南京信息工程大学期末考试试卷（答案）/ j3 u' Z6 X; h8 V# ]
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)& @! N. y- U/ W; ~
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
3 i! T! n" v; ]* [& ~8 E系 专业 年级 班 学号 姓名 得分4 `6 B# R) L2 }- D8 J% y2 h
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
7 b% q$ Y6 ^/ n+ @ g9 @1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？ C. Q5 k. F g+ c8 a9 X2 ~6 L
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。8 }4 U: J6 i" f3 A
[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。]# |3 B9 Z6 n' e( ~( i% v
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
' g# e# X- e8 J. j& k6 z2 B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。
" N8 |1 ^. h2 |( m" ~3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
' H+ ~2 S6 B- f2 | s2 f. ~8 }$ V' o& n
" Y0 y1 ]0 [9 J# b
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
6 L* F' ~' P, e$ u3 W8 q5 w& ]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。
' A! c4 L+ J9 }+ v% E7 w% T/ e4、什么是Ekman 螺线？( Y. D& a( |0 s `# Q+ i1 Z2 q; y. y
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
0 n' J. i# R$ S' @E kman 螺线。
% ~& L3 b" P5 {9 V% @7 V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。 v6 G z7 }' _9 m3 K% Y2 \
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。
7 P+ m2 q& W( l5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
2 }) j1 s5 [' W# Z( B$ \; C+ N中的同潮时线和等振幅线及无旋点。7 r6 B7 g" ^* w, b
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。
$ H8 g6 |) Q: W8 V1 i5 C( Q* m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; C. r, C' C2 A$ l# W5 k4 x
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
6 U/ h/ r1 } W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 N* q6 A# {' F& ^
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。
: c1 x+ X" N, y7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
1 O' W; x: L- T+ b* ]答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
$ L Y$ o, U6 L（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。
/ J/ r& j7 q, d2 _( y a( V0 n（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
5 e; a$ _" c) o, _% M! D. h% d5 q（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
: \( D1 [$ a# `/ o+ Y8、解释潮汐调和分析。
& m3 W8 h" n- ^. U& ?' a 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) |6 f+ C( N/ q* u8 B* X0 r; t二、问答题(共48分)6 n4 W; `/ _9 f K& Z# M% V# R
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？
$ Z0 e; @5 O. N/ l" t3 q% F" `答：假定：
2 U: @% k% {: l% g; G& E①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；1 H X6 V! M1 U' k/ T2 R& W
③忽略地转偏向力和摩擦力。
" u( S) B, ?/ w8 X; ^% @3 I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。
+ G c; F6 C( O9 s; h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 B# d9 Y3 Y) I a* I1 T
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
8 t# u- Z( y9 Y
: Q% P) g [/ w$ }9 T( B0 f/ w* b1 U" w; b7 x. ~& d5 S% C
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/ o* V# ]& \5 U' q
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。
# X& x5 q$ v1 N. G* D2 j8 |* X A9 A7 ^; t
是
; p. v; n% y0 t2 ?* G# S9 [- w$ f5 c3 p, [! _+ V& Y. T. D
是
1 r5 x' |" w5 ?8 n4 i* U$ S+ X$ D- x: P: A7 X; ~1 q6 Z( C
是地转偏向力（科氏力）项
) q: s, Z+ c- ~) I, L. S2 j
' L7 ~' b, m: ^/ }. K是
7 ~ j S9 ?0 L8 z, D7 J' r, _' w b
! y4 s4 A) M# K4 N
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。8 ~7 w5 F& p: A. n" F
是散度在纬向和经向的部分# u% ~5 ]9 @: @. z
3、（8分）请解释潮汐动力学理论3 S& S/ R( ]4 t# I+ D" _
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' Z& k1 | [: v
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。
+ {, P, o7 ~# j w0 I' M. `% `
+ l8 {+ j1 [* J: y& F5 Q; m，说
5 n" y8 z6 Z6 s$ K+ g# a4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为7 F( M7 q2 r- U1 ]- j0 f. u1 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; O7 O: j8 a: i$ E: V) E
4 U* L9 Q2 s7 i L1 H( D于0 时，根据欧拉公式有：0 ]' i1 t s0 B9 c* h7 b' V
是典型的波动表达式。因此有：
1 S: O( ]4 [& x# l" g, w
: n! v% x5 l1 ?& H 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
: [4 H; _' {3 F& H. C4 [+ g a( }# b; i8 l7 w0 L+ U- ~
振幅
! L/ f" W4 s3 L7 l/ m( [* A/ [% g+ u8 b7 n. \8 z
=" a8 A" c: F0 w% n. n
4 ~/ O4 N+ M4 j& |& f是
; X- P# m Y- |: r; L9 p
' _+ S7 t4 ]" x- N& \. G b- ~1 T' h7 D
5、（8' V. Z& w" @& n" @5 @; v
y, `" T9 [' [6 _: L分）利用风暴潮潮位公式 及下图4 V; _* T1 K9 X, v* s. }1 A* x
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
- K9 |- I% [9 e; G, }( ^6 K# a答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
@) |1 S' @# D8 B2 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;; p5 Z* d: }, T4 y
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
6 E ^$ U; G" P6、（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。
5 }7 G+ C3 L% N0 U答：海水运动控制方程的向量形式为：. l1 T+ R! C2 }& v
f8 O: P5 x: g. k" L B+ w, f$ R+ w3 L. Y# x4 G7 O
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。
8 m2 o5 h0 C0 B/ A( a, q三、概念分析解释（20分）! l5 H+ R9 M9 R( O4 T/ |4 o, h
3 _: c2 A, Y R, E
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合8 P4 L' d c$ L/ g- @; v8 ]
3 L9 G2 H& k& F7 b' c5 t
7 `- T5 u- x2 _: C/ K，推导波数守恒方程。6 z! n* ]/ W5 ]8 F
' V5 @4 x, p9 A) D5 c
答：根据线性波表面位移的表达式
# y4 C4 i3 s) I0 e2 _
. C1 |; B4 k( |' H% h得线性波表面位移位相函数为：! Q' b- I6 @" E, \
那么，波数和频率分别为：
* h% o. f' K7 l: D7 k6 r* r- f6 z- H% b
则波数和频率满足方程：
& `& ?+ H+ v: w7 g
! M% l2 V. Q: f( Z( A/ B& I% c/ x根据线性波表面位移的表达式：( ]0 f/ M, g3 t! w4 f
7 g2 n' M4 [" q! z) e
得线性波表面位移位相函数为：8 T4 ?# c. Q8 X) R
那么，波数和频率分别为：
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/ h2 U0 a! L0 H# N则波数和频率满足方程：
. D' U7 b0 ^& w- T8 O
" r' ^- |3 k; B& N可以得成立，称为波数守恒方程。
. W" I* Z9 B( G7 Z9 G+ p9 g 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。* G1 n: \/ `. z; A
r* X* @. g7 f7 |
, J: h2 {4 L; T! G( G% G1 y0 r( [& h3 \9 ^ 登录/注册后可看大图
. g7 `/ [$ ?% l! i
$ k4 ?5 |4 c+ ]# i7 e# l
5 b" F1 r2 H+ m, ^9 |* G* G& b$ a3 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。 |
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3 a+ K+ Q: I% \0 O: g3 ^# K
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