南京信息工程大学期末考试试卷（答案）6 j! S- ?! ]9 E9 v- X! H& g
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷)
. _% G2 p9 {2 L# G0 }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2 r1 C+ m1 w9 F2 i
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
* j# @2 F+ G; A( ]$ A7 g一、简答题 (每小题 4 分，共32分)+ h! C9 v9 _6 q/ r
1、解释什么是内波
$ J0 H" u- c7 `5 @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。4 ^3 F7 O; e8 I
2、什么是梯度流？- n f; @, c/ s5 Z
" W# Z( ^! Y& }$ F" _1 c; T
2 j- @! k0 y O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。
! }, m. ~2 }8 s' P7 w' Q3、有哪四种潮汐类型，如何判断？* n! C; i. Y- Z- O7 x
答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.& `* g1 r; O7 S3 ~7 A, u# f' N
(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.5; Y/ M" |" y; r* _- W- U
(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，
0 b! L$ U8 h+ U4 o' H" Q9 i; I! |, [" O, f/ R
(4)
% k t H3 v, w2 N0 X% g特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比.
2 q( X+ } z5 h9 _5 G8 A/ b- I$ l(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；
0 k' Z7 a6 R2 l' ZM2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）: `; Z) W9 Y5 D/ _) r2 E& o
4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？" `1 p' X; j/ ]- q1 v# F1 ?
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。
% L6 R4 }( t5 w9 u& L
+ U5 m* u$ ^8 t4 v6 q4 b; q5、# l+ {% d) t/ l! j
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。
/ s1 P2 ]* |) [( _' T1 g6、解释波浪折射和绕射概念。
( r+ t4 I) b; N( X; b }& E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。0 w6 X5 i; o8 f, 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。7 _% X- Y2 ~0 o3 f+ Y6 a; Q: ^
7、什么是潮汐调和分析？; j2 b; d k$ Q( S7 [
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。: e; g: ]: ]6 \; W
8.简述能谱的含义。
. o( q1 E* ^( P' f2 k$ D/ z3 \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 {! [7 P/ s$ ]8 Z
二、问答题（共48分）4 O! `1 r4 } T% q8 c
1、（8分）说明内波与表面波的区别。
6 _/ c1 F$ p; @) `9 n6 P# a& M/ _, S. i, U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。: J. q7 Y( z. O ~
; R& d; R4 ^5 z- x- }9 o
自
8 {. g- l+ G: \5 F- y# k: @ 2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？1 M/ F0 C' E: T4 v1 z
答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。2 c7 z9 |6 \5 M1 S9 _
海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。 m/ l! p' U0 e2 S$ x" e
稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。
7 x8 W9 a4 H0 X) X能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。
! U+ O) F, p) s3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义' K7 e# H) g P: z& T5 V
7 Z: v- ^/ J0 C, b( r& U Z
* _, O6 ^8 G6 Q& v: [答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。
R2 l1 R' j, \第二个方程是连续方程。
* r4 I$ g* h$ b- e$ _$ ^3 ?) L$ V0 a& W7 b% w+ D
0 P; x& o& [( @/ B$ o. O
! _5 [$ Z+ I- ?- D水
1 ]+ Z, {$ Q; _/ @) R. B% v压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项5 x- F3 [: ], [9 T! f1 y& D9 q9 k0 y9 F
" V( L( Y! X! M! W0 j; N3 Y
散度水平分量3 b3 f7 M( O O- ~ f0 g
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？
! G; V: g: L0 `/ g5 N! B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( v3 g* [; w5 B5 x- T& H
4 Q& W& j- w P3 |9 n# x8 k1 K
5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：3 o. q; ^5 p7 L6 Z& J
答：狭长矩形浅水等深封闭海域中
) y, I }0 w+ E3 _# P9 d（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；# X, S! y0 V' U0 ^2 y
（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。 f) @: G% o" Z) C/ g6 n- q
6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。) O) \8 H( V8 L1 Q2 n# |- }. X
% A- W& D9 Q$ K9 ? C- B g
4 O O8 ?8 A: z' E0 h4 |9 x
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。
$ I. L$ v, m+ I* P四、概念分析解释（20分）
+ M& V$ I+ c" I9 C, c% i7 V/ `, m& Y6 I$ o' d, c' W" m! L, K& V
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
- l. e$ [: F- r' n8 ~7 u) J
9 y4 l" a9 @; `2 f
; h' l+ S. n6 q2 V; ]+ [8 A，推导波数守恒方程。
9 s* x6 Y( Z# ~# u& ~! T4 T; J# n7 t% }* s+ Z
答：根据线性波表面位移的表达式
) M1 P) o4 x& v j4 A1 O8 D
: g2 U1 k+ \* v+ U得线性波表面位移位相函数为：
9 p/ y+ B4 e# w, W% g! V2 f) x那么，波数和频率分别为：5 K! L2 E9 M2 ^9 A; j0 n5 ~
1 c2 U/ m5 ?# o则波数和频率满足方; w2 o: L+ B- Q& s% h- G J) e
程：8 |9 E. H! p: i7 ~3 b
' B% e0 _ O; H
# M. ~& f& y/ d2 ]0 h4 Y, p
根据线性波表面位移的表达式：
7 H, r8 V5 s8 w, y# K p
% k0 R0 M* j5 e得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为：
& h' a w% n8 O则波数和频率满足方程：6 `, J. B# g) A, f$ \
0 U/ m# y; h+ `/ a0 ?
, E. R$ v$ q4 y
, F5 _ Z6 H! T! [* H r2 |5 O4 e+ E& ~# m8 n. D
可以得成立，称为波数守恒方程。: S k+ e4 y: v% r3 @
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。
$ m4 q+ A2 c# Y2 b答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。
" _* G% u* _$ z0 e/ @+ 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。-16 l& A2 e! X; b) n5 D/ [/ E' ?
2 （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 |
0 B0 d. M2 O/ w5 b& t2 o9 l
m' [8 B0 l4 J5 B8 y# \* t
. Q) P0 b% u6 u1 i9 t3 V
, D. l' q6 z" ~4 D
7 W7 p. T2 [: ?( S: C% m
2 u* \6 g9 V. T/ O# L8 I/ Y
8 {5 k0 a3 d9 v8 @/ h& J# ^, E
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3 ~! _$ u' K! e. w$ _/ n* c6 k. H
% a1 e2 t! I( p& s) s* ~- j
9 o1 s9 F+ P" g1 H: m( z) ?$ t
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8 R: P1 ^( N: d; `5 o