南京信息工程大学期末考试试卷（答案）; d$ S5 Y$ a7 n/ [% Q! R
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷) M) _: ~& c: \; ^* Y$ 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: c( X W2 C系 专业 年级 班 学号 姓名 得分9 }3 ^5 u$ |" \" u) O
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)0 [( F0 }7 W- F8 \: {. t
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
# C ?! {+ c6 i1 }5 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。
G0 _: p9 Q3 g[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。]
! g2 _, Y7 v3 g5 \7 y7 C; M/ H. h2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？" M+ r; |; V5 h4 Q
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。" E" g. ^. n; G' t# {
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。$ z- x! J. Y" o2 G* B0 p
% A# C& A/ F0 j( j6 D1 w4 r( y" M5 s- V 登录/注册后可看大图
1 b+ ~$ U* e, F- O( M0 u3 V) ^
6 ?- e n5 j, }7 o, j答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
3 o& S; F6 r, Z# B; P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。$ z! D) G' `$ d0 I* P6 \
4、什么是Ekman 螺线？# F! w% N/ m5 C8 e6 N
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# T2 M; o7 Q/ \" o2 A# K1 r6 p% d& j
E kman 螺线。
0 j9 L8 T2 ]) b4 s5 i( }0 W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。$ H! ~- k; d- P% W/ ]! K; F7 ^& V
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, u: m6 G; A5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图6 x. o& [4 U/ z: V5 g- |
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
# A/ u! x- E7 Z% r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。
7 R1 r' `: p7 b' H& m; f5 W" E7 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! A. l- B' `/ J2 U; a! r2 q6 }% T
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
7 n' y! f3 H' l# Q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。% H" l# v) R; a9 E& i
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/ K3 f$ U! p$ s7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
! n$ J% {2 ^! V: h答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：' Z* {, [' m* E8 V; G9 i2 {1 c
（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。
) U' g( m0 s7 q（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 C0 u. S7 ]# F, ?1 b2 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。2 n* U k1 J+ u2 P- p
8、解释潮汐调和分析。
/ i1 z! F% z2 F/ i 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。+ T5 m5 [+ C8 R/ H' q
二、问答题(共48分)
' y2 l5 l: c2 \5 E1、（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？8 K' R# Y, @% u# T v5 p, s' C
答：假定：
% v+ q7 y4 M" s" _% a8 P①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；
- ^* U7 i9 R, o& n. ^③忽略地转偏向力和摩擦力。
p) c, F( `2 o1 D+ O5 R. _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。( P! |$ D+ @* G8 o" ]5 D
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。
- ^, I3 @. e/ O5 {( P" O2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.# |1 [' D- Y# D3 ^
. Y* D- _- J& e3 k, q: I2 @" u0 e( T! I
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- h$ j; }( x. j' g
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。. m! a# B& `" j% g' E1 P1 N
4 z6 F, ^' @+ _
是
9 z9 C/ E! M& W; c
) y) G) m' I' s6 `是
/ E5 v( `# N: b2 g$ [" Z. q% M. G' ]4 A1 E7 x- D. v* ?
是地转偏向力（科氏力）项
, G4 G6 S, d$ O) s 1 z3 x2 `+ B% v- I, p# c3 A- b
是7 ]! q S/ }& b E8 U
& I o& S2 I+ J' a9 I4 M
$ e/ R$ x0 j) t+ @是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。9 s1 ?* C( n) Q! [
是散度在纬向和经向的部分
+ x! R7 h3 F& J3、（8分）请解释潮汐动力学理论# D9 }. X% a5 h6 f Y+ i4 v
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
7 R' {3 ^9 ]# }% {" d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。
& |4 h1 d5 ]+ W" \* N" }0 `; i+ |' c0 n! d. S# w0 V6 r6 @5 x$ {
，说
; m% F; S3 V# Y, N3 M x+ l4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
1 h7 C& x4 J9 h1 q; L6 u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
0 i7 N( t" Z6 X. f
+ T7 J4 N: K$ b0 w' h于0 时，根据欧拉公式有：) I' e, {+ p9 I3 W- j4 K+ a7 U* d' m
是典型的波动表达式。因此有：( L+ D/ L$ D) ]1 Q7 O1 u( N0 G2 O
$ j1 Q; \& k* F' d" {( q w" v 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，2 ?, V7 n2 i9 t- P
4 x& Y5 }- O1 o& o
振幅' A0 V( ` E4 Y1 ?8 g F$ v3 D
, a4 O* O. N) ^+ _
=
5 s& N% D2 g) Q
2 q. M6 @$ y; J6 \ j* [是
4 @1 l3 B8 ?+ Q! |8 c- u' k7 K' N4 f: }
8 `2 p7 u4 e0 a; K3 ^4 |/ y5、（84 `, \0 s( c7 T, A
# `+ L( W1 A& _$ K4 y7 c' D
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
( i* ?. w5 R. F. z5 j说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
6 c7 w1 @; r j' c& e R9 g答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中: }! z( ]9 w g) W9 [# p: G m
（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- B5 `8 P) n0 ~6 N" F
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
) S/ `: B @% h, m* T7 R6、（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。
; z1 _5 ~; A8 E, T {, N8 a答：海水运动控制方程的向量形式为：
) \" b( e. t, l: Y; Q/ s , l5 o, R5 z' {0 U8 ?7 v
; g! y5 B2 @8 g7 x+ d m' b: E& l
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。
/ [1 [( s8 M N5 W三、概念分析解释（20分）
: ~4 Q" `8 s! K) |9 E8 T' r4 F3 A1 ^, G
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合1 |" @, A8 Q* _1 E2 [
4 j. [: S/ y k. ~* k
5 C' P9 |8 p7 R7 f, y6 ^5 m，推导波数守恒方程。1 ^" a+ P( i, h' \; E! n- h
 & F) U. p% m: {5 ~# X9 i9 [2 \; u: m' g
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答：根据线性波表面位移的表达式
. w5 |3 }) H) [ d4 u
: X! V* M% c2 e得线性波表面位移位相函数为：6 U' g- E2 }! O- I3 O
那么，波数和频率分别为：2 \# [( u* S; v& {
6 p3 f! C9 k4 O5 \
则波数和频率满足方程：
: s. l9 }- u2 z, _& E- R) x8 G m! N2 X* t8 w4 q/ G( ~
根据线性波表面位移的表达式：
! B2 q' Y" h, n" p& | A$ E2 L6 |1 q2 T
得线性波表面位移位相函数为：- C; w: g9 `0 A8 @) v* {
那么，波数和频率分别为：& L2 z4 w8 [# t% g
8 n7 y4 \. N/ z% O0 \8 `则波数和频率满足方程：
8 z: b6 o8 _' \5 G- [0 }+ P% F- C8 p7 u" e$ h- X, B0 C' I
可以得成立，称为波数守恒方程。9 O5 Q. P. U- p+ J# U
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
4 U/ A7 U4 I Z: U
0 x% N4 U8 c: P! g8 J
9 r+ S& [& b; w- B
) b/ x0 U; W: Z' K W# e
, a$ y0 T! s6 _
; ^$ |# Q) `; A. j4 `" V4 s" @$ i% h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。 |
l' Y4 I9 }9 ?
5 d2 n, R, h3 I. y% J
5 M, \1 d9 `3 |4 \3 e
8 v$ q" e1 E$ Y( I3 u _+ V' I
. l" A* R+ j0 t: ~2 i; S. v
# M0 r* }$ A/ L4 Z' g% I: [
) |* ]6 B$ N* S4 I' p' H: R) T2 m: [
5 y: e* J* R) R: P- v$ e2 ~* D
* {; c4 e) y* ^5 _ U4 f8 g
) J& p# @) M" F2 C( I+ b6 s
8 H2 ~) o/ J4 @/ D+ o- t: M& J
& S7 u5 Y" ~; C' E% _+ y
3 p- q+ c- G% L+ Y* T7 j
/ P( Q" {1 S! q |; Y
* E8 @5 [, y4 D3 `
. @0 F8 g# s4 S `7 ^* I
7 [( F0 g4 j. q! s/ k
4 e! x; z: W& W! M, c& C6 O( x
