南京信息工程大学期末考试试卷（答案）& \' u6 f8 B" \
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
5 d9 ?# \- p# M/ F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- d7 ~2 a6 H% _* R" G# d+ }
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
7 J7 u+ H, p- t: C一、简答题 (每小题 4 分，共32分)" D3 }- w; q9 [
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？! _4 ?, f7 P$ d: p7 Y
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 w" g& |4 u- |[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。]2 t1 Z6 s' y# L
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？3 a9 b7 ^1 ]% v
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。
6 h- _# Y; a6 q2 R4 n% y7 N5 J3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。8 ~- r* N# d( p. }
1 x% }+ Q( p( } J: m
8 f" {, Q2 D3 Q. r- ^答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。1 C( K+ q* E* q
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。3 p* o% R9 a4 J& _8 U
4、什么是Ekman 螺线？
0 U. C7 [( \" O. Y- _) m$ m3 Y 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# E7 B5 ?- {6 KE kman 螺线。
4 b9 ?, f/ K3 R7 Q; E$ q" P, i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。 f2 l& ~1 n# f- L$ k
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。0 @. k; B( y0 L: {4 Y
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图5 r' Z) i$ b% V( A, r
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。; y0 d: j6 [5 ^5 W( `: @2 x$ O
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。: e- X$ b4 C0 E1 F" D- L) \5 Y
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
# W% f, V7 H# `, ? e8 b0 v6、解释波浪辐聚和辐散概念。/ y% ?4 [+ V. Y3 e n
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。2 T! f7 ]7 M' P
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。, {0 X W2 m% k6 G
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
+ `( X/ h+ n" K- _! B7 ^答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
+ f9 z' l- B; V: n; g( Z( f3 P, L（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。2 ?4 y) {0 K& s1 c
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。$ k8 [4 `% d) ~3 y/ K$ M( L
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
4 \' y& c: N5 C2 t1 o3 Y) h, Z4 W+ e8、解释潮汐调和分析。
4 e& y5 B2 D- P; u+ [ 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。
( @0 X' k& n) V+ f0 J二、问答题(共48分)
, M) U# r D6 t1、（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？6 l6 r6 }' g5 a4 ^
答：假定：
! u! v6 F4 o$ R5 e( G$ z9 _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；5 N1 e8 v# f) w: `7 x o, j" H
③忽略地转偏向力和摩擦力。
+ f5 d6 g: Z& m v, ~. a( y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。
}$ K, H$ _. h6 h2 W: V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。
$ P/ Q" A, ]& m; B; P, X3 c2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.- X/ p: E1 w7 v# B% T
# p- D& z! q/ X( L! y
$ H, A% q9 w& o) I A2 S) B: v& ^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
" ?/ G, x2 }, w$ p* y2 U9 N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。
9 t+ E1 l, s. X, Z
0 u% R6 Z; C! v- F* Q! H( u" M4 Z! s# x是
; s" m+ M: X8 T' S( K& u
+ ~+ S; L& V( B- Y$ E. L U是1 e# F: y' o, n) h' n6 [( u6 _
; M+ n8 I. ^3 M% O" k: ?是地转偏向力（科氏力）项7 b; c# V) I! }$ p" z
6 {4 p6 o8 n$ |: A8 a t+ U" v: U是
& U7 T( _7 ^1 S* d: F8 S* n
5 U( e1 M, A* Z9 I9 S6 G/ N4 f s- o
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。5 b2 b7 f- j5 z7 v: T4 M2 B
是散度在纬向和经向的部分. w; g1 ^, |5 {- F0 a4 Y* C
3、（8分）请解释潮汐动力学理论5 t! w3 D: E; B( ^
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
" z9 f6 J$ t: g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。
" Q8 q2 J# a3 L% G- y2 E' |3 ]/ m6 s5 |1 _' A
，说5 m) }8 A2 m0 |; }) m6 F
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为 F: v5 b$ {1 g# 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
. n, R' W. M* F
/ ?( [: B+ D/ G# ^* y于0 时，根据欧拉公式有：
$ w$ ~0 q; }9 D' d: G是典型的波动表达式。因此有：
# l/ A2 H% W4 B1 A- a9 W
# V; M2 Y8 N' n( \( B l: {6 X n 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，! |, ?' n2 v: | r/ L, e
, [* G6 m* _3 h7 b1 s振幅
, y; b2 b& i6 n' h! m
& e, R# R" `( n+ Z- H=
9 n3 x' E5 {' H0 _% S8 p: O) W- w7 q. X: H+ n
是3 V$ c4 H) V4 I# o$ \! a+ z
' J+ |/ @& }; W, T
2 R" v% F' a" C* i5、（8# N% _. n- A) X) z0 k% Q4 O( `
! R. _1 f' u _5 H9 F1 ~* i; e
分）利用风暴潮潮位公式 及下图/ {- z/ V( o9 k& T( n, g* K0 n% N
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
# z' C; N, t$ p5 q' \; S答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
( ~5 D& t: p# l; _% C8 g（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;
( R# ]- T% ]8 c- Z: t8 q（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
9 ~3 D* W7 N( e! i. L& m6、（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。
2 \$ |& T0 O! H! `9 ?) v- _: e答：海水运动控制方程的向量形式为：' K+ x2 [/ C) t0 S. \. H
& n+ D8 [- V& U0 b. x% A) L9 Q' u: r% M `6 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。/ Y+ d/ E" g/ r& _! ^0 h
三、概念分析解释（20分）
9 u# Z- v8 K1 F+ l+ K( G
$ |( u0 ? a3 E t* n1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
9 g- Z: C& m, [) Z1 E/ X' e
, B6 H' W$ H" {, f& G3 ^) ~' l) ]* M; P, N: Q
，推导波数守恒方程。
; U( v& z( S$ `
# d h1 D1 R8 {) Y* j. J1 J答：根据线性波表面位移的表达式
, {+ N' A, E4 o9 Q' E
) ]4 o8 P3 q) W9 L" h1 T7 x' h% Y得线性波表面位移位相函数为：& w7 x( r$ A' Z& }- c, ]
那么，波数和频率分别为：) t# y1 {7 K% x6 Y. k, D5 ?0 s
X6 l# b3 q' r5 Q% m- z
则波数和频率满足方程：
( _* W0 P' z. H8 U) e% g, W. f% Q m. }+ u
根据线性波表面位移的表达式：
( E( N" z1 ^' ]3 A) L4 B& R; m5 e: i) Q9 V
得线性波表面位移位相函数为：
8 Y: Y. e, Z/ _" C" q) U% U' t那么，波数和频率分别为：. u, V. e7 Y6 v
7 S1 K% ^9 _# q) k4 Y则波数和频率满足方程：
8 N) a1 B0 W* f& v' K% a
0 m5 W- I% q6 @; V: U Z: G可以得成立，称为波数守恒方程。2 ?) e& C6 b& G' v
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
& _ u& G( D( f& u Z7 T. x7 b+ |2 B6 I h+ k
( S1 r8 ^- m0 ?" r; J; [. F# p8 G. T0 e' J
( v/ G' x9 p. O' r; M% ?, U" ^; O+ f, n% ]% k+ M9 w2 H6 S2 W
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。 |
- P7 {4 ~0 r+ X# T
/ S; I5 I) w0 h- ]' _
5 G1 `- E: N" _, V6 a% V |
4 A; D V: q& g) j. C
+ R5 v. Q. V' U S$ J
9 y2 @# ^- S+ Z# _
& h$ e# Z! y9 n# e2 z: q" {
, Y: |/ ^5 h% B
/ G( i" s6 B1 ~) L4 S' g
1 ?( z0 H1 v' B" X# _
7 @3 q2 n% |/ G3 r" Y; M5 ~% U
0 _+ p; c4 X. z7 j: G6 g/ W
! Y7 E/ p F) t$ }; U. b
, e0 S7 r; \9 T( h
- D T* y. C# s
0 X1 V8 T, M" Z% q( V
2 X4 t" \1 W H: J7 T1 D
( ?; E' C. r( M
