南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
/ w1 I7 A) Z" h& C# L+ \+ X1 \2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
. \! j) w5 q( y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
8 k! w. W* ?; M0 a5 F5 f系 专业 年级 班 学号 姓名 得分0 |6 u4 i, O d2 ~' h9 k! l* m
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)8 M# K, t4 S5 I# W
1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
, Y% M9 p2 S! ~$ e3 L. S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。( d* M2 Q# f% y) Z2 V- k* V, G
[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。]) p* d# v! Y% @4 ~
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？! k* w" u/ o( O3 o4 v( q' l& Q# L5 Z
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。3 c9 _: |- J; ]: w0 q* f
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
# V" m, ?* k8 e j
5 G. e# A( |+ ^7 H2 v
% A- P) Y: v' Q" t: {( S答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
: s6 n: u" z6 }" X0 B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。1 p$ r+ l# w/ s; S/ F
4、什么是Ekman 螺线？
$ P4 x; t' \& ~6 X1 Y& |9 ~3 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
. x, l/ Y1 M1 v! ME kman 螺线。
z6 Y7 c% V+ C6 H! D" L; Y4 o4 W( F( z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。. n. [/ v8 R4 W) u& E1 b- l( E' q
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。, ^! \2 p% p5 L. ~' W v
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图3 x: Q% f$ Y" o: M8 ?; w
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。8 x5 I+ M8 }6 f8 E& {
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。
. m2 v2 b5 O4 x$ ]6 q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+ ]" G1 L* u- g/ R& A+ ]8 L+ w
6、解释波浪辐聚和辐散概念。4 T2 }$ r/ w1 h/ m$ ~7 s9 a
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。
* c q7 L0 h0 v. A, ~( J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。7 y& \* H+ v* N' B8 e' j
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。; V7 U3 k8 _4 D) r
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：# {# u }3 [7 y$ Q& X% v- b; J9 d7 I
（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。# L8 D& m8 Q1 |, Q8 ~" t
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。3 P! ^- u" A, S$ }6 }+ G" 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。9 U1 r- L* @& }& W
8、解释潮汐调和分析。
) T/ X1 E. c, C4 B- h& 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。
* s. p5 l, Y& F& u4 m二、问答题(共48分)7 @! A i! P1 n1 b3 @: h
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？
9 T6 X' H6 I- g4 T答：假定：$ d& S" `9 R$ E3 V- L
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；
* l- E* W. J1 X$ X$ t# b③忽略地转偏向力和摩擦力。4 t: ~# S( w1 I8 {5 c O
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。+ N. i0 e* z" ]# G1 k: Q
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。
' q# _0 Q1 r8 _: h# `- W" E2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.$ ?) d4 s1 X2 K; @% E# F$ J' f" K$ I
' ~! N2 p: V! l( i! D- ]5 ]. Z: @* y3 t8 h7 F9 ?( ~
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
# n/ v. o% O# p( r- i0 `( G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。
4 J/ @+ T8 Y0 b( K% L) I
' _ c! o9 q. T' [ p" o: y( ^( y是9 i2 L4 A8 h1 `! d& w3 Q7 g! N" r" H0 R
) [1 I8 T' t4 c是
9 T6 z9 f6 G; s) ]" I0 M p
- @- O7 @0 t# N# t! ]7 Z' K i6 }是地转偏向力（科氏力）项, b, k8 A5 w# N/ Z D& @2 Y& H
* n7 J* K' V; q. C3 d5 v! J! T是
% c+ ^* D9 p Z- [; j: f
0 [' l3 E, {& c. ^8 P" Z2 U+ e1 y. q
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
5 T' S0 v' i, F# h, l是散度在纬向和经向的部分
5 X# b% A; N. B6 O- w3、（8分）请解释潮汐动力学理论1 V8 i% A; m& ~" L1 G
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
# l u% ]4 c, H* w( Y9 a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。
. z+ V& K S: i5 r! L
1 j* S5 M" N5 k, L，说: k1 F+ {6 q. N# ?6 v4 J
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为: g, B2 B" g$ v" |& j& E 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
9 z# |; |" K( l! a5 W/ F0 ~. } O2 ?$ c2 z
于0 时，根据欧拉公式有：
s9 B6 Z2 Y$ d8 O+ d# U0 P+ B是典型的波动表达式。因此有：
, x. u8 Y# L3 U! T. V0 k- ~: K5 p$ J/ {2 H0 U6 N) m* @0 X
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，7 s* X9 w( H% E. P; S) |' s
' z3 c& ` k0 H) ?/ K% d2 m# C$ H' s
振幅
: j* U# B! _* W* m5 y: F* ~: g9 @7 z7 {8 p6 ]: ?
=1 \9 U: h2 o% d! L
- m) C- N6 \4 s% t是
, _, N ]! w& r }' b$ w( q. l/ [& F- q% H$ H
: ]) u* r8 ?4 b2 w. _2 K+ T
5、（8
, m$ N p+ g4 L1 f5 P6 w3 D/ C9 @6 V6 @! U/ [' f' p! A% ]
分）利用风暴潮潮位公式 及下图2 j) A8 k7 u$ H+ w0 d
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。* @9 C! H: ]3 M+ {
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中1 Z& B' E a; p
（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;* }; z- ]- E8 t9 n- ~. @+ g* @$ k- c
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。( Y" O3 ^% W) ]# T) w+ G; z
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。8 X! ?' V( Z% g3 ], n/ j; J: P5 e
答：海水运动控制方程的向量形式为：* p4 L( J2 d9 I5 V
- \0 x1 W& L2 k3 o3 u" {* _$ K7 d$ w! @( r% _
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。
" D. I. D' {$ F2 F" A三、概念分析解释（20分）
1 c% f3 q- s4 X9 T: ?9 b! t
J: E$ b; A2 ?4 X7 Q1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
/ d- w' ]0 D5 i7 w6 k2 h; V
2 R/ [/ @# P% \2 f
# E# x) c% q4 L* ?; S) X N' A，推导波数守恒方程。! h L4 W( y Z- _/ l8 s' h
! O4 h) J' `$ [. r [
答：根据线性波表面位移的表达式5 _# B, a6 Q/ Q6 s9 s
. Z) u. p+ G; h
得线性波表面位移位相函数为：, X9 h5 f& O* h+ F
那么，波数和频率分别为：8 \* D4 {) W* k
% u9 p$ R% \1 x
则波数和频率满足方程：
" d+ V" ~3 P. R- l- j
# j7 a# f: M. v: l7 U+ Z根据线性波表面位移的表达式：) o" q2 b: c, q9 u1 P8 y+ E
c1 e! ?- q. L2 v
得线性波表面位移位相函数为：5 W% P! N5 n" c0 J8 D" Z; a
那么，波数和频率分别为： {; U5 |0 T, p/ C
8 }% Z8 ~* b# r' M9 i, s( E则波数和频率满足方程：6 a/ }0 [/ ]% _" ~3 Q( {" A
@( {$ F ?5 B2 z, S4 X0 X0 _; W5 ~$ X
可以得成立，称为波数守恒方程。; ^4 m1 _& L0 ?8 x* \
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。* O _0 Q9 V$ a; x0 h! v' Z" S
+ j; |# s* [, T! y" v X6 ^
# n+ x' x# b1 s
+ N+ l- Q' V; }# q2 Q. Y
8 s2 n2 X; E4 Y: W2 h9 p# R
1 _4 Y# a8 p: r! g2 }6 x5 h# H) J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。 |
7 s4 N; j0 J }2 h2 x
$ I" _& g# O9 N" I, p6 M
9 f& _0 W5 Y' Z" e K
' s+ _6 _; S- @
6 } ]( ]; C# R- @( A5 E
' }0 z* ]% M1 F+ o! S: \* {" l. F2 w
; S8 ~3 v( o: }" t) b/ S
Z6 V% c. m, `9 z9 e
2 @0 s4 m. V+ m3 n
6 |; g8 A' \: q. j' ^
: S- R; t% b- D6 x9 d) ?1 \& ^' M
# U" k+ }" Q" e( g2 g
" k$ N( E) a8 }! H+ `4 s
9 j r U, l, ^$ M* G
* C2 {" Y# F0 G; R! ~ Z! ~( h3 @% C
6 z: |$ z: @3 d
