南京信息工程大学期末考试试卷（答案）4 _ H5 j/ q- v# w6 X
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷)
" E+ X1 ^: o0 _) k% s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
8 I8 d3 [* ]( g: U8 r" _7 g系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
) }- m* c- \% V% A一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
2 o0 G6 _) S3 k4 k/ `) Q1、解释什么是内波
/ F- W$ i8 d: \0 Z8 a答：海洋内波是发生在密度层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部。波动频率介于惯性频率和浮性频率之间。主要控制力是重力，浮力和地转科氏惯性力。所以内波也称为内重力波或内惯性重力波。5 ~3 X8 H7 W V; E* K) \$ B
2、什么是梯度流？
8 T/ {& d' c* |0 L9 g. f% Y! e* {2 W3 Q9 L/ o$ c7 _
5 `% J# ~2 G$ W6 S, N5 U答：非均匀密度场中大尺度海水在压强梯度力和 Coriolis 力平衡下的地转流。这种流动基本上是近水平的，可近似认为是定常的。
1 e0 y$ j- o2 g. B3、有哪四种潮汐类型，如何判断？9 Q$ C! ?, \2 L1 N* C, @
答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.: t" i c, v/ {9 g. N2 D4 v- \/ G8 H
(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.59 M* r' ?& i7 i' z& `* y
(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，
/ m: C9 @7 V `1 u: k
9 }. d6 l" B3 }(4)
- {+ q6 d& y) n* z3 \% r+ T/ K8 P特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比.
7 V& |. \" \2 J% @: W(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；& i( v3 Y& ?9 k& m
M2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）
0 ~' _. n# {' `+ h 4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？4 F/ A# g- z: M' S" I
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。0 C& f* Y: |) v
6 q, f! J k) w4 r& t6 c5、- L% h+ n' `. ?9 o; ]- w: D
答：N 为浮频率，显示了密度层化环境，密度随深度的变化的不均匀，造成了浮力。
4 M+ _& ^) T, j' B9 W6、解释波浪折射和绕射概念。
3 {! O1 \8 \* M. M: @5 }0 g1 L答：由于深度的变化而引起的波向变化的现象，称为波动的折射。" @5 b5 [9 o0 Y/ f b
波动在传播过程中，绕过障碍物传播到掩护区域内的现象称为波动的绕射。
. L6 d: g. g* x% F& f' l% ?$ S7、什么是潮汐调和分析？
2 D& P b& D6 n- p- O. s2 g' ]) T& @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。
4 S3 t& a* h7 k0 B: B1 v8.简述能谱的含义。7 @1 E3 }( T- ]) L9 J
答： 能谱表征频率区间内所有正弦波动能量之和的平均值的大小。能谱描述了不同频率波动所对应的能量分布情形，描述了海浪的内部结构。
/ o% ?/ [$ O% f% q. m% c8 H二、问答题（共48分）
. y& e3 S2 d2 Z4 `) b1、（8分）说明内波与表面波的区别。
$ \, |" k* b& X2 a答：内波和表面波都是界面波，它们没有本质的差别。表面波也是一种界面波，是发生在密度很小的空气和密度很大的海水之间界面上的波动，也是一种内波。
; Z4 q* g6 y0 V+ c* q- z1 l
- w5 K/ j0 ], Z$ b自
" X9 {7 v& _% C 2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？
% G& f+ N+ W, @. `+ f& P2 w' [0 z答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。
# u' l8 v" C& P8 R, ~& q8 B5 m, ?海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。6 H0 c* t8 K% e/ _0 G
稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。$ j1 `6 h9 ~' r$ W/ n1 |& L6 c
能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。 ^3 b& i, R0 T
3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义
7 Q# r2 Q; j Q5 [2 E
5 U/ Y0 ~" D& Y
! m: f, c. `) t5 o答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。
7 y% G; l, j0 Z% B4 S8 d第二个方程是连续方程。
1 z3 }0 J k0 s2 Q/ P2 ^ `5 S4 R6 q! J; @5 \
: l" E; ]& T# s. j Z
' [0 e& F4 ]2 s, A) }水
2 v" Z$ |" ^, {# q压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项- Q0 l$ v L' I1 c
5 u( v2 G/ Y# G( ^% d4 N' y$ b# e7 |5 V
散度水平分量; p& d/ W! s6 A7 y# }3 \7 i" a- `, `
4、（8分）说明海峡中潮波系统由那些波动组成，形成何种特征？) ~4 h6 \/ g) c
答：海峡中的潮波系统包括：沿正负x（海峡）方向传播的Kelvin 波、一系列的# X$ t3 R5 F1 n, H3 a
5 _% @; e1 X7 a2 }
5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：
7 T* F# a, x( w; O9 {) y答：狭长矩形浅水等深封闭海域中' p/ o0 z. i3 w5 k
（1）风暴潮水位为线性分布，迎风岸的风暴潮潮位最高（x=L），背风岸风潮潮位最低（x=0），在中点处水位为0；) y1 _; ^( q6 `, L
（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。
. I6 V# E7 q4 P$ f! \! v6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。( n. ]+ ?2 c/ D2 V1 Q) o) |
; L7 H. L( n) C5 ? n
1 D9 J/ V# `' V) y% d" h, [# z- l
答：该方程组为海水层流运动基本方程组。方程中按顺序分别为：运动方程，体积连续方程，盐量扩散方程、热传导方程，海水状态方程。
2 N1 {! {3 E0 _( s, b* m2 l A四、概念分析解释（20分） L5 j$ {- A, c: n5 K) s m2 Q) R
' a1 N. |% P6 `4 A3 w7 X& [1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
' [ J0 q; W0 e0 f' h/ u F0 Y) K* @5 q/ l) ?$ A
5 P; W! q* t9 x! v, m. D5 h/ R2 y. P，推导波数守恒方程。, \: p7 I9 x: K( U9 `" T9 ~! C
0 B0 `( _6 Y2 ]: e2 s8 a! S
答：根据线性波表面位移的表达式
" U" [# X- P8 ~1 O3 D
; R: F- g1 |4 Q. T! [3 y得线性波表面位移位相函数为：) o$ T; C4 e0 r- \& K2 b) o0 e* {
那么，波数和频率分别为：
* }& P% ?. @6 O: S" _1 a 1 _! c1 D- E+ m
则波数和频率满足方7 W: f R* E' I2 `$ {2 X3 f9 ^
程：0 ?" d4 m9 z9 F. o
0 v6 H7 [8 F1 \) \, W" h
, ^; }4 x& J/ U2 [2 Q$ @
根据线性波表面位移的表达式：
. b0 P; i" w9 i7 |0 d; Z( [9 Q$ C l+ g7 U9 K, w6 O& `: ]0 {
得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为：7 Z3 F6 ]$ e( G5 S
则波数和频率满足方程：
# O# \6 E! Z% c$ ]) p$ X. d) h6 A% V
+ R. ~$ w9 w9 W) V9 g
# [% z: t7 a/ ]) ?. O" P) F
0 E K: D* G: N7 U1 y
4 A2 ^9 e6 E+ m/ Q& C4 f可以得成立，称为波数守恒方程。% [8 i% b5 R; X& f5 S
说明陆架自由波Kelvin 波是如何构成如图所示的海峡中的潮波分布特征的。
! P$ Z1 g# n$ v6 v% Z! {答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。
2 J$ Y8 r$ e0 `" y线减弱。这样两波汇合，在海峡中线形成了无潮点。潮波绕无潮点旋转传播。 附件1 错误！文档中没有指定样式的文字。-1/ g5 H6 X. u: W0 Q
2 （10分）根据图示指出同潮时线、等振幅线及无潮点， 当两个Kelvin 波沿海峡两岸相向传播，它们是右界波，左减波，即波振幅沿传播方向左减---向海峡中 |
" Z# B V& Q* Y
! a6 x" W% {9 |! w2 S4 g; U
9 q% }# w' V* ]6 U
- [- k! E9 h1 _
" y+ U( Y/ M% I6 Q& U* B; [
( u$ s7 ]% ?6 X1 K' ^
; ?9 D7 L- ~" ]! Z
; B; \; x# k* _
( @, p; w& }2 U5 Q
, K: A3 o3 l' h6 h# _
, V S2 J$ F$ F& S' |- p+ m
/ o* \$ l8 m0 @3 j& q: j6 s; N, i
q; }+ U+ f4 P; t. d7 S9 c( q
