南京信息工程大学期末考试试卷(答案)
: L, ~6 X1 b1 g8 C2007 - 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)' H6 q) y3 w% 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
0 p9 ~! ]5 E+ s) H9 O1 u3 I" m系 专业 年级 班 学号 姓名 得分3 f) r- |/ A! K3 t
一、简答题 (每小题 4 分,共32分)
W* B6 x& M* a$ h0 C. _! {1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和? j$ `, |5 ~$ T# I8 G' \
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。" K# t9 w9 M( G$ 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。]
: I% |0 p$ l, P9 ]2、海洋下层以什么环流为主,它主要携带的成分是什么?: j7 F( q0 k) n$ 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。
1 `8 x- Y) @4 ~3、请根据图说明是何种类型的潮汐,为什么。
, K4 h$ F+ a1 {: b
( Q0 {9 T/ u% w2 r+ F: f5 r, @& J( Z. g1 u: {0 m
答:左图是全日潮,右图是混合的不正规半日潮或全日潮。! l# ]7 M; t& Y! t* o# h! v: p/ b
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。
5 U3 Z5 {+ H; j# u1 N( W2 q! @4、什么是Ekman 螺线?& F8 p- W# f7 e4 ~$ y3 x4 v6 p* U/ S- 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! C* K( t0 Z. E& I8 {
E kman 螺线。
/ o$ d$ I6 ~9 `% P3 X5 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。
! Q; ?( Y7 c% Z1 F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 P5 x' M) ^* a! J5、什么是等振幅线、同潮时线?指出右图. h. d( ^5 t$ V4 |: O0 E
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
6 P9 v) c) R% n- E5 |# K. \) r6 U6 L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。
/ }( V9 F0 Z% |' Z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4 N4 N6 H v3 G3 [
6、解释波浪辐聚和辐散概念。2 s# y( \0 o; a' U3 y+ H
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。$ X4 C" |5 E6 b0 B
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。. v1 | T( d8 `7 a3 Y0 X
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。3 `6 _9 f$ f/ M6 @
答:大陆架风暴潮可分为三个阶段:/ a0 g* S B( \% N) w6 w
(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。
, {8 S! t5 f7 e( d(2)主振阶段:海面异常水位升高,这个阶段波动称为强迫波。% s" y% v% z: w# M z4 s
(3)余振阶段:海面相当显著升高,这个阶段波动称为边缘波。4 D2 |% |) u& K( p
8、解释潮汐调和分析。
# Y( V, s) e1 w7 V" r: |4 n 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。9 _3 e/ ]# w2 `
二、问答题(共48分)
4 T# w, z" T& L1、(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?' o+ a- C( l9 z2 t
答:假定:: s+ O$ F+ Q i1 |
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;% K% B) M5 }- U3 [ `( m- R0 V
③忽略地转偏向力和摩擦力。1 b7 y- ?8 n* u" T
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。3 L, a3 K* B, f* o! S* p- F7 r
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。0 r3 a. ]/ i; S9 E( G
2、(8分)写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
# W q3 m4 D8 ~( V1 q; H
G' j7 ? q D& g1 R' b" w1 Q+ T
A& @! a% s) s) Q8 O6 x/ Q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3 A$ ]# N( g0 E: l y( ?
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。
) Y v: ~- t0 E& Y& e5 z1 U+ ?1 r( d7 p
是
' d1 |) V$ q1 v- m z9 |5 j) N, A: j) v. {
是0 w9 V! X" G& d; g0 P& Q
$ g6 J" W( H2 H3 x是地转偏向力(科氏力)项5 c2 E5 M- O% K. C) p% E
5 ^1 {; K& v; C, W& ?/ s
是
* n5 T- C5 y6 {4 }. A' ^8 }1 ~& |" { H9 X
' D" N; x" l' X1 K是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。8 e/ E( {' t6 Q. e! L
是散度在纬向和经向的部分) g4 M" c2 ~/ ?3 ?2 s; [
3、(8分)请解释潮汐动力学理论7 L- ]$ h8 L( V% 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
) y3 }0 l7 l4 s( v0 n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。
, z, Q2 f0 v, @ p6 y5 C
0 q9 L! l, O1 y,说 t* P6 ~7 m! i e" ]" k
4、(8分) 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
8 [, b2 F' T0 x3 }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* [$ C& b' o9 q4 j, T
: h6 c: z: y/ V3 ^% ]; J于0 时,根据欧拉公式有:% ^9 S" {: S: C$ L% \- ]4 g& R- ?
是典型的波动表达式。因此有:
1 V3 U; w* R4 {* v$ d3 T, w7 R' _4 \; q& S7 j
面向波动传播方向,X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时," Q1 U/ f) y* T- D+ b& W
7 n9 Q, A$ M5 Y: E# x1 a3 k振幅# s6 S2 n; }" g: y* Z6 z# d. p. ^9 D/ c
% H& ^& j8 J% W e$ C! N' I=
7 K, \( v/ z) z! J: ~ ~+ F: L. e3 X P# p! U: [' t6 \
是- k5 ~: V' R. m, g+ V S. }, S0 z! R
; i/ d- y# ]. f* {* P: v9 S3 u3 U _
/ h! j1 A0 c' i3 J o* O5、(8
! e, ?+ v# v t k/ N% N, O" G8 J2 e2 T
分)利用风暴潮潮位公式 及下图
2 l2 P7 U2 t, N说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。/ I( t* G/ K3 h* {% L' M" f" ]2 S
答:狭长矩形浅水非等深封闭海域中
, c+ Q! t' U% [$ j(1)风暴潮水位由于海底坡度的存在,风暴潮潮位的波面为曲线剖面,风暴潮潮位随x增长较快;( A% p' A/ U4 G
(2)当阿法为0时,转化为平底情况。7 G% V+ C& `; X: A( }( t* t: Q/ O
6、(8分)写出海水运动控制方程的向量形式,并解释各项物理意义。- A1 |& u/ T& t. T9 C
答:海水运动控制方程的向量形式为:+ {% T0 b% Q6 S/ t
% j, A9 y4 D! ^* h. A+ g
9 K# H m! c# b
从左至右分别为:重力,压强梯度里,科氏力,摩擦力,天体引潮力。
$ p" u5 G! n* o$ n* T0 @3 n三、概念分析解释(20分)
7 i3 D) l1 B: X, u" s C5 Y% C, O0 ~4 q Y+ v; L& G6 i0 o
1、(10分)利用线性波表面位移的表达式和合
, I) @1 g) ]/ y& z9 u6 X- b9 [; ]6 m" f
( Z! m, z( u8 w! P1 {
,推导波数守恒方程。5 e& I1 ]6 [& O' J8 D; b6 Z
& G' b3 }. F5 {7 R8 |) s \+ ]答:根据线性波表面位移的表达式! `* a5 {8 A' Y% f$ d3 F
3 C4 M7 m6 b: d" ?2 m得线性波表面位移位相函数为:
3 q& R: o0 B# A7 G3 n那么,波数和频率分别为:9 P& Z, z( P; _2 V$ s( \) o% }
$ |; s6 ?0 E6 F0 z; d
则波数和频率满足方程:1 f4 R6 A' u2 k8 d4 } B$ m
4 t0 k4 B( L& e; \& `
根据线性波表面位移的表达式:
\5 Z( |: f. M) A* [- C0 u) G
得线性波表面位移位相函数为:
" r" N, n1 n; Z4 n7 y& E- f4 c那么,波数和频率分别为: ^+ ^) K7 u1 ?) W, K
: U) m. O8 E: t0 W, [0 l
则波数和频率满足方程:$ N% V0 ~& o# v7 r
8 p! Z- f% T9 A
可以得成立,称为波数守恒方程。
0 g6 {, V; e+ s8 |3 v- w% d' q( [ 2、(10分)请根据图示及公式解释海洋内波导管。! ]% p; i( p$ X) _/ y5 ^" S
4 k- C" K2 O7 ~* O! p
7 ]6 ?5 q z3 s6 G, M2 D$ B1 c: Z- M8 n1 q
$ W& r* a' r( o1 d0 _% P9 l
. {8 W! z/ G7 P s7 Y' s, _ i' S, 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。 |