南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
1 P) s2 q+ m" M4 r+ h; s- M0 b# j2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)- c* ~! e# E/ B
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: |. d6 V5 E% ^6 s) y& z+ N
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分( o6 i1 E4 z! z
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
^9 L/ n1 D, N. [8 x8 D2 _1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？& @- \7 s* c h0 B' j0 a8 P/ k
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。3 v+ ]) D( E: {' n/ i; W: w
[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。]
! T; U& U' D0 A% p* }" \$ }2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
2 V0 R' q; D; L) L) e( L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。
, J9 Q# d& H9 V5 ]! u- p3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。2 j; J& t6 d( t6 W% m' O( Z4 @5 l
b' n- i; N! c$ u/ ?8 k
7 ]/ R: a: U- X" r% G答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。9 ?% r" N( A7 e: k( K3 X
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。
2 |& Q1 F! F" u% }! ?4、什么是Ekman 螺线？
H$ s2 g# D* Y: d7 o 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: i* u7 l% C$ `+ X! V/ G! e" z
E kman 螺线。
/ y) K) m" M. i: p" _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。
' m. H. V& g; w% X8 M5 Z7 a: _0 D' c* @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。
) g7 C# a! j" m: T" I: v5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
; B4 W. j( l% _2 z" H中的同潮时线和等振幅线及无旋点。5 V1 W1 d- g# d& d% c( ^
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。
6 w+ `% j) d* d3 |1 {3 B. J4 V; g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
7 k- C+ _( T V6、解释波浪辐聚和辐散概念。5 W2 Q+ Q2 b) i; o5 T
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。$ F9 m5 C. @; A2 X
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。3 u; [* W& m! J e# j0 p
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
2 ~7 n0 A/ s2 o& V1 b1 z* }答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
+ {( q) d8 }% ~0 ^* o& ?- M, t! @（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。
0 B0 ]. @% {* o& D（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。+ ?8 x+ q$ @" s6 g6 P2 D
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。3 S0 {9 v$ K' j
8、解释潮汐调和分析。
& u' ]# N1 m/ D* l8 k) m 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。
; u. f- ^, F; h* w二、问答题(共48分)
: b P, l3 D+ I" V \" N1、（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？
1 _% f4 z" m: O/ ^答：假定：
. U z0 [& A" {9 i9 w. C①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；
3 `5 L" x; ~( g* E' e③忽略地转偏向力和摩擦力。: i# d$ d3 F* @5 ]
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。
+ H, u+ P" o: H+ l" N! D5 w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。7 k, k) T t6 Y3 }. U/ d( ]) u$ Z/ a
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
; S; R; }! ?! y# \: T+ X$ t8 L# v* x/ F e6 W
6 x" |1 S$ a8 t. X2 `) n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( E. }# `( F6 Y$ l+ K3 N( T3 U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。
" Z; }1 _$ d% H- g1 x6 o) ?
$ c$ ^, u# c8 c9 `; i是- s/ ]+ a" s( z6 ]
0 f4 d3 J, g0 t是
; C/ W! B+ W% t# s4 B# L& o
; N4 V) _& F4 n( ~2 F是地转偏向力（科氏力）项
2 V' I2 Y8 u. J- Z/ O $ Z, u j: f% A6 h3 S3 r: d! g6 c
是$ o3 _0 V" a" s* [" ]# M
" u5 v* y# r4 f: c' k- J
! b) \1 f) O) G' P: T* j是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
( d, q+ Y7 M# _4 k A; F: i1 T1 P是散度在纬向和经向的部分
! h" @, o* g, k/ d: ]! I. P" G3、（8分）请解释潮汐动力学理论. u: Z0 F7 ?$ _* u+ k% x
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
% M, z, H0 B) e0 d+ w1 `9 P% e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。
# n- u4 o7 i7 y' E* Q
& ]1 _ U- }( X( @& N$ P/ \，说
( J2 ?9 w5 i6 A1 A/ A0 A7 @4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
) I' M' @6 p& t: G$ T1 |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
; U0 u! D) Y2 } s/ M1 Y( D2 V7 ?) m
于0 时，根据欧拉公式有：
1 g4 {- A8 L7 C: Q- _+ k/ O8 R是典型的波动表达式。因此有：
% O, e# P/ n1 _! b7 O. Q$ n. C" O# J( J6 G* z
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
: p0 }" F9 F' r/ n+ X1 L; }6 C% O" P6 `! [ w+ j# Q
振幅
. _, Z. b I3 o( z: }2 N( m6 u& {1 B6 \! E
=: `8 y# k N! E, M9 A4 f& j- G! t. m% }
% v$ {6 }+ B$ I是) n* @, }+ V$ b8 q9 a/ d
3 q9 `8 B% K7 d I
: y' a$ Y/ i6 D$ @- e) }9 B3 D5、（8
0 ~. L3 t: c& K0 f. `
; K4 S4 b+ x9 ?8 R0 @( @6 ?1 H分）利用风暴潮潮位公式 及下图
5 r* ~1 g5 S8 U8 |$ x说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。) ~7 S6 s$ D2 G
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中% |6 a3 J3 Z3 T& r) b% Q g1 \
（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;
4 w' X& }! _' @- Z& L（2）当阿法为0时，转化为平底情况。! n! a# ^( o2 O
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。
# {) R0 W# s1 H. f" X答：海水运动控制方程的向量形式为：
7 f- r0 q. u' ^+ R % b0 k% x/ N% `/ z+ J& G9 n7 |, g
2 C( q# T2 E3 k/ D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。; L8 o$ H6 E8 [8 `
三、概念分析解释（20分）- Z6 n( x- d$ F8 k
1 A8 ~0 l I8 n4 i9 I" `9 E1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
4 f @. I! _# O- O4 g0 }* d2 y# W/ w/ \. t
* ]5 o7 ~5 ^1 k- x，推导波数守恒方程。
8 k& O" L* }* u+ r" f4 {' v7 o; D
% X% Z6 ~7 O$ @6 ^答：根据线性波表面位移的表达式
, I5 w- s& K4 U1 P. s
h# n" H- U1 l' w! Z得线性波表面位移位相函数为：& f$ h2 g9 w* Q# ]! d6 u( q( y" P/ G
那么，波数和频率分别为：
. R3 [0 @1 t4 A! n1 k }# u! ~6 g/ E0 S- J8 e
则波数和频率满足方程：. v' {( i |: k* ]
4 ^ d5 ^; i& E
根据线性波表面位移的表达式：
- _) Z( k( R, k0 N% G {$ c) |
) y4 J( \# H5 [8 t: D. |. ]1 H( H! L @得线性波表面位移位相函数为：1 S# X7 W! }- s* v. T4 y
那么，波数和频率分别为：
+ @& H f, J1 `. _8 L1 p; V( l
- _; g# ~3 N* f4 a1 H( F y则波数和频率满足方程：
: a5 G0 a: k! |4 Q6 O% e7 q5 e2 m0 a6 D& r3 ~
可以得成立，称为波数守恒方程。* W3 i, W7 }' C/ g6 J" L: P
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
0 h9 N! ]( b: { [" t# @' f8 {
9 A- }$ G: s3 T, Q/ m D+ _5 V2 {9 N! t3 C, W1 x- _7 Q
1 W6 m! k9 _7 P" j+ U( s' `1 t
3 n8 S+ @5 M* [5 _" K
q: t2 @ q+ _0 r8 A! f/ `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。 |
& |4 D. h3 z9 f4 R4 v( G
6 `( \7 G( ?2 J i
( y# \, }) _; r# T: { e# A: c
9 {% I' a. P0 O" P8 H7 q
' f* E8 t* H: E2 B0 f. ?7 U
# ^) ]( Z- T6 N2 }4 U$ g; ]
) U) }3 j. ^& j/ C N- }6 n
# j# ^/ h+ R i" d
2 \2 I+ Q: f. C5 u; f" r
5 R; V# i3 A6 H
/ A9 s8 C) \ f$ b
' q3 j0 d" T4 p7 {8 K: R( c
0 d/ p2 A; \8 ]
8 V% i e/ w9 Y7 C- n9 S
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3 r( m% o6 [8 J$ q, e
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