南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
& u) f' ]* }$ g6 ]3 ~( t2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)8 F; a% }" ]0 b- I) \# ^5 `
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
/ ?) P8 n, x; K' v! f& g9 T0 w系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
3 _% m) |' j& f1 H3 z3 V一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
/ K. B- | ]0 d$ x: `2 l) \1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
3 k1 H; c7 k8 Q+ r2 ~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。1 M" }# z* v8 l7 g( U' O* R, ^
[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。]# Q" p7 |" l* f; {% t
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
) C* S& }5 i7 k6 ?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。
/ V; \) }( e D" Z; p; r; y+ J5 c* t3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。/ y5 g" l6 I& X7 _ T: x: z
7 {" w3 n T; [4 |" c/ `2 q7 n' x
! _4 c. Q' h/ C7 X; w/ C
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。( m% V3 \# O3 A- d! E! }8 _
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。
3 Y+ I7 C* k( H4、什么是Ekman 螺线？
1 E: W6 L4 s1 A8 Q; i) T; a: Q 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* o: Y: H( Q7 s$ a) j
E kman 螺线。" o$ A6 Q4 n! }4 R/ o4 W
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。9 c/ z D. }0 t- o0 o+ u
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。$ i' |8 @. ~, l
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
7 P6 h# c0 t2 K中的同潮时线和等振幅线及无旋点。3 J. w* }* J" ]- N" ~; H1 N
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。
8 {6 q, p- z: F, X. J! H7 a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 ?- t' s4 M* V) m- j6、解释波浪辐聚和辐散概念。2 l: S3 k# \) P( T9 g# N; u
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。
# ~( {: n4 c) {% w0 D7 W+ t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。4 I1 o7 m: X1 {/ @8 B2 A
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
3 \! j; ~6 p* T/ w; x答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
; X+ Y; v; p8 L, {# x/ b4 `, \（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。2 C2 k* g: O! _, S l
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。; [1 \$ w' C, N9 T$ x9 q
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。' ~$ K/ f; m. J% L! B$ h. P
8、解释潮汐调和分析。- |5 N! d! M1 C# {/ v( Z; _
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。
! y& A# g, n3 k1 Y二、问答题(共48分)
$ u1 {% z$ p& u# h4 w. o) Z8 ^ t1、（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？
; {) ^% S J: j& F答：假定：
$ w. B; Q: @* d- v. M; q①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；2 e) X ?/ c# h% _7 N2 F6 ?/ X
③忽略地转偏向力和摩擦力。
8 N9 ~' h1 q% U+ t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。: U' h5 y& m& y; S. K% F0 K; o
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。8 T+ w' Q# n/ G4 ?1 V# S
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: t2 r$ `9 d% F1 \: l* s+ [
' ?4 B* A8 Z8 u: P. [% o0 u/ U# R. M% d
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
. b9 E& ]. l7 s! L+ f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。
7 a- z+ D8 w# Y( X- D
5 `( N9 X& R5 x是- v/ b/ y9 T A$ E* C
8 K3 b$ d0 `4 s" {( z7 Z" ~3 [ M是1 `7 v6 R, M1 z& i, s
" C) Z! w! L( h1 i是地转偏向力（科氏力）项
1 l9 @8 b+ S9 O' F: X, Z
: @$ Z4 @% z/ j7 R" n& G+ u8 Z9 O% T) D是
2 B5 X: A0 |" S, {
2 w0 a2 h: [; b, V& P
1 H2 @2 x7 ~: c# m% M) f( E是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
/ L1 t# K3 U0 q4 v/ C0 n9 L是散度在纬向和经向的部分& m V9 }$ e! a9 y
3、（8分）请解释潮汐动力学理论6 |# X8 U1 A2 N9 Q
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
+ ^) Q+ b9 w' H6 I) J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。
m4 b' O" e+ B# o& K' J# G5 _3 |9 }6 Y W
，说9 U" b4 E" J$ J: B% [9 C
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
* f( p$ c6 p/ t# f7 O: ]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 ?/ q' G! }/ E" N6 l
1 f$ X) v& h. D
于0 时，根据欧拉公式有：/ h, d7 _9 U) o
是典型的波动表达式。因此有：
% E3 H9 s4 W, k0 B. E- j+ v3 b/ k- f4 ]4 D- i, Q
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，: ]1 z$ ?6 Z6 {& b# e; J
8 U8 l7 U$ g1 o/ a/ x+ w
振幅- i4 I, ?. V, X1 M9 _6 M: q
2 P; Q `# |: @=
# G' }- p# ^% L+ \1 q" P& t# I! h& o! B" y+ U
是1 w7 p6 ~4 j- E* {/ J- _* \
2 j, ^4 V ?' F. {
0 v' M3 m# [. A1 j
5、（8
- ]$ C' ~# |, n1 D2 K/ X
% [2 m" [& A- X5 L4 t分）利用风暴潮潮位公式 及下图- s5 Y l* u% J
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。* A* a( u+ g- H0 ~1 X3 g/ K9 _+ ~
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中& x; I$ \' j' m# A4 ^$ `7 O4 q
（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;/ D; a% X4 t' z0 h$ M
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
) N3 ^$ N; o3 x/ Y: q2 y# Z6、（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。
/ @, N5 u/ o ^" ]. F答：海水运动控制方程的向量形式为：
1 {2 l3 e$ j+ `5 U
5 {' i7 n, n" k8 C0 \ Y1 n# M9 W' s9 @/ S; h0 J
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。
, L4 R5 `, G1 G1 y! Q1 Z$ M3 `三、概念分析解释（20分）) a0 b. W8 |1 ]! h E
- `& S' @0 W+ n& q2 z1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合- {, y' D1 O7 B2 p/ W
1 k2 H0 R' B `" n! S& ^
+ `0 o4 {2 W5 f* h9 X
，推导波数守恒方程。# D5 U: i1 x4 o" q$ u! [, Y
) g' t3 Q$ X# r6 G5 v% p答：根据线性波表面位移的表达式
0 t+ a* R. P) C7 B }5 b, z/ A8 O n9 v* ?) q n& \6 p
得线性波表面位移位相函数为：
7 g" S3 U# p3 y3 Z1 q& u那么，波数和频率分别为：
1 v$ V, T W* K! @) \& _) s: i' F
3 z D) Y4 P7 o! z9 G- c则波数和频率满足方程：
- l$ ?( h1 `3 Y @; R) P
- l8 P" K- B# W- n2 D根据线性波表面位移的表达式：
/ o4 O- F6 E- _: Z @+ X( A6 ?7 k' A3 j, v4 N3 q, `
得线性波表面位移位相函数为：
/ ~5 L4 f6 Q1 E. H, _那么，波数和频率分别为：
. s7 c. P3 }, [3 Y% Y
( Y# V3 U1 l6 o则波数和频率满足方程：
( p- I1 p' g0 z
7 P5 \& v. K. h6 x9 ~' p可以得成立，称为波数守恒方程。6 W7 ]- Q' v A* I8 c. C0 g) D
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
; U+ U( }7 I3 Q% K3 z- s% P8 s/ V
# ^: Z e; s- P) s+ p' |; E5 o
1 q6 K+ s4 _) F! l, Y* E7 a% E/ c1 m5 a4 l( Q' g" B$ s
4 z7 o6 e+ E1 l4 {% V
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。 |
! C3 T; Y" B3 e$ U
/ h' z6 Z% K. W- S# p. m
% {# L5 B7 m. U0 L' B2 n. R9 H3 s
) D; R- G& V" x( n" a6 `; {
J- H: h5 {# T6 [( n: W
: `+ \2 p; t! a2 d0 }9 O9 U
0 x- s1 U6 W. d5 R, Q( p0 M
5 r: D, |0 H! ]
( V4 k5 o" X% {$ S% V% `& ]
4 M/ `6 ?% Q3 n- P) W9 ~
" ]. v; O+ g G6 P# ^+ v" s* h
* Z2 r% s( g( i" V" v4 w: r2 B/ c
1 x$ S& O) X! i c$ L' s
; u- N( }6 s( ?8 T' U# W
4 N$ b* M( f/ s: @) P/ C( y
2 h4 z! j. p% D! i
& n; ^4 T1 Y+ O" h* K4 ]7 h0 C/ c Q
& O8 K3 _: i/ ~4 S