南京信息工程大学期末考试试卷（答案）9 @1 o& P+ s: m: O, C
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷); V, d* G) W9 k+ Q
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$ F X Q: W A! s* V4 u
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分0 q" N* g. c$ p- p
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
" [) H( y- U5 ?/ s5 e8 v# w1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
, G& f0 G. t+ b' V% r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。# x8 k9 Y9 {0 t8 r4 c
[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。]
% P' h9 Z i+ r# d7 A% S3 n2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？+ v- M, M0 g6 B3 }! X
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。
% S5 G, K1 b4 }) `2 W# Q+ Y3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。1 _, Z9 h+ }- L" g( K9 J3 t
7 [3 V3 b, T, n6 t9 s- y3 [! F( e+ @. I7 F' ~# ~# E' l
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
9 o2 k( F) o, ~5 \ x; A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。
9 i( ?3 E$ L ^5 V) |7 J4、什么是Ekman 螺线？
$ ~, A- f" o5 d 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
, ?2 |6 F Q: b, g1 s) V1 }- z2 Q3 wE kman 螺线。
' O% l7 K5 k6 U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。
% h8 L# v- q& H8 M6 f# {0 }7 K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 O7 n1 V6 [4 F) M) a5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图7 P* R' m" C: e5 G, z8 _2 Y. I
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。0 ]% G4 @! e0 l! M
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( \9 v) F) _7 r7 W2 `6 P+ G
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) R2 l7 r* L2 m
6、解释波浪辐聚和辐散概念。9 K" ^, j3 |* g6 h S0 B* T1 A& O
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。
! q. Q3 ]# T% [/ j3 C- x1 k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。
, P; o7 Z2 t4 [# ]% w7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。! R0 j7 L8 H4 E: N; C
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：0 Y9 e6 a, w! S3 ~ B7 o
（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。6 S$ Q* P: j# r
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。, N# f' v# W7 D$ G7 w0 d3 {
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
. c/ R! Z$ q1 k0 [% I$ ?3 |8、解释潮汐调和分析。
9 {! I& i6 _' i& q 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。
" s2 U% \: D; x+ V二、问答题(共48分)$ G% Q7 T9 c. o( K1 `0 H
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？
$ s& S" R- _) `: t: H答：假定：1 @, H2 J- ^' R9 j, K' `
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；! }, N8 X# g7 h. ~3 X3 A. {
③忽略地转偏向力和摩擦力。3 h( h; E$ S6 I6 ~# G
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。: ~5 J' p: | r7 b
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。
" w0 F# p+ y$ f0 k: X2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
4 x3 s( S; R& N7 m' o; G. B* o+ C- |. V4 x; X G
- h4 y% R/ f3 l
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: ?& | l' {& p" w
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。' Y( r8 }3 @8 r5 A0 \! Z
( _* c) o0 a" i& v. _
是5 {, I& v& c* \" f9 u
+ d4 j7 n( ]3 [" X# ^$ R/ f
是! S# Q' l* p' r& @8 U( @8 B# _$ {5 H
2 Q) _" P& ?6 |: A3 F, f- f
是地转偏向力（科氏力）项" r# L5 s- a e# L
. H" F3 m: C) h5 b8 @
是
- a8 E7 c% w& J& Y; P5 P: l
; ~+ p8 P$ A0 \/ q ]$ C8 F1 b$ @5 u1 O* j/ n; b
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。$ g6 c, r* v& }; A; @; X
是散度在纬向和经向的部分
8 [0 \" x. y0 ~2 Z6 i( q3、（8分）请解释潮汐动力学理论
) H- Y* a3 J8 { n" ?$ K! [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! S' ]- R( s) U+ @
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。+ u" J! d/ _/ b/ c- E
; u% }$ T' s1 N6 y8 ]$ b
，说6 A8 x2 L8 _" v; N( X8 i& L7 x
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
" c9 F9 M9 [' R4 I% 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
+ f0 b5 S$ Y- R4 W! n5 [
; Z8 i4 l& L \0 F$ i+ [" r于0 时，根据欧拉公式有：4 L4 G) k7 p0 c+ b
是典型的波动表达式。因此有：
- K$ N: O/ E+ N' P
' L3 {# D) P8 H R 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
. e U2 x; q3 N8 } p( M6 Y; F: u4 z w3 [; {
振幅) P) L& S6 X2 P2 ^8 s# V$ C
9 n- L1 P I2 A! H& K=
$ a% u' w0 U8 _% G! j Z: L. d P
是) L( L( v( ?+ D9 q; L j: g
) A( G1 r$ {& M6 Q. G( X0 h* s. A6 {/ f4 E! u/ G
5、（80 _" c1 R+ {7 E# s" a
7 k# J5 T1 a$ n1 C分）利用风暴潮潮位公式 及下图
6 X9 |; }: ]/ [8 v; U说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
2 h) L3 t3 e" ]- R( B: c答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
4 I) _1 A$ V5 W4 j/ F, O（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;# N: g% C6 [+ ^6 @1 Z+ F) O% w
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。: S, }6 p" }# i
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。
. p) n( `3 K" S# W, E9 r0 k) `答：海水运动控制方程的向量形式为：0 C- I2 C6 f: T- n. X% u5 p) d
6 O4 V! q" X i9 y8 _: p4 r
4 x( n' h4 l! f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。. B0 L2 j7 P2 t" y4 Q
三、概念分析解释（20分）6 f4 T9 H/ V$ A4 B6 O7 c
) D$ l- p; ^ \1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
) c* U5 w! h9 X, G. I4 x- }7 F6 |: Z5 c6 J
) ^& Q7 z3 E: G+ T% a% ?" e
，推导波数守恒方程。8 _0 j* i+ T7 [ \
& g% p& ?2 n$ z% U! E答：根据线性波表面位移的表达式# r7 @% C4 i- j4 P% L
! `, z" _) D& j- `; y
得线性波表面位移位相函数为：* x$ n% a7 d2 x
那么，波数和频率分别为： E! s3 Q5 V& m4 y
- e9 @" c; }$ O& C! ]7 i) D则波数和频率满足方程：9 a& b* O, r: c. g9 R" I. y
5 S. \, [. j* e( f
根据线性波表面位移的表达式：
7 x; D+ g/ R+ w% [0 L( K {( X+ K% Y# i
得线性波表面位移位相函数为：
5 U0 d, O" w1 Y8 g1 m! e" m/ a那么，波数和频率分别为：
6 e8 y/ Y3 c. R& @; k p$ T# J2 s% f/ x. P
则波数和频率满足方程：0 V$ ~7 h. |$ z7 N z6 Y( s; M1 [
9 B* g! d4 Z" a% N: @% z可以得成立，称为波数守恒方程。9 r( F, j' Z, T$ r
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。+ k9 [0 _: ]5 m) U! O ^0 b1 k
9 }( s8 T- K! E+ ?% h% ~" R1 i8 X- H# J9 y% k) `
- H0 L' q% w5 ]& _
& w: U# ]+ D( L0 y( b5 P- o/ r f6 h$ C1 e
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。 |
1 `& K# X0 ^" u3 g* R8 x! S
" Z6 P: R6 {8 C% m/ }! O
- @; c' a, L3 S! u3 D4 T; J# W9 Q
: P# `7 G+ W( n+ \" Q3 ]) C* s! N
J/ n( U6 j9 J' R3 o8 @2 x
& e' x/ |* q6 E
" l! S7 z+ E7 e% E* g& P- G
$ v1 c- a' J" e& `
" Y. I6 M6 O; g; l0 o
, s7 r2 i# r' E7 W
$ {0 s2 x9 z/ m" t7 ~7 K/ R( _
$ F y% e8 h \$ Y1 _% ~1 Q9 }
+ s- ~' {- k6 }- G) N, H, n+ k1 [
9 R8 M- {- F' c
6 B- f/ Q# \! i: d6 i( C5 U
) j b& ]; ]4 @) Q
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