南京信息工程大学期末考试试卷（答案）8 N# N7 C, z7 Y' P
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
' ^; p- B' ^( `, m" D' }- { v, m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# P9 y% |9 }1 w5 Y
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
T+ c6 U# Y1 a E( d# v一、简答题 (每小题 4 分，共32分)9 H( y/ @ O8 N1 E0 o" q
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？$ x$ J" k0 S( ?, K. U; ^9 m
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。
+ D9 a# w! x2 {* r' C: 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。]
' k* o7 z; x1 _ d% ]2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？ Z5 t, |; L4 [
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 U/ f, k' [) ]0 l( S7 F+ \* ?
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。; ?" b8 b) ^* q6 m* ~
, V/ D& o/ }; z
7 z+ ?% `1 v7 q8 y答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
$ V4 I' t9 d* S& W- C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。
0 _$ P+ q+ a9 U; m+ e9 C; ^7 p4、什么是Ekman 螺线？
2 Z* I' L* }- F3 q2 t 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8 G( b! C' k+ i
E kman 螺线。! Z, W3 X" D: ^: ^) H1 c
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。
4 b1 `) e& m8 I& U* K1 B9 e0 m( J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。
0 c- d4 y1 K: X y* ?. ]6 T5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图' Q+ a$ Z) B0 ]0 D. G+ V2 k( P Z+ A% l
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。' o$ g* `* g9 m! w
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。
: @ j' n3 X' C" f! @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5 q6 P3 Y! @% u; ?
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
, K8 N) B2 |" d5 B8 x3 S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。
! O9 `7 z- s3 P$ r' x; f5 {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。. j0 z$ J, |1 L" j$ R& R7 P8 z; W
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。' G4 H" ?/ ?6 T( W
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
. O: d! E) W* Q4 b（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。! k/ ^, ~9 m2 w5 y# C
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
! C6 b# _% {, t（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
4 U* q: G U" s$ {/ h' ]( }8、解释潮汐调和分析。: i+ L' a2 k$ d/ \: [9 Q" x
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。+ n" i. O- N6 V( S# q( P, O+ S
二、问答题(共48分)
, s/ F& A6 p" N* _9 `+ z) `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？/ d( ~; w& }( _2 V" X* C
答：假定：* I* E. u* j" S4 i5 @; s, \
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；" I$ T; `, }# X( J( W' J+ k
③忽略地转偏向力和摩擦力。
( R" p8 Z8 B6 r, \3 [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。2 o; U1 t3 |) u9 v+ v9 D* M
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。/ c \5 o0 e$ r' l
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义./ E9 C- Q4 A8 Q. |& m9 \/ X
+ Z4 h. N9 U2 Q, B
G% X$ x! _0 Z& d+ e& z* n. Q. i) C# 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, H4 P& E, y/ T0 x6 Y, O) ^" a
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。8 `2 j7 O# {- w0 w- g
& I0 C2 q9 X4 L( z3 B/ ~& E. S, { K( o
是! j1 }; x& w1 @) L; w! j4 ~, x
1 {! z: o! n' U8 A
是3 w/ }$ H9 ^1 k; |0 T
% i& K: K" h; x z; I. `& U是地转偏向力（科氏力）项
+ f1 W% \3 X2 p9 A; `. y , |/ p" Z. M0 x v8 ]; j
是
, ?( a% v3 b) h& I. W& ] i' O2 H5 x# j6 D" U9 a
) K# g- D; f' ~7 J6 q
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
: P$ {1 \, _$ e& f3 T0 ]/ V是散度在纬向和经向的部分
) m) G! x. u) C, n3、（8分）请解释潮汐动力学理论
+ X1 I9 _ g! s) a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
5 Q, O1 `, j! Z( o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。
5 ~+ A2 h* _% H9 \3 U5 {; z
5 e$ X7 n, i& `+ \，说' R/ w/ }6 k, e, x6 C! w% M
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为5 E5 u8 _8 g0 Z' I* V8 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
4 k' Z D+ I/ T+ v9 U) R( O" {# I' b) o% B2 T5 x( H* C
于0 时，根据欧拉公式有：
. }2 S1 O+ ?" G7 p+ {7 _是典型的波动表达式。因此有：
; `8 |. H2 ~! m( f& W* k# o) O* q* H$ m% c5 w
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，/ \, Y! I9 Q/ u8 c! O3 B6 w0 k
- m* B9 a& ^5 V" U- A* F
振幅! r: Q4 f' L+ {
0 D$ L5 b% [5 d/ l=& u) u- |: [' ]7 R! }: W3 A; Z3 o
! P6 F" Y) ~& K' \ I6 K是2 S5 R* l* y; ^ L
2 q! i' i3 }9 p/ x5 L3 Y) c- ~+ c
! K- X, m/ N9 t, U. x
5、（8
% J5 A9 R, x" j" V6 t; S, \7 Q; |/ Y# ~- ?1 M: C" X" A' D
分）利用风暴潮潮位公式 及下图+ }! r& X" N5 W" Y. ?; p
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
# B' M7 e; g5 Y$ s0 o2 C答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中$ @' W. N. D+ ?$ ^' ?" J: ]
（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;
# r7 `& w2 D: w8 s- h（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
$ v; i8 q$ I$ f2 g( `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。
5 E' p& c D- [. p' d答：海水运动控制方程的向量形式为：$ c7 w+ P2 h1 P$ \+ a
% p/ {9 O" c9 F/ h
7 K! u* {# ^: r" Q/ j8 T4 ~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。
/ l5 F3 k. z# |9 d4 v( E三、概念分析解释（20分）
) X# E; `. J$ |
8 Z! U, o+ R& x' k1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
4 ~) N# G: @) y7 a1 ^. F4 ]4 P! k, ~/ G7 R4 o; L4 z
1 _4 u3 _% G; z- e% D
，推导波数守恒方程。& {1 R% b! p' ]
/ K! d4 B7 X A
答：根据线性波表面位移的表达式5 P( R# N8 Z% Y" z1 h8 B$ [! g
, m6 u9 H3 c8 a8 n! ^得线性波表面位移位相函数为：0 y' p' f0 U) [ q: ~
那么，波数和频率分别为：
, @& Y$ c2 |. I. g5 b
6 U) E9 B6 Q4 F# R: ~$ d5 O) d则波数和频率满足方程：; ~# A0 W3 q4 ]0 R
! V" T* Q7 J% m根据线性波表面位移的表达式：. W- ~0 g) g' P: Y5 p' _7 G' g6 F$ o
) i |" D& A) j2 _# s
得线性波表面位移位相函数为：
, x- d7 ]; T5 R8 i5 b那么，波数和频率分别为：
8 I# H3 c: }8 c# \2 H3 V# _$ B' U0 }
. j, C- v5 s8 @' `* |6 k则波数和频率满足方程：1 q& u" ^ A8 I: r7 U7 k8 q z+ W
q, H: S* k) ?; ~* ?1 A
可以得成立，称为波数守恒方程。
+ \1 ]; C8 _) S, J+ \( E9 u 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。/ G6 v5 C0 ~7 r( I7 i O$ u
3 ]0 C2 j- H7 t: h
. O8 }2 I/ s+ ^7 \" v' i8 \9 F. }* O D& i/ {1 Y2 [9 R! B' d2 t
/ L! V' J4 R5 v+ w" V
( \, g9 a3 D# s: k6 _, 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。 |
- R0 l- ^. H: m4 r
9 e3 I8 a7 D& L+ J2 j1 @' }( U% e
# g. Q0 R$ F* q
+ Z$ `% j( M4 H" ^
3 j& [2 b1 b% Y k
( r& K" }+ M% ?% f3 p) |3 O ~
3 g$ C) |- F. I( W! r" M
' ?. h' F' {% I7 O5 j! J
4 o) H1 g9 m* C6 u
) A5 G4 }6 x R* j$ `
# Q4 |9 D4 v. y' B8 r# L* f
9 D! u( c, R u
) A2 r# M. P% P/ }2 B
6 W0 n6 c: N- U
2 U0 X8 y* V3 O! ?' i1 I w
" l2 o) F/ A" A
5 d) p0 {6 u, R1 ?
- ]) H4 h, w& z, }( |% [
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