南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
3 L5 R; ?0 w8 P. t1 Z0 a2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
' `) p2 u$ ~4 A* O& f2 J, F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
% C/ S4 a. \ i0 Y5 z( i& g2 O# L系 专业 年级 班 学号 姓名 得分( t/ ]! l. t. ]7 N6 Q' O3 `5 b
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)* Q. @- g8 C% v5 _0 V* j0 g; l
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？( q: Q/ s' s1 f; C. K* H! H
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。# K; \6 D0 v7 f9 I! n1 h
[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。]
$ t2 f' o; w/ D q8 d" g2 [2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
! w( ~/ F" G0 s% }( K2 j* G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。
5 i x( v: Q' I3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
& s. m* n: x2 L. ]/ q% c/ m# h# D( q% ]7 F
+ `1 h) P4 a: U9 I- W& J
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。, {7 {3 [! t- E- y% v
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。5 h0 y1 G1 u, ^: `8 x$ t4 u# O
4、什么是Ekman 螺线？
9 |' U2 A7 K8 c8 I, d- K+ f+ Y& b 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
3 {! m5 K' v7 g6 ~E kman 螺线。6 A& S# e5 t2 b8 |6 c b# l
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。0 l3 x4 f1 k+ n; _
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。
8 }5 ?, @; r. y: P: U5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图) U/ X8 C( `! a! j
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
7 A: ? U& ?+ S, b. Y0 {" ~) L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。
) P6 V# g) c% Y# R, 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 [( v& b+ I1 j- p A6 d
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
0 |7 }. P" ~ T& D @9 n/ U! I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。
" d' D$ o& t5 }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。
; o2 q* y1 {# v1 W* S6 s$ j' n+ U7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。* s& G% x: b7 r' S( Y
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
- G3 P' ]) i/ w& P4 u# Z（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。7 Y3 I1 [" F" A9 n. O
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。$ ?' e$ _( Y' H1 W
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。$ O9 q- Y# Z( ~5 f7 c
8、解释潮汐调和分析。
x3 N7 r4 d8 p' d, ^: S. l 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' s7 m# w. G. _# ?( \% J6 U二、问答题(共48分)
5 B) |; c' r& Y: _8 [: A1 A1、（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？
$ w1 F. k m' _* \- h答：假定：! H* r5 n7 m! ? ]
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；( q x( L0 }/ P5 q! x3 i
③忽略地转偏向力和摩擦力。7 d2 G. X+ K+ i
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 ^ R1 I! V5 O6 c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。
7 t0 W3 R2 s: g8 Z2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.# i* g5 E Q; }0 |8 P3 W
9 ^! R7 h" z- \1 }# T+ D0 X
/ ]+ I% B1 _7 Y5 i. Z+ W0 B! j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
/ p" d* C s( ?! u: 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。
3 y) h- ]# w! a
" k) G! k- b* t3 @+ }4 [是
* g( a5 ~2 L9 j
6 F$ G& N2 e8 d+ p是
% j6 ?3 n4 T d. X4 n2 q% Q$ h- z) C% t' C" }: Q1 e" q9 O
是地转偏向力（科氏力）项
7 b8 ?' _7 w; C6 i / G7 }6 t+ d0 u" g! R( T
是* Z2 [& G7 w3 O' o) F
3 A6 ?* d$ I3 I$ `
( i8 o8 b5 |5 p是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
! ~" ~# H+ z, u0 D4 A; X0 G3 Z0 m% m是散度在纬向和经向的部分
( ^+ M2 f+ g4 A* c4 ~5 S3、（8分）请解释潮汐动力学理论) i" k, B- a) m6 L8 d+ I
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4 A J4 I3 G+ i" A% T
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。2 z0 P# ^" U8 q
8 g7 Q/ G$ J0 r! P+ c# f，说
! p/ p. B" s3 v6 e6 u! r7 A( b; S! }4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为. l9 \# Z: c; m
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
( P6 I3 H; x3 I
& M" {3 g* S# w# _! k* ~4 P9 }于0 时，根据欧拉公式有：" V# d& m" f$ q- `+ A; A
是典型的波动表达式。因此有：7 n, t# r; e- h# v
/ t% c' v% p3 G) g2 X* t: t" n+ w& ?3 `
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，! _+ m1 p2 Y0 u* t: X
2 \ s4 k. c# o# p7 _振幅/ M; H+ x, s& J( e, j i
5 i) Y8 X) ?$ \=+ ?6 \ Z' z6 z2 l" K. @) [& i$ I
z# N2 y' \3 _0 V0 j
是
) c' M& s9 q1 N+ u
0 e8 r5 b/ S1 ?, a2 P* W/ @4 o6 P7 m. {9 J1 m2 e2 {
5、（8* u9 b2 O# F4 q5 A1 U# J8 O1 h3 x
3 q3 S2 t7 o" R, q1 c& j分）利用风暴潮潮位公式 及下图
$ p W1 O" Z. g6 |说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。& ~+ p( _0 K; D
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
5 c# E+ W/ v" y I% N7 f（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;( ^" W& c9 R. Y, z w: m6 r
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
( M) r5 j. }$ U4 g6、（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。
8 _' U ], O8 f! o答：海水运动控制方程的向量形式为：1 N, x \; O0 f8 x v1 ] [: E& i9 n- l) T
' @# C9 m0 O, z5 G# K
3 I6 O( G6 e8 x/ x1 j7 c' O
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。
+ V. E$ P. ]' r u f1 L; N2 S% `三、概念分析解释（20分）
! v; K( k7 M5 E) n- ~6 A2 [# e& b" F( \, T- J- X' Q' z) d
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合$ r% Y$ g: ]% }9 K* L
/ B4 [5 \- W; D" B: c
9 @; b) B) t. u Z( G# F" c，推导波数守恒方程。
( [* ?! K" H8 ~$ ^ J; f6 C. d- _( D5 o1 z0 V
答：根据线性波表面位移的表达式
# ~3 M! D3 V( A# H1 M' Q( \
' }% N9 w6 f4 t; X得线性波表面位移位相函数为：
Q+ v, X7 K- W- Q6 b那么，波数和频率分别为：
+ [! z$ ~0 h9 j1 P6 }9 u) _6 c H3 E: Q" @, a4 g
则波数和频率满足方程：
3 v/ D( q! _% ^& D7 z* v8 S" a+ d, C: p' ~" _9 y; x
根据线性波表面位移的表达式：' K7 u& v) l; T3 o8 R# P- S
; d! L |$ d+ ?- Q8 d2 C得线性波表面位移位相函数为：
3 T- h9 ?4 P9 H: _- X1 C/ V/ j那么，波数和频率分别为：* i6 g/ ^* Y, ]
; ?; n& i+ \* \6 A; _- e' J则波数和频率满足方程：" c; {4 V1 G+ R- v$ }8 ?4 L
i. Q ?2 H5 s! e: s' K5 Q
可以得成立，称为波数守恒方程。& d$ H3 w R6 m* u
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。& ]8 p2 f; f! ]7 S" x
9 L$ c4 H+ C$ K: F
. f( s1 k0 `* a; y
1 A8 J, {' y# U" G0 Z' N' `4 I6 o
: j& W, r* s8 G' q; Q% [- x( [- X* W- j4 P! s' [
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。 |
& [% `: H) b% L0 ^, k
1 o% c- \' D4 {1 s
9 }6 y8 ?6 D7 S; a/ L2 ~
7 k$ I; t3 k e' }
2 S! ? M$ |& v0 j3 \0 O
R% ]6 @" |8 W; Y* E
# t+ e& t- X. G* p
: r( e: ?( {: p4 V9 N( `7 H
& v, ^) H, D, x
! ?2 X3 i. t, m, I2 D9 g( g
0 M- F! I- h" O3 x$ k$ D
# m6 _0 h$ s4 {4 {3 l
0 U/ U; o6 s6 w5 J! A7 F& [
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