ c( w+ R
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
: o: I6 b6 A0 h6 v1 G `2 D T n$ o
" u4 a6 i b3 x$ x! j0 V5 }
6 @& s+ `0 B3 f6 Y6 @7 N, `( J4 H e. G7 H9 }! o
! [5 b5 [5 _5 r& X% o$ u7 x" i3 a f- r
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。 |
: P% h" n$ e1 \. I7 f" _
( ~# v6 b( I: v/ S
0 P5 U0 Z" o0 N/ r! _/ ^3 H
' O' ], x: c% l. e J+ R( @
5 i# G( k: `8 O' @8 ]' |" u$ q
: v1 g- [7 B8 s
2 R0 l4 S1 G Z5 f
+ E ]6 T8 u3 u* f
7 \3 ^) Y8 Q4 w; x2 D
! j: t# z0 ]+ O$ V
+ B- H% b y: M Q" c" t0 J8 e
* h t' ]9 y$ q9 Y& u
4 y n/ C* t( k
) l5 y1 y) ?: B$ g$ c
