南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
9 F4 Z; q0 i& Y2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)$ J# R) S4 I# F8 h5 ^3 h* P8 I, R
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
6 f# r* G6 ~- J4 S5 S5 Z系 专业 年级 班 学号 姓名 得分: u& n& d9 ` T
一、简答题 (每小题 4 分，共32分): { }. A$ m$ [# `6 J3 [7 w
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
5 w7 k' X, U2 k, q4 j5 ^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。
7 u8 ^) G7 e/ y& g[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。]
) ~' f: n) s3 m# A/ ]2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？, {8 U4 Q# C4 a n: \
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。8 @% t( x1 L# ~/ V( B
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
# q0 A- b$ c. f9 Y% b. Y* `8 Z7 J3 ]3 ?5 P: c
. Y8 e: z6 `# L8 P& [$ M& {/ D
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。1 D' c$ _& \/ ^& v9 A, e
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。, X9 |* ?: i( y. t+ x) s( x
4、什么是Ekman 螺线？0 Q3 N6 e% N0 o$ [$ 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& c- z$ t- x% C
E kman 螺线。
. m9 B; ^1 m. x# ^" a, |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 P7 r/ m& f! d& ~4 Y G, f; L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。; x# V& \5 H* c8 P2 @
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
3 \6 O8 M0 G( B" Z4 x2 Y! I9 Z中的同潮时线和等振幅线及无旋点。, _) i- `$ c/ q3 {
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。: v$ p4 x0 F9 G2 G9 h+ X* ]9 [ O
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
8 d8 f7 _3 T7 T+ W! h5 ~6、解释波浪辐聚和辐散概念。. b, R; ^- G* c- n1 R6 d8 B
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。! G1 s s' h8 q9 G8 {
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。
" O9 e& X! N! f- @! J7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。8 x2 L7 q- z# Y+ t! p- W
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
2 i' W x' A" x5 t* c* F- I（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。9 V0 I% |8 \& ~' j/ E8 L
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
1 L e% }& B7 H8 p( d0 r- `（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 `; \1 o A q$ W( }/ W8、解释潮汐调和分析。
) n* K" x+ f+ O8 G 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。
% o. b' O. f2 A二、问答题(共48分)
+ e8 F7 w: U7 E2 Q. }7 H# h1、（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 t1 S% Z9 W- G! x+ Q _
答：假定：
5 y W7 h# G1 j7 g1 x- {2 _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；: A) O g( W- x5 N3 w6 C' h$ [( C ]
③忽略地转偏向力和摩擦力。6 b. p+ x/ D( L/ {2 i) g8 H3 s# v
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。
2 x: z4 E- Q8 x1 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。
: ~' J8 ?9 G5 {2 ?: r3 G! y# m2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.7 o+ f& W! e S" }3 ]. I5 \
7 L: Z/ N8 W; B6 L6 D- j
, f2 q" D' I9 c3 N$ z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
( s0 d8 [# I7 U; c0 N4 P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。; ^; V# I( }8 T# D. e1 }" A
! t4 d& } q4 T/ I8 m. W3 p是7 L+ B6 v0 |; m+ P0 s
+ B- ~6 x" l" w8 S9 B是
7 H; h( t( [. M- f( z( ]0 U+ Q, [% f3 T& j3 `# }/ L, L* Z
是地转偏向力（科氏力）项
% z2 j9 u! Z3 g1 ]0 y3 p * O, E9 J/ v3 ~
是
S2 k% _) ]- |* W: Z9 c: K- h7 B6 d3 c+ d: Y
% H; X" p% ^: ]0 G% f& L: z
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。) z! V- p/ F" O' Y
是散度在纬向和经向的部分
9 F& z' v$ l# @' \+ }3、（8分）请解释潮汐动力学理论
; Q' P" _( i! v m- ?3 Y0 {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
1 H |) v" D) p* m. |1 q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。. J1 V; B9 V8 P7 G
* O$ e9 B8 D8 R. n- O+ k
，说; ]8 m5 k1 A) ~- m' l) H, m
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
; s" k9 n1 A, n) z" W* k/ R5 |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/ r/ \0 Z) d; z6 R Q, Q
, d* @+ K9 R3 F. E; z
于0 时，根据欧拉公式有：. R. B/ V7 j; j" S8 s0 H/ s* q0 ~0 e
是典型的波动表达式。因此有：
$ S8 ]. e* Y- m9 h( K; C+ G3 v( C) q/ A' p
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
- E1 X" n2 s- f7 v( U$ g2 }( _* o% k# i) P. x7 `4 q
振幅
6 j! j, C# Z6 \7 D5 A3 y) N* }/ Q* ]8 v
=& q6 J2 Q; D% B4 \/ D5 Y
1 }) k$ I0 O; X o8 Z是
& v6 j: R# e; r; h" k2 C8 @3 N% s* K/ h: \* @' @0 p A
3 T4 ^) l* ^3 K- l' o9 T! Z
5、（8
' R' q0 v* O; ^
! \' i% m" [* q; q: S' Y分）利用风暴潮潮位公式 及下图: c- z+ @0 x% Q' j J, }% h7 t
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。& V; K- f8 @4 e) h$ v4 e N2 I6 o
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中$ L+ k4 O7 O8 d' 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;
5 J0 q5 M H) P, M（2）当阿法为0时，转化为平底情况。$ R* g; g2 v! K; |$ I8 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。' J' t" z7 w* _7 \: Q
答：海水运动控制方程的向量形式为：* |# y$ m8 N6 }3 D) z& Y
# K0 ^( A |5 n. {$ e; t7 {+ T0 q8 h2 U8 j3 i
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。
L. p& u$ `: W- f4 V三、概念分析解释（20分）% H2 P6 w4 P4 f+ J0 K/ O$ [( @
, n3 [, E4 ^7 _6 q9 _1 ]/ O$ ~1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
- s4 a3 w5 y2 F, w8 q
, Q! Q1 g, s8 U- V
4 o7 a/ e1 N0 u& I1 G( W0 v，推导波数守恒方程。
4 H! z9 G8 S& B# {8 T$ G6 R+ R* c
w O# O- u5 K/ F: e; R答：根据线性波表面位移的表达式
. Q z2 L( b. B- I" w/ c7 a' `; [
得线性波表面位移位相函数为：3 Y% W: x9 b X7 j$ `% K% R' d: c
那么，波数和频率分别为：
4 f% N$ s" k( G! m5 v; q
+ p) t! ^. c0 e9 w" N则波数和频率满足方程：2 Z. z: t' b/ \ `9 _5 E
' x( W9 d/ T5 \根据线性波表面位移的表达式：
: e, e! I W1 B) ~0 B
4 y. P' T" k# u& Q2 G0 c) V得线性波表面位移位相函数为：- S {9 b1 Z1 E/ Y; s8 M" ?! v
那么，波数和频率分别为：
0 _6 h& s" O K& e* z: y1 f
4 A9 p' v5 v2 Z/ u则波数和频率满足方程：
5 V- i; {) N8 w( W
X) x1 G2 Q r+ L! p- @; w m可以得成立，称为波数守恒方程。
) o, [/ ~3 }3 ]$ z t8 t7 R9 [! s 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。* x$ ~7 W" [# G& t& y1 n! ^7 ]1 f
$ ^" b& y8 {! t; f, [& |
/ o; [; Q( i" G7 ^
1 e6 _, Q, Y- u( K2 s7 e+ K
( o( Q3 o4 f$ E1 {2 f, b; |; _3 X
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。 |
/ P# [! b5 Y4 N6 x9 r
7 b8 ^; g5 W, h$ J+ F# c
; m: `# I( g' x) i
8 _6 n- x$ L1 ^
K" c! Q: a7 \9 m7 l- }# ^8 ?. A
4 J3 _: e4 J9 {. l; \+ m
8 p8 A0 D5 [% |$ n
2 f! t( s! Z8 z+ p$ [
- b/ ^6 f0 f" t( P! u4 J. o8 _! O6 [
% x& E0 D) s$ Z# l+ Y9 s
# r% I/ T6 Y3 X3 S
4 W* {1 e* ~6 M/ b# t9 y% g X- @
0 Q" s2 ~+ ^5 N8 M2 [; Q6 Q
5 u5 |& u! v- B+ {8 m; R
G! N# X* o( y) [* u0 k6 E
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