南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
6 l4 r. S/ K, n5 `2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
; b' s. p8 |) ?% o: U5 P: ~7 p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( u. @2 C9 e! k2 p9 w( g1 G* K: @
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分' o/ V* d. o/ ?1 J4 T
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
8 K9 [; C9 i* Q+ ]1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
- x. b- C! |8 ~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。
( r# [! u6 l) k' e7 e( b[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。]. [; B# U: `* j1 {- Q8 z
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？. t# w9 C. ~. y7 v9 `6 s$ v
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。& r' t W, G; D2 |3 t
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
/ d7 R3 |0 ?: N/ W5 F+ J W. O1 b, _/ R
* L, ` V6 ?0 k7 u8 i% A4 p答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。( E Z( ?, V j
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。
+ f9 O2 d1 W8 i3 E- _% I4、什么是Ekman 螺线？
. g4 e _1 o) k" T- z- [# ]3 ^ 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* I" V* Q" J+ C$ \, ~
E kman 螺线。# |; c# X( `3 `5 @3 s3 ~6 c9 w, 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。$ t% ~3 O9 [+ {+ ]! m3 L9 E( \
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。
2 o: ? H, n6 O5 f. W5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
# p* f6 I) |* ^中的同潮时线和等振幅线及无旋点。( I9 U& V9 Z5 ]; b1 E
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。$ k' _ }3 e+ h; p" 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) _7 _1 n+ t; ]$ a5 X6 I
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
' v( d( n6 X4 M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。, g2 R; N5 Y. {6 Z- C
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" s3 Q; `' z4 r9 f
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
1 }/ [6 B+ Q' o. A答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
7 [" h4 l1 b Q& ]) h2 y5 v- V（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。3 `& U2 c3 H, j
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
3 B% l% L+ L; `1 G. D$ Z, x/ 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。& e G! E8 n# P
8、解释潮汐调和分析。
; [: F/ o* k5 @7 c# t 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。* L/ M) ]: o: |7 j
二、问答题(共48分)
H/ j4 ]8 F! B6 @2 Z K5 ~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？
5 d! A! @3 s! h答：假定：
- W6 I- w( M$ L" }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；5 g3 Z' j; H; f8 \5 o
③忽略地转偏向力和摩擦力。
" t) Y9 J5 V9 Y/ A1 ^3 D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。 Z2 U" m* h; [' g9 `
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。
5 j0 K. M& F) j0 m0 k' k2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义." t1 z; c- Y' f+ a5 V8 [8 }
) K! W2 Z/ j: L( \9 v5 p2 p' m0 R
2 v" I2 U) T6 P& z3 T3 Z! U; `
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
, I9 I: m7 x1 d! L% k! C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。
[% E) G( v" D% P+ `. u" ~: i# h# f0 O+ v; S) p$ e, R, L
是
6 |- e+ e: Z" i% _- }. k* P( i6 R2 U* q, b" i( Q% ]- o. A- v3 o( `
是+ ]$ a/ }* s2 g) M0 s, C4 e
# \! ]7 E+ [7 G: {; f. J6 u% c
是地转偏向力（科氏力）项. f% F3 \, z6 n3 V4 l
1 u4 y2 J4 `: }8 h8 ^/ t
是
: J4 k. d" a2 ?$ }, q# H8 X% ^* L" N- F' R2 p
6 W* q/ ^9 a$ I" K/ |7 ~2 ^6 I
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
% U& E5 C3 `9 u6 H6 ^1 E是散度在纬向和经向的部分
( A- \& ~! M$ o/ j8 `0 D3、（8分）请解释潮汐动力学理论
3 s9 J! @4 o7 ~8 l% O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
/ f' i2 e3 Q! 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。
; B; x5 \1 x6 | W
; X6 V) F1 b/ l1 K2 r8 t7 D，说
. L+ u/ F# v: u- s4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
6 j4 s" g0 z$ G5 A7 r Y0 |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
8 S1 O9 [1 e* M+ ^* [" f3 L* ~- F/ T) z" B( i6 u" q8 a- a& I
于0 时，根据欧拉公式有：( F8 a# K- W) `# t
是典型的波动表达式。因此有：
7 F4 k, j9 @9 W. J: M
8 v+ `# W3 `+ n, B* j 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，0 E2 D2 |5 A3 B% ]: M: A5 ^+ L- T
j2 B" @2 a% Q+ @振幅
$ y8 V9 I" y$ u2 p# _7 B) L
0 X" G# h( c: Q8 y$ N2 l=7 U4 ~) x( q$ g, E U/ j5 v1 {" @1 j
- }* T- E( [# e9 ^是- w) \' P B- c( T
* \. ?; ]5 b& B
+ B" u( Q2 L4 I+ S) X5、（8
1 u8 }# \* M8 H9 A' p# z
9 o' \, H% \3 E3 H0 T$ C- G分）利用风暴潮潮位公式 及下图: Y7 v& k. S) f- \
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。' p9 [5 u: T! M$ {8 {# g
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
4 |5 Y8 ?, g" Y! z9 a（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;( o; o G7 T) `& E) s1 b
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。; X% J: K6 L' X* S! 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。. v% C6 H( ]# g* o9 z" T# T" N5 S4 N
答：海水运动控制方程的向量形式为：6 W5 a9 x7 }4 `& @: p
, C+ S/ L+ m5 t0 v+ [9 i
# A5 [1 K; y ]6 I1 ^) v7 y2 U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! f) L+ y" Z5 Z& u! t+ U
三、概念分析解释（20分）1 Q4 u. E9 s* L0 H0 Q
: i* W3 _, M- P( \ k
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合$ w7 H0 y( e4 A; X! s6 v3 w) q0 T$ B
. g1 @* f" A9 j& X; v8 u
5 p# q- D, I% i! i# Z) d
，推导波数守恒方程。
( J. y F7 {; E6 A3 e# E$ W9 V" U" J5 R) `4 y- v
答：根据线性波表面位移的表达式$ E: G. V M9 R/ ^# i
/ h! n6 R! L4 p2 q得线性波表面位移位相函数为：
9 e. J$ `) ^4 z' Y3 _那么，波数和频率分别为：
. y3 u! I1 W' Y) \! t: M/ v( Z# O$ p3 A
则波数和频率满足方程：, E S0 X, K8 d7 j2 Y
0 H: }! r! @9 R$ q2 i0 @
根据线性波表面位移的表达式：
8 q+ }% r: {# H% i. Z
, A2 \2 g" \$ ^0 Q4 }) o得线性波表面位移位相函数为：
% B, \; E. [) }那么，波数和频率分别为：* u) V2 Z$ i1 S. i- d- h: \1 | t
2 R, I& I) N, f* P" n3 r
则波数和频率满足方程：
8 ]5 N/ v* L1 }6 c7 t% c. }2 L! d* M/ o
可以得成立，称为波数守恒方程。
$ f' o( o1 n Y; \* d 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。+ ~! g4 r/ L4 I# ^6 S0 B( T
3 _8 y- Y( E h9 M
! A# j/ x9 I; R- b. v+ d
: M I1 i2 v2 E; ^) ^. G# m8 O) f0 q) u+ I
9 p/ q8 W/ E g, B5 ~) l% L+ P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。 |
8 {5 S9 D6 F4 y m
6 j0 j( N$ T& s! ?/ S5 R, Q; Z
4 P0 M6 g: O. U4 P* ?( S
0 v3 Z/ y* W n6 f8 }
# i9 { w$ r# l/ {( ]! g- e
6 ~% P' T; N# z+ y9 e9 t7 A
/ D& q; H+ @! \& Y5 i- c5 g
( |' H+ G: `) ]. I; e, C
0 ^$ V- D5 J) n
6 ?0 u+ G8 R9 J9 v
' H a( Y1 `% L& Y+ _% r
( ~" ]% n1 P" k- k6 x) T* ^/ z
* U0 A1 q4 [+ W! B! {
+ z. o0 A6 A R. l8 r' d
* x* Q# A) q2 r3 x) t' g
! ~# q2 ?1 \6 y# H2 W" q- G
) y! T& ^" X5 m; b# X; @& `9 y
! j7 m' w& ~. r9 U, n1 z
% M& b3 C- C l0 E: P
