南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
$ C9 E4 d, E2 @! k: r) R2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)5 t5 b# s; U- V _9 j
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 l0 `4 w4 h1 Q, Y( B
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
2 g7 d* o8 o+ @一、简答题 (每小题 4 分，共32分)0 l: z, N7 U' o/ T4 C
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？* t( {5 {1 K. y- q5 ^0 C
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。
! Z1 I( B- `* l1 a9 R, _[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。]" u2 | d0 b! y' G+ G5 P: P) H
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？7 V# z% d1 M1 ]/ {3 S& Y, G8 R9 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。2 x, E8 r8 y, y) y( X1 }" B- z1 S
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。9 X0 J# Z& J: j; q$ }
K' d; M7 T' j H6 v X; U; o; l! y9 A; t( J
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
9 |2 J& [ c# H1 v8 _, j: i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。
/ W3 j/ Q) {' h0 y' ?0 l4、什么是Ekman 螺线？0 n* Q& h8 G; A8 s& h7 e/ _
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2 X8 d2 I3 X2 w! \# r) t4 J
E kman 螺线。
% _3 R8 T3 J9 o/ `; G2 e* n& \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。
5 g7 C8 {" Z. w. E( R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。& x; o4 h. R5 ~% u- S
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图% O2 Z' s- y V# H9 u& e
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。6 t6 B0 E E" C& ?0 {( @
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。
9 B# x* j# p2 a" S; n5 P9 P% d% 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
* J: U. ^# c& c' J8 S8 b5 `5 }% E6、解释波浪辐聚和辐散概念。
$ M. y# A, e O1 ^6 i9 \" D7 \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。% o9 R( p: U( }! d
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。# f' Q3 I! v6 P) ^
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。: d. v( W1 |4 e: L/ {. z7 r6 c% r
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
& x1 x! v. B$ q2 m: f+ b（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。; P7 x _6 t7 R# {" G
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。7 z( q5 l5 J1 _; w8 r' 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。7 E+ W3 e+ y' h. d5 P$ O2 H
8、解释潮汐调和分析。0 w0 A# I2 D9 \1 V5 T8 K/ H3 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。, L( g, i3 K' B' \4 F. F5 a
二、问答题(共48分)
/ S- x) t/ v% \/ g5 g( }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# w0 }- }' c: H2 w答：假定：7 e% x2 b ? D4 u0 S* L
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；4 V* c& |( i! w$ l8 G3 G
③忽略地转偏向力和摩擦力。: v* f( X1 H) W" Z" `8 q1 ~
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。8 N% r# c9 |0 v$ F2 K3 N0 [" ^
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。/ t" U# z$ h$ z' ^+ r3 H
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.' N5 ?' E; S% G) T, V" D
; l" p s7 u/ X( L$ n- J
" |: G/ b# _$ p* o$ k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% y4 h3 T8 q/ @1 v1 w
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。2 U) k" \. O, ~$ `; k6 r
, g: F& v/ U' M# A2 m: z, P是
+ v* {( E2 C5 v3 Z% \; d6 X/ S% e! U) E7 h1 y0 W6 A4 l4 ?
是
0 U3 V) w2 e# }- b; t6 [$ n! @ F1 ? ~1 l
是地转偏向力（科氏力）项
! `" H7 u8 T: G' L ; b# j6 ] _6 e1 U- z$ [
是
# o0 i6 x& O$ N5 Z8 v/ j+ {$ R5 F& p9 g# }7 D1 K
6 o0 c: g+ s% F5 V4 R( g0 @
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。! v8 n; B$ u% @$ O
是散度在纬向和经向的部分
. ?5 Q6 L7 z% s$ S* @4 l# {6 }3、（8分）请解释潮汐动力学理论2 w; R' E0 j" X3 @, D- M3 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" s, o) i8 _- }; k; [; s) m8 p7 ]- K
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。& P( H# I* S& v9 R+ d5 P6 f( J! L
1 u; t$ }; U4 ?: @4 [; Q R，说
1 |" T. T- u# R, H; r4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为8 ~8 H1 z4 `% x6 b1 [
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2 S9 s0 Q% V6 M
7 } Z7 E; V4 m7 \; a' i3 j于0 时，根据欧拉公式有：
" h. ?' c$ U/ `# G3 H是典型的波动表达式。因此有：* k* ^8 b3 o# q
) }1 I( e9 L B( [6 O/ a 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
+ r- h6 b+ b! [! L8 g1 @
' |2 x. P* R! d) g, Y/ q振幅
! t! A6 Z' o, {5 Z8 e _& [- m- `3 Z+ d" v' h- N2 Q: }; t
=
5 K: Z( x v" {& ]
. K3 s1 x! \4 k是2 a0 q6 P1 h6 v& T- Q/ R P6 v
& E( B0 c, Z3 _0 s& I
* ?- ]' D/ L2 R* Z5、（8
1 V3 Q" C$ w! X2 N5 h3 t0 |
! a t* T8 Y P2 ^, T& a0 f: b分）利用风暴潮潮位公式 及下图
1 `: [% _. M" Z2 ^% b8 [说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。& G! `3 J2 a* B' \5 X; f; u0 i) J$ y
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
/ _# B( {, `$ _（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;
& N5 }2 r/ S/ m. x（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
, a( s; I" x( P. y! |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。
8 n& f! H( Y, R: y! o8 u答：海水运动控制方程的向量形式为：
9 M h/ [) H% f! f1 \
- Y1 F( B3 ^2 G/ r. u 6 g, J' h; I4 }. E, Q/ M) ~. H" S' [ C* ~
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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。
2 t: r3 W( }9 }三、概念分析解释（20分）
9 I! I. {0 G1 o6 ~ A. p0 b$ x; A) i5 l! O- K9 s1 O
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
7 e8 q3 [, _$ z9 t. k
$ R$ Y+ f0 j, R! B' K: Y# a" C6 h0 ~& a$ N# ?, P' D; D$ F
，推导波数守恒方程。$ q4 ^$ q1 ^1 L G
1 i2 @* |" c2 y' B- P# R答：根据线性波表面位移的表达式& E' }/ b0 m3 R: B; B0 Z/ T' K
T; I" q: r* Y9 _得线性波表面位移位相函数为：4 f9 ^/ e5 h! Y# z
那么，波数和频率分别为：! L' D' Q* x. R
8 L. r5 k% i7 e3 ^" x( C则波数和频率满足方程：
: Z6 |' R% A( z% a" I& i5 R: ]% c+ D; l# x, G7 f
根据线性波表面位移的表达式：4 v# T; n2 l+ r' \) Z
4 C( F! q$ _: x得线性波表面位移位相函数为：. B+ v" S' q3 E( H
那么，波数和频率分别为：3 t$ O5 n9 L$ _+ [0 F% {0 P, h
0 x' T( z. O; }8 \1 y* O: ?2 k6 m
则波数和频率满足方程：
' Q3 O+ ?9 a# ?' j( X
4 B! }# ?2 u- U6 T( ^5 V) |可以得成立，称为波数守恒方程。
# }8 n& h2 }$ u/ f; \ 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
. f# ?( e5 `( u& ^: ?( V- p
, s3 j1 D) K7 N- ]
) h$ V8 O" \: P5 p( r! O) Z/ y: a) n! l; \0 R2 `0 K) h
- G, a2 ]' s: e$ O% D4 d
+ f) W+ n3 G* k7 P
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。 |
N$ F3 P( p2 A. u+ Q
7 j5 R! ?& E7 l
# t' {1 b, c: N0 D5 v1 Z
3 W* X6 F& O! b3 _
$ m$ e5 s6 x& v" j* J. [" _
. \6 m# c( a; k+ P' J- N* ` R2 d
! ?" O3 D! M4 n8 P& s V9 G
! `8 Y; `& ~$ o9 A, l( N
# v+ ?6 _2 p" ~) W5 W
6 h3 t' Q& i- q5 |, A9 ]
+ l% L3 L9 J2 s8 G, R: d- x
- B9 A2 O' {1 s1 A9 i
: e! h4 N) J1 j! G
) n! `; o0 W: i/ J: \5 G2 ^6 Y
: N2 z/ X1 s% t# [; ` T5 q! q/ A
' K4 `. \7 E9 P9 _% O7 W5 q* S
7 o: z. ]7 u1 }4 M) O3 m
- I8 w/ ^- z ?5 t! F3 M: i+ E
- [# u* W" @3 ^( b! v. B- H+ `
, j$ r+ A3 a4 i# \; @& r
# J0 V# H! \4 l( g' B
