南京信息工程大学期末考试试卷（答案）1 `! g: z. Q2 S X
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷): @7 M7 f" V! N% I
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+ s" ^8 {6 @+ V5 k系 专业 年级 班 学号 姓名 得分( j8 s/ [2 m" R0 F0 d7 u
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
( u5 k, A, D, Y6 ]! U$ x1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？; }' _4 _0 ?! o3 i5 j6 B
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。
5 i2 I# H2 }) _3 U% E[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。], y3 \3 l* } }; m0 l
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
3 E J" Q, l0 h/ f* ?; X n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。
4 Z5 g+ o( _ e8 E, }3 O7 {3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
8 M5 I, @1 |0 g4 K; M! p7 _5 j7 Y7 l
& `) f( |( Z& v4 M! B9 {: |; U, y
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
! ]! a' `6 q% W, C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。
# N% ~) J) p+ X* N4、什么是Ekman 螺线？+ [" |8 U0 d0 @+ J% K0 P
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
# m8 V+ ~$ H/ NE kman 螺线。& a7 b, M4 I5 r2 e# _
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。! L" s% @) o( t* t: ^* S
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。
! R! r1 C' x+ ^- M; c7 o5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图' V6 g. `) F& K1 }+ k/ \
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。+ v4 Z- M* g/ x( y5 B) ~2 v
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。" l' F% u* T" N S
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3 r+ C. i/ \( m% I, o# g6 T* n
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
. E7 i$ \& r( J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。+ B# U9 D0 q* R$ D( N* c" H, G
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。
! f' H6 `# t! u7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。. f: N: P, q( r% f
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：) ]3 P) i7 A4 Z
（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。, s6 j& O9 E$ I$ M" o" s
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
8 S' L1 D, A7 X（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
: F" Y" u% h" f$ a' s% Y8、解释潮汐调和分析。
' Y" n7 g3 N" A4 b0 x 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。- B! m# v$ L) d
二、问答题(共48分)
9 w; g0 J( M% O, ^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？7 q0 x+ i, O1 z) }1 j% i1 q
答：假定：# O1 k, U$ K/ t) }2 W
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；
3 n; F( @ }1 \+ B. a" j% P5 x③忽略地转偏向力和摩擦力。
: Q- G, l l* g3 p# l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。$ @$ a7 x7 r& u+ `. F" f8 j2 o6 z. C
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。* j, v) E# h7 o5 Q5 N/ {' E
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
0 @ m" ]( _; e4 {
, }# {9 A+ O0 A, j) d: D0 B; z! D5 }$ v0 L* N3 t
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' ^ g# E( U+ j- _
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。
& Q* H$ X% l' o
6 O! k5 g9 w+ J" g/ L5 c8 k3 N是7 n' E+ `" H5 E" K) y9 @
) s- ]* ^, n$ I; y$ u9 }是. l) Y- {5 e; [" T& A
' L# G$ J( E/ e2 U, I2 \是地转偏向力（科氏力）项/ e1 B! N% R/ a3 ~( T5 s
2 z: w; f9 P1 Q) a; V7 [/ k是
* T2 j2 _' W- H T/ }* v; ?6 }
\% |* Z$ d3 [! T
' z: p& G* u- h& x6 }( \. ]是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
( l+ p8 f/ O4 O6 }- P是散度在纬向和经向的部分
0 ~; c/ s1 u" B3 l2 O3、（8分）请解释潮汐动力学理论
6 O2 Q( ?7 K2 Q9 s. t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2 o& {, n6 t$ x' e& F) D }
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。+ X' @3 h& D* j' v
) T$ ~/ j" ~' V0 m- m7 \
，说& }. E# d2 v' w, R9 e" y
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
1 D# y# M8 ~5 ]5 j" y; c1 Z- U& h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
. l L8 q. K0 Y/ B+ x& @: Z3 b. l9 L9 D; W+ T
于0 时，根据欧拉公式有：5 s+ u+ r0 Z9 K3 i2 Z" p
是典型的波动表达式。因此有：7 [+ M- {4 B7 \. Q1 x) J
( C4 W$ W. N9 K0 t 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，1 i3 k- ~3 p0 T' b& f8 |! [
; R; I M! f# ~# B" l, O
振幅$ t+ \: y. }9 `
$ V# j! D+ p3 t( ^3 [2 W# i6 N' z=5 S+ ?2 |* d+ b/ i/ s( s6 o
& k; e! n( Y/ ?' h& m
是
$ m9 V, k* d9 e; l6 \% o; z
" C1 C. B) l; r* C! O
8 A6 ^0 r4 U; D; j( V( v W7 `* k5、（8
8 j) }# f4 r# G# G
# y1 C1 G+ L d% i4 m# }分）利用风暴潮潮位公式 及下图
2 q/ e' ^. d' I2 @0 @说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。( J" C! K/ y$ N3 ^0 A- U4 [
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
! E9 _0 j2 w! D4 v1 @（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;$ c n4 X: r: w" J: o
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
9 S. w" h' i4 |' Y. X4 |& Q6、（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。+ f) x) k' ^9 L
答：海水运动控制方程的向量形式为：
6 x3 b6 U [0 [! n
- a5 S0 d) ]/ s0 o4 R* ^5 G
. ]3 p& V$ S' x: g9 w4 W: A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。( c* B) {& G+ h# x
三、概念分析解释（20分）! G$ t, v( r! d6 G5 F
, P# t# s" C5 Z! }5 o! R4 g1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合# l0 I" ?( M, U5 Z$ f- v8 f
/ m- u% Y# d; `% P
4 N9 B' f' R* D; l
，推导波数守恒方程。3 I4 s$ m% A; ~4 Y8 T* u
" d, p9 K1 x4 I1 O K. @答：根据线性波表面位移的表达式0 b7 N" G' L# x5 P! N3 \2 ^4 r
" I: _. g9 F; G) g' }' Z+ G得线性波表面位移位相函数为：- s/ w3 [' z# u5 p- E, a
那么，波数和频率分别为：
3 e* U+ ?0 Z5 ]- n0 J6 H
* X {7 h- n& f0 b- b0 I则波数和频率满足方程：
& ]: l, ?* T. Q# F
* _. v1 F& i$ L& W$ L4 ], ^3 X- ?根据线性波表面位移的表达式：8 ]1 d& G, a; B; [
* r" H( e N+ b4 v+ @ t得线性波表面位移位相函数为：
9 a7 Q2 n$ C2 j! P, Z7 f那么，波数和频率分别为：
0 i+ Q+ N' D; {: F
w5 c' [ r4 Q, Z, B$ O则波数和频率满足方程：: ^! w- p, j5 ~# K& R
1 j/ ^/ o2 O0 G可以得成立，称为波数守恒方程。
% Z$ q1 W) V3 N 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。) V3 o3 N S6 P( @* y
" `* ~& d7 Z( t o% ~4 U `% D3 i
; R2 T" O8 o* ^; G; A
* Z7 L$ Z2 o: J; A/ U+ ~; n
) I: `( a3 {8 A3 x
) @1 R+ t C- I: p9 X5 V" }1 z+ x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。 |
0 L/ R. x" P! O. _) Q
( T/ g; P9 E; W' ~ _) `/ B A% K$ v
% I1 y* N/ z1 f V$ ~: P2 E( O- S
s2 z0 t! O- @5 j
( R7 w; f% Y2 ^2 j
; E% o4 K# d1 ?$ ]4 F6 M3 k
4 n, W' j" \) L# R5 @. g) m3 t
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! S! V. Y* h8 B6 ^' Z3 V; U
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" G; W1 `5 c! n8 z. h4 J: @; W6 R4 c
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