南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
9 o+ W3 [9 T0 Z5 Y n8 l2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
2 }/ P4 o& P/ z& F' x( Y" n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
8 b$ A, L$ l( `" G4 D系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
) E% Y% a0 q6 r( e$ ]一、简答题 (每小题 4 分，共32分)1 K' b& p+ G) d7 q* _8 K
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？( r1 q. k }% d3 c
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。% X; o8 Z$ g, j8 u
[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。]' x; N& ?$ ?8 t! V2 p* ]) X, a
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？# a2 J" Y' F- q4 Y/ D8 u3 }
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。! J: A& f9 ~3 G# H
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。# S7 f- X, K" K* Z+ e7 q
/ u# W" G r! Q: e* q0 k
" J+ o; D9 I1 @% B9 q答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
7 y* z: a4 ?$ s* f9 M- s: ]" n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。
+ L9 K/ M. m+ j& B6 q" a4、什么是Ekman 螺线？
7 l# a0 c$ W* o n+ J V 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
% d' ?0 I2 b8 C% XE kman 螺线。
2 ?9 U( l1 I9 ?8 [; p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。
% m: b. I: u3 ] s, o0 j S+ v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。
; s U; X: |! u- @+ J- n* g1 w5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
! ~7 V5 ~3 p4 g8 U* Q7 `中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
& B/ i. O- e J6 a! u! k1 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。. K7 p5 n" G2 R% \
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0 B6 O' n, A/ L5 c; z' J9 j: M
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
# `3 R# u% X7 q2 g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。7 b- A; Z. l. V }# c6 f7 f. q
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。
; t6 D) w3 q7 u- e7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。7 g0 ]' i+ P+ ]8 k4 Q' U
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：& d- i: C0 y, [2 h8 K% c2 I0 X8 s
（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。+ X, Z2 D, Q C8 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。/ p8 @& s* V' V# F
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。, s& M. S2 o: `% \1 z1 U* E
8、解释潮汐调和分析。
$ I% [6 N) f: j, F 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。( j. z& i! w7 B3 N" [
二、问答题(共48分): P8 ]1 ?0 Z N i3 s8 z+ x) s
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？' E! F1 R- Y7 m* Z
答：假定：
6 k6 F- \- L e+ M/ [8 [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；* Y: M3 g9 l& D* n
③忽略地转偏向力和摩擦力。
# c5 M' L3 \3 k B2 O2 l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。
: e( ~1 J2 L* Q# z% p8 e4 n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。
! V3 I( U) t& \9 ]2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.5 t4 r \& p [' N
" C- v: C# H" `
% m6 l' \ j7 V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
+ @- s3 ^7 y, e( E& d1 j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。
* c: |4 W" L6 t4 x! y$ V8 J0 k: u+ G6 E: |
是' R# E, R5 W/ S, u
/ N: S6 c/ b9 {
是8 p% B% t2 {0 O: T/ b
' D3 J- z$ f+ Q, W& ^$ ^是地转偏向力（科氏力）项
& i. I. c. ^8 `# ]. S/ d
( P( W0 r- w" d) l' [5 o是
2 C3 n2 `+ D/ ^* Y8 j
* Q" q, Z8 L2 k- j8 `
6 P6 R Q3 F2 [6 n4 V* `是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
. a9 k4 e) U/ j {4 Y( p' G( V2 _是散度在纬向和经向的部分
1 ]8 X- x/ L) L2 ^! d7 L3、（8分）请解释潮汐动力学理论4 u2 p. a( X' J6 p/ u( P
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
# p3 O4 t2 j* P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。( R5 Q! N. J# h- A/ p" T Y: w
* y; o+ w/ I6 `% \，说
9 i& h% F8 p6 R' q ^- k) M0 b4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
' B6 B/ Q4 z6 F, ^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( P0 E& l8 ]) ~0 X9 T7 s- L" i# d
7 z1 k) |0 F! a6 @! [
于0 时，根据欧拉公式有：4 C5 P& u4 y0 W+ Z( x. Z' @
是典型的波动表达式。因此有：; k4 Z/ A: J1 e* ?
1 y% W, k; G4 L& m& h8 G
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
+ y: k u. F0 G9 B: N
( y4 t% ?( `7 A2 o振幅6 c+ S5 _ H8 }4 r: J) z4 Q2 I9 k
0 p& {7 d! G! L" |% Z8 U9 C
=
* W8 ^% b, {1 c( j# p$ t+ j9 N' Z: m4 b" c! e/ C" x g
是
1 h0 _0 Y% o8 g9 [) e3 k1 m4 Z; F) \, D9 l; F
8 R0 a$ L6 d r1 u" |5、（8
r$ r; U' k. m! i4 V& y+ w3 D+ c0 i4 i' g1 o0 |8 d8 {
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
$ n M! F& i5 ~说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
V. _/ K3 {% t( Y( z答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中2 C( H2 A6 \# y4 |+ \: M
（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;
" O0 R( ]( r9 A& `) ^4 i4 f（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
7 g) \: Z7 a9 E( a+ A3 ~( _( W6、（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。* x" X1 |% J) J5 L2 B5 w- _2 A
答：海水运动控制方程的向量形式为：
/ x& v( S! y7 \
0 i4 I+ U$ O7 P' D# s) W) s' f9 A; f! \( ]( H
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。
$ {& y+ l/ H% |8 ]; o! Y" G三、概念分析解释（20分）+ ?; D4 q0 Z8 N5 n$ Q2 v% W3 s& x
( a6 }+ p7 Y3 _2 _) K: i- O
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
( p3 ]8 L7 u; \, ?4 c
7 Y5 {2 B( V1 {/ a
( m1 Q; e' H9 d! x/ F，推导波数守恒方程。
! r+ L/ U7 \! R
, J( f, K, p& `. b答：根据线性波表面位移的表达式% X" V. N0 ~* J2 n( J
2 P. k% ^) O0 I2 g得线性波表面位移位相函数为：
% e3 \+ x& n/ d: C$ c那么，波数和频率分别为：
+ Y* [3 ]( l) }5 s+ l% n9 {; B
* a% Q, |! O) U( v( z! a; p则波数和频率满足方程：
: u3 ?- F( y, q& o+ U% h* J% L
0 \7 [( A$ p& f0 E$ s根据线性波表面位移的表达式：# c+ ?: u& @6 Z, W
4 s7 \% D. h5 E2 O& |
得线性波表面位移位相函数为：
2 o/ z- x7 p# x2 D/ u那么，波数和频率分别为：( R+ j0 G: r% \
, T; q3 \+ k& g
则波数和频率满足方程：
1 p U0 ~. J0 P! Z" Z9 ?
- b! j1 X& |' b& W可以得成立，称为波数守恒方程。; {0 X S9 [1 ~( p0 h
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。4 T) K" W( ]! I
* W$ k3 I0 P1 l! T- R- n
2 [' G2 `; p7 C/ {5 p
3 Z$ z/ B# @: h M3 J
0 p g8 Y2 C3 e( Q! ^/ \8 D- L, S2 H# G- E4 w/ j
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。 |
- k, O5 o S+ R2 ~8 i1 f) I+ y
: {0 X4 Y- a: T" W$ I4 t
8 }" q' d4 n8 B( r
4 h8 M/ T/ o" v) x+ N! o& k
2 [( v( Z9 ?) D% h% Q
- \9 L5 m# L6 o- v7 `, O* t4 e
; f1 W+ d7 \- c; _- G y& Z
# u# r# q: f- B* I5 |2 D
1 F& o" K) H# A0 \; d S5 ]
. V, b0 Y9 |$ K" |! `
3 z7 [6 z, U% R6 B
- A5 J9 ^. Z4 q
* V- d* ^# r3 `$ G
" q3 u9 H0 G9 \
0 X* k X6 ~: C8 T& v
3 |3 T- J4 |5 v+ Y7 q9 l
% P+ d5 V! W6 r* d
( O% }9 ^" b9 q% ^% h9 t% G9 l* G F
# K: [$ k/ I; ^# q8 B0 f1 F7 a4 y
8 P: S7 I+ V; n1 p3 J