南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
D1 A- |- {$ R. J% f2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
# R. g% W6 z) `8 Q0 k: l# W 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
9 n `' \( j$ c% D. f6 B系 专业 年级 班 学号 姓名 得分1 c6 Q2 L( D! F1 E/ \6 s; T
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)& C" C& f9 T1 ]; N* |5 q( X
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
5 \& m& t: s; w H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。( m8 j& W- X4 m' X* }- ^$ 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。]$ h& w( P1 ^7 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？
! |) q, c. g6 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。6 r/ d2 `& X4 T4 Z* \
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。7 ]- {/ p1 j5 ?7 d4 [3 @
2 m8 T- m, ]( W1 |) V q' q! n0 P0 o V7 F# A6 F
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
: e+ H+ c4 y3 |/ }4 C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。1 C( C& g+ {* s/ U
4、什么是Ekman 螺线？- l% O. t# k+ |5 X5 y" L: x0 ~6 h. 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
8 t* v/ l5 c: ~+ uE kman 螺线。
; p( P# e k/ r3 C1 E# ?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。1 \: W: Q; Y6 a# n D
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。+ Y9 N0 W- C: U2 U, H1 z( n& k
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
+ _0 c# R0 }- U中的同潮时线和等振幅线及无旋点。2 C& J5 a+ 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。
& L/ G+ K) R2 G" E$ N3 g3 {/ C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& r$ L s$ D3 ~0 G& |( }
6、解释波浪辐聚和辐散概念。2 K1 M; l L( S; p9 T) P( \
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。
* h5 D G9 n9 T" I, W! S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。, K# v4 W) W. k8 |% n$ g
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
2 |1 o, r+ h% L- ?+ Z% i答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：# }0 X* J9 h }1 n K* x k
（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。; b6 q& x' R# h
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。. _- @9 ?& r. X. C" l" `: s- p
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。% n2 Y3 L! Z) f( \
8、解释潮汐调和分析。
3 f$ I/ t. p5 E4 }+ n0 V- a0 ] 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。
- z! l$ F; Q3 A二、问答题(共48分)
) p/ X3 t+ t- M. L* n/ U1、（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 q+ S2 ~' ]" i答：假定：
$ r( x6 S9 [! l0 e6 F( C v①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；
( @ y8 j2 e+ [2 j2 D& w; Y③忽略地转偏向力和摩擦力。
" H5 r" M. F5 s9 o: t" n8 C0 S) j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。
- a0 _# p, a6 W% @' H6 g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。
' j5 S3 \: P+ ^! i/ M- G" ]2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.0 }$ {& C0 [5 l. ~1 X* T
$ y1 N2 R/ I6 d7 u' R9 ?3 G
" O! H* }* \2 q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; j- O* i' {2 v4 a& G6 R1 F* X
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。
) ` ?+ {* w, t$ x$ v) }9 w( i0 N- S6 f& K
是6 l* Q2 V0 K k! L1 K8 \
) C% C- q& j0 E- G- L& c% [
是, A8 ]5 m1 D, b! ?, M# u' v
$ Z3 v* t, p9 J ?是地转偏向力（科氏力）项
$ ?4 C+ Q- q" M7 n9 j* O( g
6 Y% m o! Y! |( [9 ]是# @3 X; ] O0 |% {0 X
@# y/ T% J a9 a) \$ B( h9 J( i# q( {( W' q
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。) V3 L6 f( a, @! ?6 d% u
是散度在纬向和经向的部分
9 T8 Z5 I, F; W3、（8分）请解释潮汐动力学理论
0 O' |: V( ~9 N) ?) H1 r. l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* j) _; X5 n( o* Q$ O1 p2 j3 ^
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 e) [5 h/ g/ n7 I( ^& b, E% a2 v( j+ e
，说& g) o' U8 ]- R+ E: l. U5 j
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为 U x- n2 }& {5 o. P8 y3 B# p
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
1 |. H0 P1 R; S3 u) Q2 ^, N- f
" Y& u# H- v1 [8 g# }1 E于0 时，根据欧拉公式有：
$ q+ r+ C. r3 m是典型的波动表达式。因此有：
" [$ u$ N) M. |9 b/ D, s
: n5 v f1 X, B) P) y 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
$ W" `! X3 R' o) r( T* N# i" a8 ~& j, B# V$ Y2 u) J
振幅
$ X( [8 Q8 j) K- e- h& D* j, }/ X) K: D1 |3 {: t# L
=
) j; O [+ |' s% C
9 }' o( M& O) f% B是
' M1 T" p4 Z) _9 }. G0 q. Z% K( s5 v$ U8 q
" Q6 C2 o$ \9 O, M& F( l1 i: e8 J5、（85 A: q# |/ s6 u9 M2 I
8 a6 q$ y6 p. N$ s分）利用风暴潮潮位公式 及下图) D6 H- T7 h) A6 e# Y' U1 b8 L. X
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
, Q0 i; \7 K/ p- _' C答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
) I8 O0 T3 @# [$ h1 d# c（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;; @+ q) o' h. ]; T! Q/ ^) W1 F
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。5 B1 s! P% T/ {4 M5 X( A
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。( X9 I1 M" q' s: S# l/ F8 B
答：海水运动控制方程的向量形式为：
5 A$ L, @$ N7 y# v9 E4 t 3 a. F( ]2 u. [; c; K; x
' _: L! |8 r* Q: c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。& P9 K" s& j' Z! G1 d2 [$ z0 l
三、概念分析解释（20分）
$ c+ Y, f, ~/ r( I5 K
X( L4 Z w+ `( t: B1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合4 Q6 Y, N# l9 ~
/ w; q, Z% p) R6 ]) V# W6 P1 k4 A% z9 p. n$ Z3 w) v2 U B9 G4 g
，推导波数守恒方程。5 W& k& i7 `+ [/ k @: \/ n0 B f
8 @/ V$ d! y& w' I# I
答：根据线性波表面位移的表达式$ ^# F% `$ ~4 o2 k) w
& \4 B. b2 U) F$ C* p
得线性波表面位移位相函数为：! @8 M! R! h9 ~% {
那么，波数和频率分别为：# b: H( g0 O8 V2 J( {) \$ s0 K
( |3 J/ c5 `; G9 m8 S; c则波数和频率满足方程：) ]9 e5 x1 D8 D6 T4 R# |9 e
( X$ K6 u3 v( |根据线性波表面位移的表达式：
8 E. n4 T- b9 ?( T ]
5 l& H& `4 B, y得线性波表面位移位相函数为：
2 Q9 ?; m0 w; j4 r! J6 z/ p% @/ Y那么，波数和频率分别为：
% ^7 M" ^6 G2 S9 b" ?4 l0 a
$ a8 F/ N& |5 o则波数和频率满足方程：
% e# x1 H$ I; ?( K* X3 X+ {$ _7 k
l1 C& z1 g" C7 ?' }5 E7 ~可以得成立，称为波数守恒方程。
0 G& }& H* c( ^5 V7 ? 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
6 n% k" A8 r/ s8 ~- U7 x4 L1 d5 u" ^- K# ?/ p8 z! T$ J
, [( E! e0 f8 k8 f0 e/ G0 [1 C
, H0 o) Y* u l4 w" z# `# k- \" j
! |' k# t- T7 t( b/ X+ e
5 t' ]- P! \5 ?# M& ?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。 |
0 D! r( x9 E9 f
# Q4 P. i3 h( `/ O
" Q3 ^4 o( u# Y6 L# b& z
8 j# S: r6 S( ~1 M& i: X5 ~
) i6 a& f. f; K+ L* s, b# s. t
+ W- q- J# m# P0 I" R" E* {6 h* e! ~ }
, ]! p* A2 F' Y; A2 A8 d
) I) m% Z: D! G, J+ |
* p! [ O% D% H2 p4 y8 D0 y0 h
% n" Q2 B3 p; ?9 v8 S' M B9 ?
5 H" |; L0 z" U2 G1 e+ I4 X
( R, t9 T, D# P- J) r1 V' g
4 v b6 b3 G6 [4 O3 C) s4 ^
. h3 a3 G2 b0 s# W2 t/ z8 Q& u
% V* [ |; b% n. Y% w/ \. X# c
4 G6 `+ p: Y: R( O
6 G. m3 W: b! E& }! ?
' |5 }3 B( x! ~. @ Q/ Y) C
: z4 [% t0 j, y0 y
, ^: h8 A4 r/ m: w' T s) l
0 Q. J% |+ V; f/ E& C
8 r/ ]& ?* n/ v1 m+ f0 U. N4 {