南京信息工程大学期末考试试卷（答案）; y/ ?& W, `2 A }
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
; n x1 P6 W1 o6 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* u# e% f7 J3 a& F, R0 L) ^
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
! Q/ r0 D. G( X; s* k9 l一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
, T0 j7 _% O k& _1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
+ F6 x1 P. l* D6 Q; Q% z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 R2 V& H* d0 F* R8 S! x. Q( |& n[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。]* ` L4 E7 A/ ^& `( O' M+ Z7 r
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？( F1 q' g) T6 C* s
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。" L$ M: w5 s/ L- _5 N# E
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。) @* q. U) i& t3 Z
+ z# L5 o0 l7 {
. }4 N b4 o1 V. ]1 n0 |, a
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。* g S/ i, a7 u# s
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。
4 w) a( Y- S# ]$ C" q4、什么是Ekman 螺线？7 q; ?4 d4 A2 c5 Q+ E) a& c/ o2 p9 i9 X
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
; D" \$ J& E( n4 D2 K# }) LE kman 螺线。2 d* R! Z8 O9 }& h. ~; s0 O" L
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。
. p* ~" d" q( @6 o- ~0 E8 ?: 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。
) l$ d4 P- s- ? B3 q! p0 Q& O5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
1 w4 w* F$ z* a* W, C8 l# \中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
! k1 H$ u/ e! W, R, }/ H6 E- ]. W6 ^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。
; H6 ~6 ^0 a+ u- \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
8 m0 }* I/ x0 \6、解释波浪辐聚和辐散概念。% X2 }$ ~+ e& K, |6 f5 ~
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。0 T1 P" h& b$ U, \' q4 z! i3 T+ `/ f
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。
% i# l6 i4 T) ~8 z9 M& J/ h7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。% @% g: [; u6 ]1 V/ C$ x
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：; R5 D/ R# J" K: I. p0 n* k
（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。
# {% d2 A* p: a" v6 I0 ~% `（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
& T5 ?3 e) z! j（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
% ~7 q4 ]7 @ R8、解释潮汐调和分析。
6 o2 `% Z! L: T/ B/ T& p# r 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。
3 z9 }! b B7 |4 ]4 V0 {二、问答题(共48分); B# ]1 S. p# ~; j
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？) _" O/ m5 e* |/ F* L' p- m
答：假定：: |" I$ X4 M( @$ ?2 ]6 S
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；% e& ]4 w, K: H' e8 N" y
③忽略地转偏向力和摩擦力。
7 \' I" V3 Y* Y) O: W( b) _- k$ r6 g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。
, X$ l- l) P7 K3 C9 l" J6 U% I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。6 @. W: w5 i3 z
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
* B: k9 I& |1 b I4 e- l0 Y. Z" a' m# V% v4 R
8 C K9 ]& [' G! T& @- |
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( q# U" @! h3 T" b5 q- U! t1 A, F
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。
& |4 @" o# S& H4 u% t; `! N
0 W0 S+ i) O1 a2 ]8 P是. c5 `6 b4 w9 N1 l$ H6 l
( l/ O/ ~, U$ p2 w! x
是
6 H' @4 B/ S5 L, `5 p* N4 k$ S' ]$ t/ k- [0 A, J7 |
是地转偏向力（科氏力）项! X0 K# e9 [! D/ t* U) ^+ q( f
8 }# Y: U5 U; Z8 o* {' s是
' o$ n4 ^2 }+ p7 o8 I
4 @- k- u. A# S& a8 e- i( B
: w% H4 T s# A是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
1 q/ |: G8 Z& X! \" ^是散度在纬向和经向的部分; b6 c% B4 ]. Q
3、（8分）请解释潮汐动力学理论
" S0 d/ _3 N; U& [/ r3 ?6 z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
' w1 M0 l2 X. z- T6 W \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。
6 t9 z& _/ y" T. m2 r \! ?+ }( N" Q& A. h2 S
，说7 R2 }3 |9 f& i! q. p, a! D
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为 h+ [) [) ?: V5 r5 Q; H6 v4 ?
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; W% w0 U" o) A8 b/ w( B
3 Q d# x5 u- q% A" D6 r5 d* X
于0 时，根据欧拉公式有：
5 o# u* Y6 J( }) [- K1 `; `是典型的波动表达式。因此有：
* S5 x( G/ F8 S! @" {, N% b# }% t5 v3 k( |
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
7 n5 z/ O4 D; V5 F8 X# |* @9 Y9 H; ~+ t$ m d
振幅0 x# R0 ~6 U( k/ u+ T
, w8 h( C) W: F( v* [=
9 _! h/ H* U6 N7 n- ?/ x) H/ G2 f0 }# e
E7 }; \$ \1 p5 L" Q& G是2 p6 l) L- P, C' d8 \) w( l7 F9 @
: ^2 s/ \7 f, O/ F5 k. J0 ?7 q% W' t5 N$ m- j$ g) ?9 W
5、（8( C. J; c7 |# \5 U, ^
, _" p0 w4 F3 C, m' X N
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
+ @" j0 E. R7 Y- B说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。, [1 `# f2 X+ o/ z3 l. B
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
1 v$ Q' `* W, P- g( 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;
9 m5 m& A+ D" M5 u7 w（2）当阿法为0时，转化为平底情况。( J4 ^' c& u7 b9 l# I( w0 B* a2 K# V
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。# _7 p$ _, h9 O" Z, F7 t
答：海水运动控制方程的向量形式为：
2 U [+ N9 n7 g2 w6 G3 w; n, c ; h, J5 M+ r W
! t3 M0 M% M. h9 w$ K. ?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。! O+ b0 J- Q! k! _
三、概念分析解释（20分）8 y7 x4 p( W* g+ z- y/ g7 D
' W" n G9 J. p2 C7 t7 T1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
7 {- K4 x j! R6 r9 A; j
3 y$ _$ E$ g7 A6 T
* o9 b/ _7 M6 a: x: w. H，推导波数守恒方程。 f5 u- C1 K2 y7 G# I
# f z# |* y- l& R
答：根据线性波表面位移的表达式
5 | J! Z* \( g7 [) L: s# n) q5 E" y6 S; k- Q
得线性波表面位移位相函数为：% b" t! n/ V( V4 P
那么，波数和频率分别为：9 g8 _8 w' W) h6 D4 x/ }
! g' ^, f2 f$ @- N0 M
则波数和频率满足方程：
% Y* B! B8 i7 P0 \4 V. Y: b8 [' A }/ O0 T- L- d) C
根据线性波表面位移的表达式：6 L, I: R" L- e: q
( U% Z( }! j$ {+ o0 T
得线性波表面位移位相函数为：! ]- m1 p1 j; Q! L* j
那么，波数和频率分别为：
2 t# X3 ?/ f( J9 V7 e3 } G; M1 @4 ~/ a; q. a+ D' `# h$ X
则波数和频率满足方程：
* d; x% [+ F* |( A8 }. o5 O
/ c1 ?/ | N) X( ]# ~ Y0 u9 U- V可以得成立，称为波数守恒方程。3 D$ V# W, `7 P; Z+ E
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
4 s) s4 P1 i' i5 Q7 S. U. {% R& I( j
2 v b: a% l7 Z, }
1 z/ L' h8 r$ j
; N# Z% U% j. z+ L" S. X
" t1 k$ C4 b( v6 D+ a, d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 H0 e( r% H; X7 Q9 T# F6 S
( R8 Q' n( j# J
; G* Y: i f& \- a2 z5 e" o
9 X$ D( Y4 A1 {+ ~- z6 B8 m3 F
) v* y" h) d% J9 G
; ]1 w3 ^/ f: W( T: I8 h
3 u7 L( `6 [( t1 w( Q/ S( t* U
" ?* e: Z0 Y5 C: l. H& C
) O! q2 ~. R$ N. \6 m, E
7 l e Z \8 f4 @; ]1 [
" |) \; ^ ~+ j, e* @' R: b5 E8 v2 t
) [0 u/ W) y# n- ?) k- l" X# {
3 Z( ~3 `( i6 d; [! B
8 w. B# T4 |- Q, r0 `# U! v
0 O w) J+ w+ N$ X
; C+ ]/ I( E# T. ]6 D2 d! Y