南京信息工程大学期末考试试卷（答案）2 J0 C9 ? M. X6 w3 ^/ A) d" v
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷)( ] t0 b6 I" b) y t+ S
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+ Q% @3 m5 X' _
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分$ R" l1 ]5 l+ E8 `* N- g" X9 f3 ~) [
一、简答题 (每小题 4 分，共32分): M) a) D6 ^- A3 l
1、解释什么是内波
" s) I' l8 B6 [& n: P答：海洋内波是发生在密度层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部。波动频率介于惯性频率和浮性频率之间。主要控制力是重力，浮力和地转科氏惯性力。所以内波也称为内重力波或内惯性重力波。% i3 F4 h1 T4 U4 X4 l' N
2、什么是梯度流？7 v4 u0 q6 u+ G2 Y% X0 \6 h
& \/ V* K, x5 Z, B2 Z f1 I( R
8 I( _" V. ^/ Y" Z答：非均匀密度场中大尺度海水在压强梯度力和 Coriolis 力平衡下的地转流。这种流动基本上是近水平的，可近似认为是定常的。1 [0 E( _# B8 O. ^" w* n5 @7 S; s
3、有哪四种潮汐类型，如何判断？. b' E3 V1 U+ Z& l/ b
答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.( z( O7 p5 U8 t O
(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.5
1 q& {2 y" \6 A) C, o/ H! @(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，/ u* w: {1 b# v
) T8 I, \' z# W4 f1 R$ B
(4)
( d0 p9 e3 l: P特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比.0 j& y+ A( q! _4 i6 \
(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；
6 D( ]* n6 \, cM2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）
+ \) F% g( e/ t4 p' {9 g) f 4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
) O0 E% ^: Y+ S3 y# h; 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。
% K( v& K) v8 J3 k
3 ]" m8 T$ V- e m5、. c6 }7 u: Z2 T0 B9 e% z. c6 f; h( a
答：N 为浮频率，显示了密度层化环境，密度随深度的变化的不均匀，造成了浮力。% I, q0 L" ^ F( P" {; t
6、解释波浪折射和绕射概念。
W j$ d8 \0 q0 O/ [答：由于深度的变化而引起的波向变化的现象，称为波动的折射。) |. W) s; U3 ^2 ?9 g" C
波动在传播过程中，绕过障碍物传播到掩护区域内的现象称为波动的绕射。
. g3 a3 K( }; C7、什么是潮汐调和分析？
! n5 G; g5 m* M" N! m+ M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。3 P, O' q# S* t m# R! W
8.简述能谱的含义。
6 E# B- _( i1 D0 e答： 能谱表征频率区间内所有正弦波动能量之和的平均值的大小。能谱描述了不同频率波动所对应的能量分布情形，描述了海浪的内部结构。
8 o8 P% m) i- ] l* G二、问答题（共48分）0 D( Z! t5 Z) h% @& E* t$ D
1、（8分）说明内波与表面波的区别。
; n2 Y( }' z6 t& f答：内波和表面波都是界面波，它们没有本质的差别。表面波也是一种界面波，是发生在密度很小的空气和密度很大的海水之间界面上的波动，也是一种内波。
- Q, H$ _# S: _6 x# K5 f; l
* c, G. O7 y" o' C; K自
( [5 o6 j' `( B c6 q' c( e% c C3 }2 c 2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？
8 h) u- P# @- A- Z1 u答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。
, b* @ d; L2 {; ^9 d1 K4 O海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。
1 i* F, k$ D% N/ t稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。
, x! J! ^) F6 ?能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。" {4 b! J+ G1 w( E
3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义5 ]% j8 R4 {: |1 P
: ~8 F0 G/ g v" |3 s: Y8 g( `8 E, J8 r, C3 O
答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。9 j$ ~9 ?4 g, ?# Q
第二个方程是连续方程。! Z. E1 p9 o4 M" J' r
/ V1 e) e. x5 }* y+ O0 z$ t. P; f4 ~/ O: v) g
+ ]" u- _, J0 L0 \2 P
水
: X7 X& M$ W! `" K$ c1 k压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项* I! p, M3 g8 G% _" g* }! R
( [4 S8 Q; Z# O* ?4 l
散度水平分量6 ]; Z, j) N E! u3 |5 r' _
4、（8分）说明海峡中潮波系统由那些波动组成，形成何种特征？: `. N I/ t3 u: M4 q
答：海峡中的潮波系统包括：沿正负x（海峡）方向传播的Kelvin 波、一系列的: a5 V6 O1 U5 g
2 V. t: G- N, ? 5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：
7 I" A0 l& e. o; z答：狭长矩形浅水等深封闭海域中
- m3 {8 j8 d7 P2 j, \9 ^" l5 T5 c（1）风暴潮水位为线性分布，迎风岸的风暴潮潮位最高（x=L），背风岸风潮潮位最低（x=0），在中点处水位为0；
6 W2 Y% P4 p# a7 C4 U s( q! |（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。
4 H0 M; X; S6 y8 R7 H8 n. A1 o6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。
: {$ K& G& B% C# l$ ^$ ]9 n/ f9 R& {4 x, C
/ m. ~: l: u: b4 F/ ~- f答：该方程组为海水层流运动基本方程组。方程中按顺序分别为：运动方程，体积连续方程，盐量扩散方程、热传导方程，海水状态方程。
& x8 z; i1 J, H/ B i% \" Q四、概念分析解释（20分）; c& C/ s7 j: ~0 }) E4 C. B
0 K( V9 v0 U9 h1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合# w K8 [4 o5 j
3 |8 D6 b, F( A T% |2 f" ]/ Y7 d8 e
* e4 s) J8 b& }% Z
，推导波数守恒方程。3 m: k1 Q* S2 n M4 X
7 e0 p4 M ~2 ~& V2 |7 x
答：根据线性波表面位移的表达式
1 s+ n& E8 w, U m& c0 s, G
( S3 e6 Y& B3 F- R/ y3 U得线性波表面位移位相函数为：1 z! w0 M$ u4 m& x, d J* e
那么，波数和频率分别为：
( M9 Z# C2 V: Z5 [% q
0 G; h+ ]! X9 C: e4 s, \1 `$ @' X则波数和频率满足方& Z$ q: X7 Z0 M+ p/ C. h7 I, y" n
程：
$ w) ~% M2 o" Z3 t( J$ q8 q: j0 ~! Z* J+ y
1 y* _- q) A! c9 {根据线性波表面位移的表达式：* o1 U) J% m6 w, i
8 A" O! g2 _: x- K$ F
得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为： t0 P' L, m& |! c
则波数和频率满足方程：
* j" r. t% A1 q/ `. q ^8 a) k 5 A' L3 i& L( A; A9 G9 k
% X+ F& ~6 }9 v4 Y6 R6 Z
+ S/ N: z4 P& g. H
6 w1 h, n( H) K G. L6 V9 F可以得成立，称为波数守恒方程。+ D O8 ~" ^ n! y
说明陆架自由波Kelvin 波是如何构成如图所示的海峡中的潮波分布特征的。
1 f$ T% C/ F4 I& U) L5 H答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。7 E0 a% X# ]; i8 f- x
线减弱。这样两波汇合，在海峡中线形成了无潮点。潮波绕无潮点旋转传播。 附件1 错误！文档中没有指定样式的文字。-1
2 T. L4 T! }6 ~( \- Q5 Y2 （10分）根据图示指出同潮时线、等振幅线及无潮点， 当两个Kelvin 波沿海峡两岸相向传播，它们是右界波，左减波，即波振幅沿传播方向左减---向海峡中 |
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. C1 f8 k f- L% Q' v9 j/ z& r
1 |' W3 P; L& f2 Y2 t8 ?/ v
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