南京信息工程大学期末考试试卷（答案）' D) }4 L, {+ Q/ c; \6 W
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷) O) f1 l7 m& C Z
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6 [) l& \% u0 c8 b" v
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
$ p& w4 v" k6 p( f5 u; Q一、简答题 (每小题 4 分，共32分)4 I5 m3 r4 ?0 u+ D# N
1、解释什么是内波
; }( F' F. m8 m/ l+ 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。; I9 k- b" O- \+ q
2、什么是梯度流？! e3 m9 Q, @* ~2 P1 V8 O3 @
# }" Q% Q9 f" t/ N* Q
7 J2 K+ m! `- q. R. L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。
% d, d' X: N' I5 _7 q3、有哪四种潮汐类型，如何判断？
/ R/ q p. X/ V% ~" T0 e+ N$ e" A答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.
( P( W9 N) o* E8 d1 z2 t1 W(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.5
$ e; \6 Z' D- r( U6 j6 _(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，
4 H6 p) {; r9 U. B( |0 l0 E, |
+ J" _+ ]. G1 R8 u( D$ s(4)
% ` v. l7 X) A# l [0 n6 x) d, z5 \特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比.8 W1 \6 l7 B! y! `9 I. k
(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；, o3 s0 x7 j( E; @+ K
M2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）
9 M! I' r7 G; P$ R) D/ P 4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？! ?+ e! d" l- h0 |/ {0 q% _
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。
/ n7 H* h. P8 j! P1 w, ~& l7 g5 G. U( @# Y' ?0 j) n6 |: G/ l
5、
9 B8 l7 h; Z: H0 ?* a9 a. a1 L b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* n) S. Z! _6、解释波浪折射和绕射概念。7 [( z! z+ M" |6 E! F: E% K) 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。
& m0 N# l- ^/ B6 |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。
' a3 M' Q5 z" f5 B! n7、什么是潮汐调和分析？7 ]+ N' I( r8 s/ g: n
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。
- H: ?* C. r/ {8.简述能谱的含义。- H2 c. o( ~" F8 m: H l1 B
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。5 o5 ^( s1 P3 c# a; W I { `
二、问答题（共48分）
4 I$ V6 D4 V: H4 }1、（8分）说明内波与表面波的区别。* {9 G4 G* k* A' A9 |% [ o( t0 g
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。
6 E( T. I2 e5 o, D) Y$ b) L! d4 d- R8 q# _# T. G
自
: x' K& Q4 \3 w& |" T* N) l 2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？( E1 z6 T- y, ~+ m" F/ E) N
答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。' J& v5 W, n n% C9 B0 w
海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。' D7 W8 s5 _, G6 }; Z0 v% i
稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。
8 G* `3 |! U& B( x: _. p能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。7 z) u# a" Z3 {; U. D7 Q
3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义5 n: I- m* k: d6 @
7 ^" P) Q% F! d
" V: D8 ^. P0 r, C! u1 e
答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。
" N* ]9 Q6 T$ ?5 s6 Y2 J, W第二个方程是连续方程。
/ k$ f' B& |% ^
7 U5 O: U( R6 W/ g; ~: N, a9 J; `. H ]: V
& a; L- e* J% Q; W
水+ E$ `! D1 x, @; N! d
压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项+ o! C* A3 M: b9 t& B! a
6 k4 X v2 ?6 P9 Y
散度水平分量0 k: N* R% u/ L5 i4 X8 g5 y% N6 S3 t% q
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？. N4 r4 N, r3 W' I: H' k9 T" c, o6 Y3 S
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
- f; e- V G, `& i: a2 N( @! l! |- g/ a4 G% g! d' z `3 w
5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：1 H- Y' @: E: n: X
答：狭长矩形浅水等深封闭海域中
# o3 U) q; T$ `, V8 K: a（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；
2 ^ B4 ]2 n* C/ L, L* b$ L（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。6 B' S& G5 t/ C$ k; H$ e9 V
6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。
% B' g7 M v! h
: ? i" h6 v$ v" [7 k0 e
! W* G# y: k( O( r+ I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。8 L& D) y1 }+ r% h9 g
四、概念分析解释（20分）
9 j$ }# l- z. ~
( o2 a& q/ l/ A3 v& |# r; d4 T8 D1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合) S, g5 ^: B: N9 |; M
2 U( d2 W( P& q5 k8 x/ P1 {6 ]: n+ O8 m" r! R8 Z- ]
，推导波数守恒方程。' P% s+ k- x( G" I+ E4 ]' J
4 e0 S& l5 v! O( w: ]答：根据线性波表面位移的表达式
3 I' W$ V4 E |' |3 G+ ]* S, j) w Y) P% y6 a" @. ~) P2 d
得线性波表面位移位相函数为：) ^/ k) Y' K- c! _3 o) B/ N4 |% K
那么，波数和频率分别为：
6 Z1 A/ p( a' i1 V7 T
6 D8 N5 `& w: u5 j: A0 W; F则波数和频率满足方+ O) {9 `) q* Z2 V
程：+ m9 c7 O0 P/ W3 r4 Y( L
# b/ P6 z5 n% i& j2 Y
7 u4 \8 b" f2 {6 C: A9 @- Z根据线性波表面位移的表达式：
) h5 W. l0 X$ m4 ~
8 {- l# n9 d4 ^1 P4 m( m得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为：0 i/ k: A9 o" F' W6 s s& _
则波数和频率满足方程：+ p G$ ?; H9 S2 o ], u) n& e
) C. J" y! K6 H k2 s# b
8 _' J( K. K, o4 R3 y' J- c
5 w6 J2 [0 w s" ^2 q, z6 `$ u" j0 |" d7 J0 N% M: ^9 o
可以得成立，称为波数守恒方程。7 W9 @6 I/ G3 V2 R0 d" P4 _
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。
# _+ A# m/ a7 R& z. K& j$ f答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。' C/ U7 F% |" R
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: Z7 H9 V9 Z( P2 w3 \3 w
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 |
- K4 _# \$ o) j' A% r5 L
6 j7 E4 v0 {- f% r" Z! _- K/ @
' i% D7 {' q( {2 Z: |$ z" @
* e+ I% a; t$ t
4 d, e/ O ]8 Q$ G. d- V7 X
) u# j; y9 x% N B% T
5 i- l, `. ~6 |6 Z; _
# q ]( b1 l5 x$ R
2 g9 Q! z8 e+ ]7 D& N% S! L
8 m- _9 o- ~7 m5 `( p
7 O V: k. T2 R- |3 L: `( z& \4 \
, U" j0 X$ G, Z5 x; `, i$ Q2 d