南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
1 d( F: c, ^% s& e2 M2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
3 w |# Z! z$ J8 f3 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; r: @; o, M% S* s1 z
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分" u4 a9 v, \. d% i j
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)8 A! a/ R! {9 N# c: c ]1 W
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？: D0 p( y2 [. j
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。4 Z; x! z7 O' Q% }
[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。]
$ ?3 d: l( d) K, _2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
/ Q2 [) w& a, K; m1 w; L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。* Z/ E/ W" M- h. r
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。9 q3 |" z. ^3 _
: S7 M8 g6 u) m! q& P5 d
/ G3 H: L% ~, R8 Z1 M3 Z7 O
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
1 H' H# k# X2 W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。# V: l' }2 p& J: {& Y! E- n
4、什么是Ekman 螺线？
1 e0 n, t3 H' g; j! e0 D 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! ?% S2 N( j# W& d1 A1 w5 @5 I
E kman 螺线。
7 \1 i; c, {" `' O7 T z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。9 ^( m1 r' |. J- ~9 D
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。
1 x( e3 p5 T2 _+ u' [% X% K5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图/ q. L* L' I# t6 S& O' t- w) A7 S6 W7 ?
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
& X0 {, K$ X* F4 S" D$ @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。
4 I0 `& J6 g. ?: s$ H2 |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
5 _* F$ [& b0 T' A* ~# b" ?1 W: l6、解释波浪辐聚和辐散概念。
& u, I3 A# p/ j9 X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。/ U. h( T/ H( K; v* U7 W
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。
- `* B3 W% B+ O+ Y: c F2 v4 U3 L9 H7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。) M$ I, \- T- q+ H: e
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：; Z5 K. P5 `6 V0 H7 `
（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。
- g( `8 j* ]/ d( U$ A（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。9 X1 L# C' q" q
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。& o$ Q: ?2 ^" F3 H
8、解释潮汐调和分析。% c% G) C5 w: U( T 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。
* R0 H3 G. V$ g4 b% C# _0 k; N二、问答题(共48分)
6 o: u, g% b# v' O2 \4 o+ 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？& j3 H& D$ Q. v& f
答：假定：7 k) a) j, C; o3 b: R, ?
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；, n2 K: g: o4 n7 a' F# E8 S
③忽略地转偏向力和摩擦力。
7 K6 n" g* ^% J& C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。' N2 X, R) ~8 a% y2 H1 @- @
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。
5 M. I3 X7 m1 }& b# U2 ^2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.* B M4 k6 V7 i$ M/ b
- Z" }6 Q+ E5 z( x7 ~/ t
$ ?& |. x) A F: D+ X
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 O N- A4 j3 j5 f# D: _4 q# h
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。' T( F4 \9 q# v: R0 A
- V. F9 i% A' J7 W4 }2 t是6 w5 R1 }* ]* c( Z v8 U/ W
* k+ h1 e9 J# [是, v& P& r& [$ S6 H" h+ s
4 h) T$ [( [ E& H" `是地转偏向力（科氏力）项# }' q8 {) E ]& |$ D( w
+ k' }5 c! e, o( |# R是
- N" U# F6 l0 g
1 w2 M# w! J& X2 o% |0 E* c
) I8 m4 w6 @; ^6 c是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。! j% z. Q6 Q1 D- H1 E% h& k& _2 g
是散度在纬向和经向的部分
3 O3 \) V; l% c4 ]3、（8分）请解释潮汐动力学理论
1 \. p( J2 `6 Q/ `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
5 N$ \2 t1 E/ S. s ^" 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。8 D# U1 o, }( f- T
7 e4 t$ a' e* D' ~# x9 A( E6 m2 v
，说
: C5 U% c4 a4 q. J& y4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为' s4 w6 L( y: q; T
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
7 n' `! x% V7 N
2 ^) i$ T" k( K* c5 A于0 时，根据欧拉公式有：
' z$ P/ N9 l7 p: j) l, q8 D是典型的波动表达式。因此有：
) y# p2 A; K7 _& d
3 X: S3 Z3 E0 j7 p6 N/ X( k3 T 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，( O/ E! { n6 _; x
# R% M( k$ d$ n2 ?
振幅
, P* ?& S* S6 Q" |1 a" @, B5 d
, c; i3 d) Z5 x: W3 q=3 n4 z, I: w4 n
, H( n8 H6 M, a: B4 B- f
是
5 E s% n: u; Z5 C, m: A. c |: m, Y( H( l' t' @5 ~0 w$ C L; j
- Q$ ^7 A2 L. `$ i @# s( ^5 T( {
5、（82 C- V% \2 v! }8 C- p; s8 v/ T* M
* q& p" c3 S! j. D6 D
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
' `7 x$ C) ~ p说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。1 l3 x8 Q8 @. v& k
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
7 n i9 X e0 i( ?1 f" Y4 P（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;
" j+ E3 p5 L' d4 i（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
& Z" B/ N5 o9 l& n6、（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 ?% k( R& z( \
答：海水运动控制方程的向量形式为： s. z% N# G0 b& E3 ?" [
) J; Q- u! l! ]3 f3 n* D
7 Z0 M+ ^% X; a1 j/ |" P6 {% J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。7 E5 T9 \ C' [& g3 J V
三、概念分析解释（20分）% X( v2 A+ Z* Q5 ?' v$ ~
6 H( z! L) A5 K4 S1 ?
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
& b! M# _' L* c V# Q+ H1 P( V/ c: R
8 Q2 {% b4 s' q) b6 ~& y
，推导波数守恒方程。' n- o' R+ Y8 K' `& ]
6 W, P6 s: P" w2 ~# J b
答：根据线性波表面位移的表达式
0 w8 `* v" k2 v, s9 M7 I
; H; a" e& n0 [ {: K* z/ s得线性波表面位移位相函数为：0 k# w% e$ x3 l- I
那么，波数和频率分别为：
/ |. ], b \+ j% t) ~
7 h4 Z& v4 a9 Q则波数和频率满足方程：
4 G9 `" s+ g$ t3 ^; i7 l: U1 k) O3 a- N9 r! J2 u; ^) ?& l) i
根据线性波表面位移的表达式：. S) T9 f2 R. s. W/ \* C
9 q ]2 `! J, ~% h5 R* I得线性波表面位移位相函数为：, w1 \5 |. K' ^! x, n
那么，波数和频率分别为：5 _. V* X( B3 }# Y: Y
/ C% C8 F! q/ e" a& f! p则波数和频率满足方程： l D9 N/ Q2 ^' b5 Q& b* r/ a
( m1 h5 { g' `9 N8 j, C9 q* ^
可以得成立，称为波数守恒方程。7 H: I* ~" z- [
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。' R, k$ v: `1 s" [4 a& u8 j
^& _' a" B5 `# U6 G6 f" t& w( {1 S* Z1 p2 K! l
" a* X- p, ?) r& q* V4 c5 S
# S, A3 E2 x/ E/ o A f
_- _3 E+ [" E! j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。 |
9 }4 G; s" i8 ^) X3 V R( \
/ E9 B% D1 [; `/ Z
) D4 [( M- G) o( J
' X9 n6 p. W; w" ^5 W
9 E: N0 g ? b1 k) j% @
, \/ f) C. b( I2 C+ J
$ @3 A% K' B+ I, I9 w$ s
q& X1 {' z8 A. ~
+ P4 }; i0 M) ?
+ }& F% C$ U# X& F; F
2 w3 ]2 C4 u6 o! }( S% b; t, N; U
