南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
1 J, r# I( M6 ?7 L5 b* f1 }) F( ?" U2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
5 ], Z: m: ?9 I; w& R1 o/ U9 _$ D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" L1 Y! x% _7 h0 \
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
6 B) L) b3 j7 X; L一、简答题 (每小题 4 分，共32分), A% X2 h( H* e, Q# ]/ m( O' @
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？) n5 {; G4 w3 J- m
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。5 h; E5 T- z4 J9 Y" |& Z2 e
[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。]7 V# N' D$ X" _1 m f
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？% a1 k+ @ X: U3 C5 X
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。
+ ~3 l/ X3 E- B& M$ s3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
, O/ s& L9 _8 b8 q( M3 S1 ]7 j0 m" ]9 U
. o" e6 H I# V4 ^0 ~! b$ q, c% {
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。4 \% o8 r+ \# p8 {8 o
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。
& O" u: v* m* _1 T4、什么是Ekman 螺线？# |% [7 |. J& }
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( I7 j" s/ ]9 b+ r# W* m
E kman 螺线。! ^6 B7 l7 z( ]/ R: z
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。7 ]3 m( q. Z5 @; g J* d8 S
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。# `) N( n. E `3 Q/ B) x! R
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
% F- |( W+ F# S% c! x1 x* [5 ]" a中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
: a4 \' n. z) l" Y; M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。+ n2 Y8 `1 _* @ I. {/ ^
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
/ q" D2 D# L) L2 P6、解释波浪辐聚和辐散概念。* O" i' |. v* {
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。
: {" V7 Z, p0 L7 d: u7 ]) H" _* U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。. C @0 U" n/ o( C
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。$ F# W8 ~& U' t% K
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
! n2 d8 c) q" n h（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。* Y8 ^6 C# s% S9 y! z
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
. Y1 |- h: E, R2 p6 ?（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
0 C$ Z, \4 h8 ]0 g7 @8、解释潮汐调和分析。
+ X+ B/ K/ `9 j( ~ 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 F: P8 ?+ @ R
二、问答题(共48分)5 ^: a* b' F- i' @" i0 _9 k
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？
& U3 r3 B0 K4 @8 Z( I0 u; w9 f% c/ A. N答：假定：! z; `1 ]; h0 K5 x5 p& m% z/ ^. q
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；, h" V# p! [# E+ |6 d9 k, j _0 f
③忽略地转偏向力和摩擦力。" D2 E5 j% j, o! w2 w
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。
% C3 L3 v1 ~- @$ ]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 a: {! e8 L* P2 s6 s( K3 [2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
4 C) \6 v, x4 A/ e$ T5 ]' |5 B9 X+ P2 c6 s! h) j3 K
& p# b/ ?, _9 E# k3 T- r* U
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1 B7 X# m) M! _- a1 w4 l) f+ s
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。! r0 W' @* @: z! r$ U
& U8 ]. S% v+ o# t是
% G6 O r3 e" B, y
( Z" q6 H1 d. H [5 Y2 s0 }; M是
( I# I' R7 Q* c$ C$ q: V# b7 s1 n b1 n4 R
是地转偏向力（科氏力）项
7 e8 ^- P7 @) r& x8 `# a
8 }. V# f1 l6 e4 n& B) r是! [- I8 E7 s& K
M/ p+ j" L8 C! k( p# B/ Q, y9 {8 J( v b' D- O
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
( p( G; r0 |8 A/ ~0 Y+ `是散度在纬向和经向的部分
; t3 X4 M. W! y" l5 ^3、（8分）请解释潮汐动力学理论, t0 m$ I1 P6 }. K2 i' M
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
1 r6 V" t# W' ]: Q. ]& P s2 J0 I0 y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。# O2 q6 k1 q: j {# s% J( [
5 k/ I0 T0 R, f- G2 V
，说: ]/ {4 }8 f1 k. G: L0 @$ E- Y
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
; R* h' m# D2 @, x4 u1 G* g& A8 ?7 n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: J6 G5 Y) E6 m5 K2 Z
8 q0 c- X) F; l5 ~4 d2 W3 c
于0 时，根据欧拉公式有：
: U- N3 t" e% @/ `是典型的波动表达式。因此有：
: h4 g# v8 ?- c& m! Q5 l
1 g y' b- b3 r3 _: m 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，5 T$ @5 _6 X* M; O# o X
" {; o: a1 c1 F
振幅
$ G. W: q/ u E+ u) E8 P# I# i+ g6 h% e2 d4 b( Z+ r, S
=
$ h+ s4 ?* V; t9 ~( w$ f3 M8 w4 s, v9 h
是+ K2 l" ?/ f: ^+ q
3 ~* h I8 l/ Q1 ?% ]
) \0 ~* @, j) n; q" `
5、（80 w1 ~& }0 Y, S% r: [
~5 O* P0 a* n* Y4 ?$ c分）利用风暴潮潮位公式 及下图
' r) i7 J" g; |说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。! S9 G& ~" M% m* l
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
+ |$ _' y* B+ X% Q/ k+ n) 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;
: @% |1 Q. c' d; E2 X3 z7 ?（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
6 w! Y0 a8 G& Z) L: g# R2 d6、（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。7 x1 r& X2 S* T. [% q3 A* E
答：海水运动控制方程的向量形式为：2 A- }1 X# S( l+ {, B
7 B- k: v! p2 Z: Q
4 Z( ]9 H" ~. ^, h6 f: M, O y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。0 [1 o _2 ^& a' w
三、概念分析解释（20分）
; q4 ^& H- X5 ^( f3 y
! d& ^/ h, x8 Y1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
3 _4 i; K' K& C" X
5 w+ B) E3 o3 y/ @3 \! N" i4 y% q B, T4 u( ~! ^, e
，推导波数守恒方程。
% m L% g5 O: ?# d+ E
1 s9 b4 i" A2 Q答：根据线性波表面位移的表达式# K; ]. {6 J1 I. s( O, b
# C* w4 F' ^) n$ ~得线性波表面位移位相函数为：1 S6 k8 Q; e$ v5 J* j W
那么，波数和频率分别为：
g5 f1 t/ ~+ L6 ?8 ]* F! }3 ~* n4 p( G' l* _ Z% e+ C- E: b
则波数和频率满足方程：, l6 g7 m( u- r3 L# W# u9 q
- G: ]" ~- n/ K$ h3 w( B( F根据线性波表面位移的表达式：" c$ \4 Q) ?! V$ A5 S& Z8 q" j
( C$ ]& h m3 g# t; d) ^$ X
得线性波表面位移位相函数为：& W5 u7 y# y1 \# F9 U3 ~
那么，波数和频率分别为：$ H; w9 w( W( T* A
; l! T: \3 i' m! V- f0 A( i2 t. V则波数和频率满足方程：
+ U8 d" X5 n4 Y6 C+ N7 G2 f) q0 ~( a: i+ }1 M" Z8 H6 T
可以得成立，称为波数守恒方程。. u" j! A. Q8 p* z) c# @0 M
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。 G W6 U' `/ [$ g. y- D7 y
, y* Y% Z/ o1 s' S \- P
, ]; H5 [ y$ @, U) E4 e9 r$ o
) r/ z/ d1 T1 g8 `6 C- i1 `
2 a, H! Z* k1 {. ]! o% _! Z
" R, ^0 X" s$ V" `* A7 Y$ b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。 |
7 `7 |$ P4 a# S! s4 |
( X+ ]7 c# `7 x( O8 A) n0 [
. R; p/ _8 j9 E+ _( q6 C
1 E0 @+ c! M V8 b1 s3 V/ N0 ^2 v
/ ]5 _+ C z) g1 S
X3 ?0 Q6 L m9 V# O: D
& d6 x* S! {8 ^% F1 l
+ }2 w% ^3 R9 B1 T6 E9 i
& f- m0 W2 Y/ |" N6 @5 ?
! Z$ h: ?: K: B2 h5 x/ T
+ H' }" S, z/ I9 l: C
! `$ m5 l. U) _' n0 x; n9 D
