南京信息工程大学期末考试试卷（答案）9 {9 i+ C' V. [ M6 ?
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷) I. }+ H$ r# s5 X t: H/ O
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4 T$ \1 G0 Q( P& R2 p* [8 z- a
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
( |/ Q. x! C7 p' E一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
* i( v0 q) f1 }6 K) Y; ^, S, O1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？) Z6 f" S: V, M! c* E, s0 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。& U* S0 M( l- C+ I- [
[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。]* x: T9 f8 V) O2 R- u
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
/ F) S* n5 ~* o4 N- A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 \& U. ~1 T4 c
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。0 D" W1 `7 t( s* E7 F
& d- w4 U5 w$ l3 U( \# a, ^1 k) R3 J
! U$ m0 w9 S* o+ Y, ~4 n% j% }8 C答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
( F/ B; @1 n* @$ ~& L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。5 C8 [8 l3 G6 X6 h9 L0 b. C
4、什么是Ekman 螺线？. H" @) ^ y- p
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
, O) X4 K+ A$ G2 rE kman 螺线。8 h& b/ h) M: \- m) ^
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。. v- M6 Y5 c/ u3 g2 n
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。
1 R9 d1 c' P; V% c8 f5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图2 X+ x2 Z$ T+ T; ?4 L
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。' J8 w# M# m1 ?! M" h
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。
1 G& q2 ?; ^. M ^. ]. e# d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
2 o; H3 L! n) |' D' ~6、解释波浪辐聚和辐散概念。& p+ E `# C; w9 x; u
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。$ v* ]" L; u+ ~4 u( y
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。
) n( I( f" [9 w4 _1 n7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。4 U' K+ Y' Y: x1 u- H b' _# {2 X: @
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：; t7 Y7 X& e& j0 ?/ O0 c" h$ c2 Z/ z5 _
（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。
. D# o: X6 o$ z6 ^" A1 }（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。# S# F( l/ n4 J) [* L/ 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 F! x% D0 _5 x1 i7 c) n8、解释潮汐调和分析。
! C" p0 S% m* h3 ^( l/ e$ u/ o 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。
1 ~& {/ b0 k/ L6 C* L/ ?2 X8 V7 Y二、问答题(共48分)
' u4 v9 L8 l- p1、（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？" b+ Y) R6 B/ l& V1 `
答：假定：# \. {- H. h+ Z' n% @8 D' r
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；
: Q: h% D P. F③忽略地转偏向力和摩擦力。
3 q, X' x. O. W% a, X* @" t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。
' M+ n6 P, _3 G; c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。
: O; D( p, `/ D! @5 }' E8 q; G2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: C! q9 N9 v6 L; c$ ?# W
3 [3 q7 }) \- g1 L( R
4 A t6 R# Q! Z1 v7 [$ X% }; G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 B6 g4 u- N' H% T3 ?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。 [5 Z8 I) }9 n. N- K: F
. O$ N. A( Z. N: |0 m5 i+ l% z是
1 { C& d( N6 E: j1 c
- x3 u5 L f b( V是' p, R: T- k, [' b) o
, o8 Q1 W& v6 `7 w4 b
是地转偏向力（科氏力）项, W3 [' c }( F/ m5 x& y- b% q
. _2 w# n1 \, m3 U9 n
是/ T" o( B, i2 E
# o& W1 m0 p1 T2 ? P7 L3 K7 f# e1 z. @7 e& u; \
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。! z; y( j% `& Y. K a: u
是散度在纬向和经向的部分& k& |3 U+ _& H! W" S) q" F
3、（8分）请解释潮汐动力学理论1 ]' z6 `& ~+ n# G
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
$ H+ u7 b Y+ W. A. 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。
6 m( b; Q2 H& u, R9 q& Z) b
+ x! s c, } }( }，说
0 m+ E6 I/ {/ ]/ s; o0 C: i6 ^! m4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
4 N _$ G, R2 a( F. 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4 ] a: v7 }, m, r7 e
! |/ q- I1 \" \' r8 r6 D于0 时，根据欧拉公式有：
0 D) {7 i& ^/ e3 P5 X) n是典型的波动表达式。因此有：
% l( z9 z* T! d! m* M H2 u
/ U; v# D* S2 t( m1 h+ x' D% }; s 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，/ C, c/ R+ ?% f
6 O8 S9 M8 k4 }& U9 Z振幅
1 x& @. T5 T' N! @) ]
" B0 K0 s# r) u8 Y2 r4 e$ {=& l j: }9 G9 T! l
( C5 m* c8 |5 P$ z4 G% L# z
是" f4 y0 o* M7 c# d) s
( C M0 O6 \* K0 h& s+ ]
- o; R, J3 ~" b8 q/ v+ }9 Z5、（8
1 U- e! Y. I; Y; D7 R# U. s& A9 \0 S' j7 |, c* E' q8 k" b
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
9 A+ R, U$ l! l" T- b5 ^说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。) ^/ \) L# s* V* I5 L) a
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中8 z; B; y" x+ Z* f5 p
（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;
. ~5 o/ ?' q: O% y* _（2）当阿法为0时，转化为平底情况。+ @9 ?, V( C( A: P* W4 v( j
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。
. m# N0 J4 s& D, H! _4 n答：海水运动控制方程的向量形式为：) ?+ v. Q$ O: \
% J0 p2 @! ^! x! p7 A
* S$ s' P0 {. L6 @& ~. ^3 _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。# Q6 }5 l" P1 a. a. D# J$ `
三、概念分析解释（20分）
% |& J! m9 x6 L# ]4 S% U: \" E
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
: m8 w5 X$ A0 k3 X0 h s
$ [( n% ~9 Y, y; A2 _; ]' t' f/ o
0 E; c# A8 {- }( _" e8 i，推导波数守恒方程。8 S! i1 T) m- c( g5 W1 n6 Z
9 T7 R4 b% V" H! {
答：根据线性波表面位移的表达式2 c% f$ z& M* Q+ O1 K3 p* a% f, |
! j0 x- ^. f) _* z6 x
得线性波表面位移位相函数为：
( V1 W" T) t8 h$ w4 n5 w' C; E那么，波数和频率分别为：0 I& L' G1 m9 O
& M3 ?7 A* ^$ ]9 X5 }1 F# l: H L" k则波数和频率满足方程：
4 `. j$ [# \; R) T6 H: F
. g; K( z9 ~5 T- C根据线性波表面位移的表达式：- C3 ^, z7 {! W j. q
( n% u8 }) t% `% {% v得线性波表面位移位相函数为：: s* H9 v% V1 g; ?
那么，波数和频率分别为：+ ` Q7 n& J/ T$ Y1 K# W
* c( H' P9 d' {" C3 }- s& `# x p则波数和频率满足方程：, f- J* ?- X( i
8 N3 U" G: k" g( F1 B: V" S
可以得成立，称为波数守恒方程。
) I9 \& M$ s. u. C 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
$ F0 X* H2 [! X' b2 w5 s6 J' b' E m+ E8 A
9 ] {- F( d4 U: l9 W7 {9 F4 Y
% v' [7 [6 m$ G' o# y5 p& F3 W: d% w) @% [9 N4 [
& K" w8 j1 \2 {7 e4 _& }
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。 |
9 S3 Y; r- O& {! Z( `- }- V
x a/ R3 \. H% J7 `; ]! d
& ~+ V! u( H8 }- D
# i7 d. l. i) O/ Q
* n2 h4 S: b* U$ I
. ]! K+ V/ i7 P: [7 a; z
) n- |3 Q& ^' _6 ]* X6 `
' r1 t+ ~7 ]9 w5 B
! Q3 z. [# O, ]" Y' p9 i% v. @
9 P' M9 f" f) v! N
7 d1 g( J$ [ P l' U) N5 C, O* U
5 i1 y8 j+ l9 ]
% r% U& J. M+ `* A9 X
. R& b h# o* }1 m
; w) D9 {7 A9 N M% \2 F
7 }7 I1 N$ i4 C' P5 F" ]5 {
# z2 o5 z7 L6 N" Y0 r& E7 \1 {
6 A) m) P& N/ V W) O7 ^: c% n, s. O
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