南京信息工程大学期末考试试卷（答案）& ^/ ?0 O+ i7 u3 D! S9 A& O2 i/ I, d
2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)' L" W; V. ^8 D$ a) ]
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
' [* L# z! X l) o7 E$ ?; i/ g系 专业 年级 班 学号 姓名 得分2 [( w1 H1 j( j3 s& ~
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
6 G/ A6 a c) `! e1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
" W2 f: e2 v N' j' q6 X0 @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 x/ @8 d+ [5 k8 j4 l) v8 V[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。]
* P1 K1 E/ T2 k5 _6 K) z6 F2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
. w, z' q+ U" ^( y5 B" U: `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。
+ N* E' s5 W' x" L( {( n S3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。( N% [) O3 f$ N# Q7 u
/ |. e! j; D+ o& s
, R3 J- S- o) P) S% h答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。$ F7 u$ Y: \* m1 z- K* a8 q
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。
% B5 d* O- y2 c4、什么是Ekman 螺线？/ P7 h7 T; O% w& P. L6 ?
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
" \' L8 E- \& W6 s# z, s* y9 q3 SE kman 螺线。
: [6 t( f* }: W! V J0 c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。
, j H& z. O$ Q) y0 ?9 H; f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。
8 G% L/ b, W' |0 d4 [ a+ R& q5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
( l U; h* `8 C: Z, W4 x+ u- {中的同潮时线和等振幅线及无旋点。
8 o6 g6 a2 \9 h0 S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。9 N$ `7 ^' g6 P3 y. E0 |3 L% O h2 Z
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 P7 m' y% S, C5 f! p% L" V& W
6、解释波浪辐聚和辐散概念。: F' ^8 w6 I; l1 P+ b8 L# N+ [
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。
7 x+ X4 v5 o+ n9 {6 Z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。
i9 P2 t3 }$ Y/ T V: N7 c7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
( r8 y$ Q E, `6 N: F. c答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：' G4 P1 p. d" i% _, o6 |0 M
（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。3 e- w+ K8 q; l' m1 i+ f4 \
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
$ I, r3 ]8 ]7 n) S& G( [（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
. U2 W$ b( n- L8、解释潮汐调和分析。 s: j9 O t- f7 |* z6 B
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。
7 o- m( G. c7 O5 r二、问答题(共48分)
! q9 l( O# H* T6 E* d) V1、（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？6 m1 E$ W1 k% d
答：假定：
: F8 u1 Y$ ~: i C N+ s; L& ]) w①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；, L1 [$ Q; z" `: B5 I
③忽略地转偏向力和摩擦力。
8 r) F* V8 y) b+ a1 ?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。
# N0 ?+ C. a1 N; W! P9 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。
! j& Z; H5 I( E, V. J% J2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
7 s/ U7 k; B7 q/ H/ ~: ?; g6 Q9 S& U L% @/ u
9 z l; g7 f5 h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
: r7 g6 x9 H# |( l( @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。( a9 ?+ w/ ?: q% _, H9 B) t: T4 X
& j5 o0 k" m' h$ E. ~, }是# z( {2 k- ^7 q+ m6 U
9 f, ]% N3 K: k+ d9 ~1 ?# O/ z
是
2 U$ p( N1 ^1 S& N- k3 R: J" ]) ^( t+ ?! C7 I
是地转偏向力（科氏力）项+ R) U1 P6 N: `/ Q
. d9 d" D& k# [& v" j是
8 e# R4 R4 n% }& I3 ~0 h5 Q& n# s; G7 B" j+ N3 u
# d3 u3 _, M" O2 i7 L8 Z
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
: V; A9 ?: O: x; ~; l6 \8 o" z) S是散度在纬向和经向的部分
* C5 }% r. y$ M/ y6 O+ J+ B- W3、（8分）请解释潮汐动力学理论
; O4 X/ @6 H2 ]- Y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
0 Q4 H$ t' z! x! O& Z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。' A* m' r! c1 w. o& S4 |
1 Y3 s8 r1 g5 C$ L
，说
( ]$ M, N' i; i; m0 H' P! a4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为3 h$ G3 L9 j4 F1 D8 b/ s
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& D+ @/ s. k( I- I
& y7 s0 K, n2 A) E' r" ^
于0 时，根据欧拉公式有：2 G8 ^5 ?# A1 P4 E
是典型的波动表达式。因此有：) w/ g0 C5 ^" ?, [2 I8 ?
& d' O {) o8 T( ]: F5 w
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
^$ y. x _ B7 N# o
D( p( i: W( w9 [& }+ J" B' n振幅' i7 |( N" i, N) F/ t2 Q/ \
% Q0 v# m& M/ `6 |( z; I=
$ W5 j4 m' P9 z. D: X- W4 h( h. K& y9 \; H" l) P3 j4 {! \7 ~
是+ v3 y. G; I. ?% I1 x. o
; x& p U! Z) X! J2 o* ^4 ?' X' Y% l* J; o1 s* n$ J. Z7 D* ^
5、（8) d4 j' k/ z+ r: y% y" B) k
& n Y5 a; I h; A- _" [! p4 d
分）利用风暴潮潮位公式 及下图: Y! S, [1 P; D) b/ C- F5 f Y
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
3 m6 g. d# f Q* H& g; }答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
3 f/ w D5 j% s c6 h5 n' Z& b- l（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;
* z4 g2 T' q- k2 _# m; q4 e* ?, g G（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
& ~& q# N3 O1 u3 h6、（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。
0 L" }1 b$ k, D3 O* ~答：海水运动控制方程的向量形式为：4 q d; y' m, h/ g
, X: p$ P: N5 K6 m6 I
2 ~; `, A- |; ]7 ^) E! U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。8 Z, ], ?. e5 K+ r; y
三、概念分析解释（20分）
6 b& ^ W3 E: }. [7 Z4 f6 ]
8 K$ d5 n* ?- w1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合! v9 c/ B8 C' A$ l
- ]) Q# T. F ~3 r6 x
H2 I6 y. B+ x' I，推导波数守恒方程。
) H# N. i3 j0 S* K$ F# S" b$ L6 O. C9 d( K
答：根据线性波表面位移的表达式! y/ o, F* m s9 Z Q) z1 E
- T& F5 {/ b& F# {$ t
得线性波表面位移位相函数为：7 I4 f, I4 c. i0 {" ~
那么，波数和频率分别为：: [( K$ _8 h9 f6 M! ]4 u
H+ b7 G0 k& @- t- t
则波数和频率满足方程：, X: h7 [( A/ p# U8 E! `! @4 n
# Y8 w: I- n3 u4 d: g8 j. m
根据线性波表面位移的表达式：
, c, t2 o$ s8 n3 p# n" o7 Y( V1 s: I6 Q/ _! @) B
得线性波表面位移位相函数为：4 ?5 M" Z7 Q( L% B% `+ u6 t
那么，波数和频率分别为：9 C4 R! n; Q6 R; _- D
+ a2 H$ r) F4 J+ W
则波数和频率满足方程：# d. V l1 n: I; ~- L
# S5 \7 U+ `5 a7 x9 \% O4 _- w
可以得成立，称为波数守恒方程。
5 j( J# C" u* J9 Y1 a: F! Y9 s! Q 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
{" n. i; `5 e) s8 O' Y% @
) G3 j; Q2 v8 c8 @6 t* e* S9 u+ J4 q7 n9 J! h9 _; S
7 M5 Y3 |" h9 D, }& `4 Z) F; i
- i; {: g5 e) L/ }+ u
* J6 C- X1 g7 H8 i! e5 f: D, R
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。 |
) ^: {! D6 D! a
" ?" N: y, M% |) N1 |( @$ n
1 B4 s0 O) W# i B5 g1 L
3 R4 {" `! S' w5 w
# I# y/ `1 g4 o6 p% Z
0 z" V' E0 o, ^0 B
: c6 @5 m5 G: T5 Q: i
- l& X% y, h2 t* Q- K3 a
# R- V# H1 G2 l. N. i: m6 @; C
2 w+ b P+ [; a7 `
( @% g! |' ^: b) ]- d$ ]
3 |; C1 B1 v+ P, l; e
7 Y& ?1 D y0 @$ c R) p/ t
2 `; S; _& r3 P+ W
$ u; S" u2 V: b/ C/ U
2 {2 u Z5 N! k5 \/ G7 a; }1 D
( G4 K% q+ D# _% y$ L1 B
1 W1 o; {0 h: d3 V! V3 V7 g, H
