南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
9 r0 C9 X2 e7 o5 J; F2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)( S) J9 G6 M6 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! {6 z% |, o1 H. Z, d' B8 N
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分1 J# }% H3 P' {% {$ R8 T! p
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
6 K) S, J* b& d1 W: Y, h1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
' C& p6 W; c# U' j1 K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。
2 ^0 f* z- S7 b1 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。]
5 y3 b4 ?) w5 F; N2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
3 f* Y; | K3 c* M+ y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。
# X# x( U1 i$ \* S3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。& g0 O; Z* y$ f3 p6 Z5 l2 C
' Z: [+ ^& t$ T$ Q) c& ^4 E3 H1 i+ A Z- V$ c! z$ g
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。5 }& b% s8 N5 ]. O6 i( T0 `/ L
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。, v2 y. j ^2 q
4、什么是Ekman 螺线？
2 D5 q" g1 @/ r5 {# G$ z8 q 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1 @- e! B: N. L
E kman 螺线。: e* {% z- L( G
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。+ J- H1 x; r; g" J$ n3 e1 s
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。
- c; [. [4 {) C2 K1 J" Q! u# f' f5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图6 o, D6 q6 _) J+ G3 |: L
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。. [5 F6 \; r9 R* ~; |& Z; r
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。
$ a2 M* O: m3 h: J/ n: f+ i5 N) I/ k- _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
" `( j/ t. f) [9 S6、解释波浪辐聚和辐散概念。$ ?8 j% J6 `% 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。
+ O% l7 O0 i, f9 W1 a, s* Z- a/ j& e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。
# o' F0 Z" j, W. Z3 ~7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。$ s O& A( Z$ r$ m
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
* U' J2 ~+ o$ [* E* ~" d（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。1 U% u( D: v- W+ A/ 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。4 u5 j! O1 L" R& ~2 i% Q2 {
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。5 d4 y0 f; w) G" F
8、解释潮汐调和分析。
* H4 Q) ?1 ?, Q$ O3 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。
0 ?7 q4 p3 n! u1 C/ n二、问答题(共48分)' Q5 J: y- d) k. g* M' O2 q
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？
0 e$ t" C2 z' U: o) H4 g! G答：假定：
: N/ Z1 O$ ?4 }) M Y①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；
& g- J( m3 Q0 \, P* F. Z( p1 q③忽略地转偏向力和摩擦力。
, y- I/ H) M4 y$ U- `# @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。
9 R) n0 X2 K& Q- n9 ^8 y( X+ F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。) d5 R* o* ~; y" b4 e: }0 L! F
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: I* {0 O0 y" _: t0 w
) C7 y9 o& n2 O5 g& u/ ?5 {+ f% M- x: A3 _2 ^7 C& O* h9 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# k- h" A7 x% l+ |" O; Z5 K
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。 s+ v) j( u% a) H+ t- C& ]% G7 m
s: q* F4 Z" b$ N* ~, _5 |
是
! E+ H u' R2 D( x/ u# D: F7 m' k) F: w$ L9 W8 ~# }. T
是
& T2 C% e/ k* u& ~. {& Q+ _- s* \" n% h" C! m, G
是地转偏向力（科氏力）项6 E2 }. i: x; d; W1 \ _+ j
3 h1 C$ d0 p" L2 X( n8 U- p2 x l
是, G! N! t% N" ]
5 |& f% f# Y+ Q
! N& P2 ^. J4 |- d; W# a l是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
% ~ _. ]0 g4 K. X" l6 d! G是散度在纬向和经向的部分
, H' H9 c8 p3 {# X9 K/ D( O3、（8分）请解释潮汐动力学理论2 r% k* F p w$ h5 x: B% ^- v
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& l# ^: v% i0 m# c3 f. }, e
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。7 _+ I. |1 e# B, g) a: p' }, {
8 k$ `3 o7 P3 r. ^，说# J: h* M- Z0 T+ v" U
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
0 f% N8 a. ]" `& g& t# w" `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) \7 I5 {; R1 f9 v
8 {* S. |$ ]# s+ R$ J. e$ m于0 时，根据欧拉公式有：
4 E& S7 I- G2 `6 M8 |是典型的波动表达式。因此有：
4 V4 a: `' ?( r) a8 Z& \( S; c3 p
; G# i& g# j B# t) V2 j 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
K; X# B, j4 u9 s! }9 m9 `( l% k5 {; d) B! o5 Y
振幅( P9 B3 q; j4 { z% k1 k8 I
! H3 r( R$ }% I1 c1 e=
h8 b, |" X* J% |. i( }
7 J: o& B+ S6 n是5 ^6 p; w' O* N# ^7 H- n4 ?
& K3 Q' X. m! |3 p1 K3 o
6 _: I0 x$ B' I/ H5、（8# a8 H. o, U+ I( E0 Y
* t8 E) \1 U; A+ I
分）利用风暴潮潮位公式 及下图* x+ [ |; B) L. W* U& Q7 E
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
' E9 C: y( o2 C& l答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中! P& ` @% P. C; ^/ F) N3 @) Y
（1）风暴潮水位由于海底坡度的存在，风暴潮潮位的波面为曲线剖面，风暴潮潮位随x增长较快;+ Y- G/ d3 B1 F8 q' V* p( j/ I2 a& {
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
$ w) M1 {5 c" A9 u6、（8分）写出海水运动控制方程的向量形式，并解释各项物理意义。2 z# z& |. }2 z9 {( a! G- f
答：海水运动控制方程的向量形式为：
( V% t5 t0 h6 Z8 Q
4 V7 Y \ i7 g, D! \6 T. W7 U/ N. d; a) Q% W) ]
从左至右分别为：重力，压强梯度里，科氏力，摩擦力，天体引潮力。
$ U4 I+ r- h% T/ }3 Z# ?/ T5 `' o三、概念分析解释（20分）1 u# ?3 T1 F6 b3 k( \, d( s8 s1 k
/ i2 J& e# l4 h; S7 _! z1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
( I( e. ~/ v9 G- v Z1 I1 q5 n
- W% b0 k) t- z- M
4 J- Q: f2 A+ v9 d+ w. G8 p，推导波数守恒方程。( V8 O8 c; q( \, m0 M* b2 T9 e' q
- R/ E* i- [4 v& s6 J7 @% `3 g; s" n& M
答：根据线性波表面位移的表达式
& H8 w. @5 L; K) i
$ G+ M0 j$ p* A' F得线性波表面位移位相函数为：
. X9 W: p8 P7 w% G. \1 }那么，波数和频率分别为：/ O8 n# R' S. [$ d
! ]( |+ ~5 p1 h" H( c则波数和频率满足方程：
5 z2 k' [- A/ v' {
2 u" n$ B) a1 O( g2 y1 M1 i根据线性波表面位移的表达式：, l+ q" O0 @) G( e: t" q. \) K
 2 t2 D; C+ i! b( H% I4 n) h" H3 e. V: `' W
登录/注册后可看大图
得线性波表面位移位相函数为：
9 n3 m2 L, u) D8 ]# n- O/ B1 @( V那么，波数和频率分别为：
) q3 Z9 j, [7 c& N D) v* f, a6 z4 U
则波数和频率满足方程：" U$ `9 I6 t/ h `7 j
/ V3 K8 B; r% E+ x可以得成立，称为波数守恒方程。) V" v2 k" z. i
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
' S9 O. n, \0 n& K6 n; m) r
4 [' R8 E4 V6 P! [2 l
+ h- {/ F& k4 E2 y/ A( Y
2 j6 U: D( }3 t( v2 y
! u- Z; d+ ~4 F& P$ \+ F0 S7 ?: ~5 P& L0 W
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。 |
4 C' J! k/ B$ u- ]& @0 k9 V! R
- p& r) k8 ~; e& O s9 e7 y
/ b2 C+ Z) Z+ T4 r4 `- l! D* t
/ l1 }5 O1 P7 t/ B( T
, N2 t5 T4 q/ C8 z
5 i k9 e( [% l
0 P8 w! |/ G, c( ?7 I0 |
6 D) Z9 J( Z- s& t. z, j
. f2 q' ?, A* l- o. z. ~% c
! F* G% c5 D' A
' W9 x# ^/ Z6 B: g5 j, V, M
: ]! i( n( t: Z# n+ g
9 u5 @% @8 H3 v- T1 z
6 m4 k+ p5 M( d
& G* Y9 _1 V& B5 N
' v4 h+ u# {1 R
/ i* X) _% F* K% i, y8 E
4 u1 C( d3 ~* e
0 \% T ^% C @ q
# S2 ~5 n) i" |9 h9 a0 z
5 @+ ^5 e# z" l& k( T