南京信息工程大学期末考试试卷（答案）3 b2 u {* g9 H& o2 O9 l
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
7 Z. W' ~ a' E! s9 Q8 Q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- S/ n6 H& X0 S5 G9 _" U, W* K$ ]
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分3 p& c' e4 P& j+ z2 W6 a
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
5 o% t4 v- J s* }# j A1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？" e# T S( j! R9 i" S
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。
! u5 v8 Q( B/ q6 I: h[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。], R* a) _, e& J& y. m2 b
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
, {( W* ~* }; e8 f4 _7 |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。
: w6 a. }1 r: N3 c8 L+ f3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
& T! D n U# k
8 M: f# }5 {6 Q9 Y4 i
7 l( F0 U1 w% ?! G: v3 L答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。+ x5 m2 e; T% W8 S% {0 t$ b! l
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 [; Q7 q. B; h+ c. w' V7 v( ^
4、什么是Ekman 螺线？
) O0 a: A3 N' \) j9 D! Q 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3 O+ X; n; A! o, j- |0 j& z
E kman 螺线。
) _$ c, |. H1 C; u5 ?- R: C+ x1 H1 k( e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 h9 a' ?, O' m
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。5 n- a0 `' P" R% w
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图/ B2 w3 _6 N) i7 d
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。9 l: j6 Z2 B; N* x9 B
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。
6 a' p; f5 o. T7 f/ _2 `" Q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7 j0 H& I2 h2 G; u0 H4 M% V
6、解释波浪辐聚和辐散概念。# n" d2 I/ J& ]6 ` a! e& [# D
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。
* k: G$ i! X2 P* ~- E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。
4 S9 r/ m& W8 H: d% f$ T) U r7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
* m! v9 X$ R/ i, r" l- R答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：3 @' ^8 J2 u) s9 R: Q9 R
（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。, T& b. m5 u* R3 p( u: r
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。: }1 p3 s+ p _. u
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。2 ]6 Q' ?- i- k6 J7 ]
8、解释潮汐调和分析。( ~8 s' C7 C7 b/ \5 W- t) a$ Y
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/ n/ {3 @! _; d s二、问答题(共48分)3 @( k/ H1 d J3 I6 @9 K/ z
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？
7 z U- @! C# J+ R7 Y答：假定：( j0 P& D$ x* Z$ M3 x
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；% W- F/ |6 m$ c
③忽略地转偏向力和摩擦力。- T7 m1 v4 x; P- 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。
+ D- O2 ^1 p# t% q) Z* ?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。4 K( D' W0 y" f2 ^6 j. z
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
$ I0 Y/ b5 B3 L9 c+ _7 Z) x* ]$ r
6 V) x7 U* j# c7 s( 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 T8 @6 q* m) a! L- y8 r" M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。
( c! w9 u) y4 L4 n; J" c9 ^$ ]5 y% }# ?* w) S# ^
是
6 N# _% Y6 _# w7 C' y6 h( X/ k( s" J( E- s
是2 H- ] _" L- g5 }3 b3 i, ^+ }
- _8 f1 m9 K0 A2 n是地转偏向力（科氏力）项 W; L* U8 y4 s4 q6 U/ t
1 p9 @. G9 s; N. K是5 L- i6 I* ~0 F" d
) a8 B! ?$ Z& d F+ Z" w- f6 ?& D4 ?' h: Y, T
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。1 |9 P: S' ]5 a. N$ }- e& q2 u
是散度在纬向和经向的部分7 ?* ]1 h9 c) _
3、（8分）请解释潮汐动力学理论
7 e) Q v/ _% y! K4 o- 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
c% U7 H# ?. F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。
s' c7 }8 v ~3 _/ h% w, Z0 Q# H" h9 S1 }; \; K# P3 H
，说5 Z' @) {+ h# q0 A" k
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
/ ?# K/ g5 ?7 l, a" B& x- X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
( d0 z# v( J6 E2 Z- }$ {1 q) j# L3 G+ L. Y& @
于0 时，根据欧拉公式有：4 \ j0 h! |- V5 V! o
是典型的波动表达式。因此有：
1 A' X% A1 o% a$ }) K/ M1 `7 s/ y( O1 U' M( v7 }- a
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
# ?: e t5 A6 i: I/ ?
8 O3 F. I2 h. a. S4 {7 H. }振幅& A: r! N, K B; q4 y$ H4 a
5 E3 b3 K" ]; N, }7 F- u4 t9 H/ }
=) l) k" h8 s1 i: t* _
( ?0 N- V* c' @1 p# } S是% Q5 @: l* b) c$ L g; {
, |9 v* R( f( t# r B5 `; V# P% }8 y. O3 o0 {
5、（85 G+ K0 i( i6 _3 i; H1 m. m* U
2 y; b, m4 n/ Y$ @, O, x) W分）利用风暴潮潮位公式 及下图% L; l' D. n {8 L
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
( }* L! m& j2 N# }7 q) r答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中9 v$ T, w8 C' B7 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;
* d4 P' ~1 A. ~8 D0 q（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
& s3 G1 W, F% f; c1 Z6、（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。
! l+ f8 o, q( |9 ^0 t/ X8 p答：海水运动控制方程的向量形式为：
+ u4 Z% r8 ]* V3 q 1 I- ?; G7 t$ E* h+ D7 @) L
' g8 h" Q) r8 ^% w' q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。
8 n7 {. `5 f" O e三、概念分析解释（20分）
- G% J" H$ E3 R# K5 h
\6 n6 w' z' G; E- M* ]9 {7 Q1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
4 q4 D+ K& q9 }$ ~( U- y' ~5 \/ u) V0 w" P+ Y
" B' G' y$ F3 D* Z& Q2 k7 V& b( ?4 M
，推导波数守恒方程。
! G* b7 o0 M2 n! r- J1 S b% ~/ M& l, D; Q
答：根据线性波表面位移的表达式* b) y: s+ o( R6 ^( a
0 ?, \' A/ F5 Y4 X5 a. X得线性波表面位移位相函数为：+ L" b8 e. u- Q, H$ `
那么，波数和频率分别为：
. L( P0 y* K) x( S& }, {( Z" ]
! [1 v* r3 } t1 R7 ~2 |5 t则波数和频率满足方程：1 z& J7 }& U- L4 K* K
( ]# a Y: }; \根据线性波表面位移的表达式：' r: k. m" g- W# [
! K" ?+ m' q9 _7 \3 u9 k _5 a3 U
得线性波表面位移位相函数为：
/ x4 u" M4 o4 |" V: v7 {4 ~那么，波数和频率分别为：, w3 s- Q+ k# N0 R& Y
' w& Z: ~5 j1 T7 F( I% U则波数和频率满足方程：3 [* Z: l' Y( t; @
$ w, G J7 W9 k# y+ P# c- s
可以得成立，称为波数守恒方程。. o4 C: x- A3 t9 w% k
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。( n4 j7 \) @8 |2 `8 i( {7 x5 ^) J
5 U9 p7 s- F3 \, x' f* Y
0 J% Y+ W9 G8 E+ M0 n7 w
: t4 C" @' K& o, | [. ]8 V1 U+ K/ ]4 Y O! Q
1 o$ J. U6 q! I0 J+ x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。 |
8 s& @, m* P! [; p* h* A
: e6 ^* ]; b. v% X8 Z S, ~
5 Z& j# ^. s2 p9 ]
& W2 A( p3 }1 k1 n
) k6 v4 j$ B4 ?8 k/ @/ M
K) \ f" z4 E9 v9 c* v5 {
6 Z. ^ s/ t, m
1 h4 Q9 c5 L1 L: o8 [3 @
/ Q a! y; M" \& W, O. s
9 ?) ?& b$ p7 Z- n2 l$ d0 z
: I. U9 k1 x) {8 e, x5 K
: v! V- N9 a; Q: N' X+ X
. A& r3 v+ X, _! G+ A
! Z5 U% d) O1 I+ d0 C
