南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
9 J5 r' |) |. p4 v. g. W3 a2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
, O, ?# m, n8 O1 ?6 |) {; X$ P' I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- K! }7 ?2 d) Y+ |9 C2 q
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分, ^4 f: x2 i2 _8 y& R/ v# @* I! u
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)2 A- K8 y; g" t+ G$ L
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？3 m: _% d, L0 i
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。- X. H8 X$ K2 k! O. m4 `5 O
[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。]
8 o: W/ }) Z i1 o5 J4 U2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？& O: M7 Q- d6 C8 h2 M, t
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。5 V2 t" H! A( B7 T3 r) D
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。" o1 v. t- R+ A) h$ C
! A* h9 |1 w# p j( z
$ ~- z& S( L1 H& T2 e
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
1 k4 g" ^4 P' r( p" t, 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。
6 V) k: I. e$ W0 _/ V) I2 F5 }4、什么是Ekman 螺线？; \; b1 {; s$ d3 M" d8 J; U+ W
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
1 Z6 b: v! x6 ~E kman 螺线。% l' v% o: t& Y
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。
. X* _) p: Y- _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。% r4 `8 l% W5 U& N/ l' Y
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图8 {, Q, {9 c5 T. s' W
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。3 y* b' w/ i+ @2 J% q! x
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。% G$ v) [' p/ H. @4 j6 |( L
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& d5 {. J9 o4 \+ J6、解释波浪辐聚和辐散概念。4 B) S# x: V2 R/ ~* Y# W% B# j
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 v) h5 s) @" r% g9 u0 \# F0 Q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。+ z: f$ _0 E Z5 O: r
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。* x- Y( j) x1 x1 @
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：! b6 {8 ?' |2 g9 O/ j
（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。7 k& W8 W& L3 S& S, 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。
+ `0 ^! x5 G2 Z( e5 ~（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 j; }% F- o) f# [: c# I
8、解释潮汐调和分析。$ _) @$ m, J+ d4 J# m+ C0 C0 y
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。
" p# c4 N' R+ b- \二、问答题(共48分); d4 z% u. v, A% ?4 N
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？
& @5 {+ |8 u7 ?- Z! F9 y P答：假定：! M/ \& J; L# d* b; Z
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；
) K3 J: S- @# Z" b+ k% x7 T" [) T③忽略地转偏向力和摩擦力。7 t2 M, r u8 I/ k
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。( ~* t1 V0 B" ~1 R
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。/ r* Z7 x* p0 }9 l9 O
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.. H3 m8 c' L& F! H& v
: f+ Z! d) Z) y" o& a+ o4 r) C9 Z, 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4 P+ k* B8 _7 c" m+ g/ V
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。
; p: G5 S0 b' h. V: b4 I! M: ~+ j8 O6 \" |$ \* p6 h3 ?
是 U6 C7 P2 E+ ^; H# o0 m! n
! i: I, H9 ~/ l/ X1 M
是
7 i! y3 O& z& @! F# i! j4 L* ?0 T }
是地转偏向力（科氏力）项
3 K( X" O1 S9 X1 c$ H5 U
4 p) z& S E e1 \$ ?是
. Z( s0 _8 l! y
) @- \6 I5 p) Y2 w6 D; k8 d5 T* l
' ]2 B& s. G- B' T$ S6 N是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
1 e- ?& p$ N2 u( |是散度在纬向和经向的部分$ _* ]9 @& w! |1 |: A+ o0 V; y
3、（8分）请解释潮汐动力学理论- h- d" C) `8 O i9 Q
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
6 s0 k2 S( ]3 m8 x$ @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。9 w" W/ N2 q" n _' s6 w( N" b6 O" c
# f3 l8 ^- K1 p/ z8 |+ G' i/ v7 I2 @3 B7 I
，说$ k F3 T" U8 \6 [6 ]1 q) M
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
, b4 `" e, u+ s8 c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" K# B# v5 k8 W4 y+ |4 s
& Q `& S% g/ y2 N0 I7 {+ T
于0 时，根据欧拉公式有：: F, R. r( y+ F; W
是典型的波动表达式。因此有：
Z& g7 B/ d5 T0 |
% {( u: b. \8 \8 f4 J, \2 p2 Q 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
, ]: V+ c5 j/ x: E
. @8 j6 e* z: |9 N4 b振幅( T1 Y4 L8 B. [
. q1 J& P7 J/ R: f6 O& U3 T1 C=
7 j1 L: x$ L( Q" X, u! L9 s8 [. q7 X
是, ~; X* v) P& I, @
$ E7 d& o) Y1 m# k, F- N& x9 t# y" g* F0 s! e6 n' F9 Y, ]
5、（8$ W1 X* H4 q; h$ Y
$ e2 Z- I1 n* [5 t3 } D' l3 E分）利用风暴潮潮位公式 及下图1 F. |9 p8 [4 R
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。* e$ }# j# h" n+ c4 o
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
v6 }7 z4 E- B9 ~（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 Z2 u+ q. [: r
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
$ w# h! T3 ?) ? M n6、（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。$ h+ }5 b; z9 l
答：海水运动控制方程的向量形式为：, h/ E/ B9 N2 x8 Y
1 s/ f" S+ {. F. a$ N6 ]
0 J, ~6 E# t) G" O5 |4 E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。; Y2 M: l) I6 A! U; ]
三、概念分析解释（20分）
3 V. |! z* X( b; W0 c' d4 e! A+ d# F) e+ ^+ M, z. p9 E% m/ C
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合3 z4 F4 p- Y: n1 ^9 X; [7 d7 l
6 X; X7 Q) e* p
* @, v. @1 N) l0 D
，推导波数守恒方程。, m: t, G- x& t+ P: U% s
, D7 v, F& h x% [答：根据线性波表面位移的表达式
{9 r$ ~1 p4 i& F) }
6 i" O4 w0 |8 A7 k1 Z& y. {+ o1 w2 _# Y 登录/注册后可看大图
得线性波表面位移位相函数为：, h- } ~. S* n, ]6 y& p
那么，波数和频率分别为：
g! V) b2 Z! [5 J, c$ C" J- i4 P, y. ?
则波数和频率满足方程：
9 r/ p1 @! `! I$ G/ Q2 R/ l3 O) s- B) c% j8 K6 ^3 U- @
根据线性波表面位移的表达式：1 x% v1 f( S1 y% n6 e9 [
. m' |5 e' V+ J: o+ b7 T9 \6 }得线性波表面位移位相函数为：
8 K2 y8 Z& X0 H% K, \, f那么，波数和频率分别为：
6 E/ q) Z7 ]8 I% N
7 X5 e+ f$ S# } N7 O0 t3 r则波数和频率满足方程：
9 r0 B6 o( _# n( G* C. v4 b* O9 ^& R5 v
可以得成立，称为波数守恒方程。
1 B6 [% F/ Z5 C0 X# U 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。( x" M4 {' ~6 v, c6 j- d
. T: c0 k; F. a8 Z1 N8 F3 Q- \# Q4 _6 T# Y/ q
7 Z4 F. a2 U( w5 `% X
A3 v. N6 \# {' k+ R# d7 `; `
- d+ G! Z$ X- \4 q; @; {8 z& {4 o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。 |
' c) o7 v- S0 z" `8 S. w
; E8 J4 P' R2 [5 Y
0 v4 z9 n' X) v, Q
7 A% @# d) C s I
* _5 ~7 t: c, b. V+ y: E9 g
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! v: \6 I- s3 \: |
) O; k3 h( ]5 I3 g
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# `4 i0 ?5 o! f! g& L% I9 p
9 @+ u o8 `5 }$ k9 d w( @7 Q
( T* @! e# ~, q6 `. j0 w! l5 y
: E! H, b6 Y+ u% E
3 q3 F: N4 I5 M; q
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