南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
6 u) O+ L' D3 X9 j* @8 ^2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)- T+ A' O$ W; r- p W; E4 Q
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" n9 m5 P) O1 Z8 |
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
* L- y% f) Z8 C1 [$ N一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
1 X! A8 j5 ?" r( b) D% S1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
3 E' Y. d6 p0 z9 w% z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。
6 ~+ C3 X- v9 L2 k) w+ _[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。]
7 r' Y4 m( Y8 k* f$ I2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？( x R7 G1 J5 ]5 ?$ A
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。
+ X! Q+ E1 s1 \2 }4 U5 \8 u& [3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。 v% A( d: v2 P3 A8 M& }2 {
6 k6 k. p7 U5 T: B8 b+ g9 U3 R2 g$ F& `& G+ k
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
$ a% E. ^0 x" E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。
5 A- F6 B2 B+ n4、什么是Ekman 螺线？9 f/ e1 j# Y: G; `/ x
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
7 w# Q# i& k& m/ X6 B7 i/ ]E kman 螺线。
& H6 @) Y7 M z+ v0 Z0 M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。
/ x1 k; ~, d$ D; _1 |/ K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。! ?) d3 a) L3 C, d8 B/ M
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图! D/ o# X, y+ K: N. T6 s
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。* W' A, Z# d+ x3 G+ Y
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。
4 a, l" w! X, R# Y- v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/ a# g9 \# h* X3 v
6、解释波浪辐聚和辐散概念。
7 h2 }0 o( K8 `% Q. \* T+ `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。" z4 y! a! N& b
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。+ D+ M! |7 f6 \ G
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。$ N6 @; H0 G1 w1 J; N2 l
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：) b7 d) {" P' J9 Z" \1 X
（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。! F5 [% k3 Z1 i7 V
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。2 k5 U9 j- M9 @9 v U8 F- O
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。* v8 s4 D' c, T
8、解释潮汐调和分析。
; u( y6 i5 u) @ 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。$ f: Q: I m' p6 e/ T* r5 D! Q
二、问答题(共48分)
- V5 M% E k, M* ~+ v' y: j: f1、（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 U# U* P X" \3 y( y' S, i
答：假定：
- v6 R5 N- F9 ?( u①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 @% }8 ^, d! D0 G! j
③忽略地转偏向力和摩擦力。3 W e6 q. h1 Z4 S
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。
* N7 x7 L- q/ N, {$ N1 Z; j h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。+ Y4 n* K$ ?4 I, a; I; c
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.: @0 r" n& J! |5 k! V
) I6 L' }$ B8 S# ]# D: d8 b" i/ @" b- N
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
% L! F6 q0 m2 P- p' ?& o; x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。
1 g4 v. V# q5 X5 g! R* y1 w8 Q8 v! t) r7 d
是
1 A) ]1 W8 M4 J
; M% x, O, }! N d0 j/ U$ r- q是/ k U/ R* P0 M" K) _ ?
: C/ x8 I6 s/ S1 ]( j
是地转偏向力（科氏力）项! c- k8 k% t( \
: N* c4 e* |7 o是
5 h# U2 a z' O% x; z+ j: V4 N9 ^+ n
- C$ w2 g, i% b6 d
* ?) p! E o9 I0 W0 A; r# X" h% G1 s是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。: D/ b, }% r5 Z9 Y3 F$ A
是散度在纬向和经向的部分
# C8 N: X, i, g0 L+ [. Y3、（8分）请解释潮汐动力学理论
4 I; q. h6 }1 O5 _; z5 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
; p# Q* N* J! F" \! n- `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。
9 U9 }! L- i+ d0 _) W: g3 v: Z" k/ g2 L! }4 z! k* j
，说4 [! w0 b3 m! Z+ u, {
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为5 p% i, w8 \2 r3 l
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$ r, {1 O" Y+ F0 ^1 l5 C5 B8 I: J) W
3 M, w+ p8 H* v1 q- r v, T: [' }/ m
于0 时，根据欧拉公式有：
/ L; E1 {4 k9 U6 l9 ~3 a3 j- Z是典型的波动表达式。因此有：* c" ]& M2 R8 P& |1 M
$ p$ G* E6 w0 Y5 p( ^# m' t
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
$ B2 Y* B4 U O& b% |
0 r! ^2 x) W* W+ N振幅/ R/ T. a) A* }" m0 U5 D
3 C* M4 r4 n F R7 h
=
" d/ X$ P3 f o: e: o
6 | T5 J' H! o- [; z: s是
$ ]6 V! i( t: L h& U4 ? q- ^
! c# ~4 o# ~+ X4 ]3 {9 k; z! j" k7 k$ Q
5、（86 V& ?( R" T2 B2 V$ \
- n. P: { |# _4 N4 \; {
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
! N- l! @+ _5 n( s说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
t1 X) @2 x5 [1 R6 _答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中" V& p0 L c& D$ ?( u7 |/ l& B
（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;3 n% u+ U2 f! D. q7 e8 |
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
3 f4 r! Z! _) ^0 Y% S9 L" `0 _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。
1 J3 N% v7 Y# I答：海水运动控制方程的向量形式为：0 R4 Z6 @" i+ z( U
5 O$ z5 n. M( ^7 P- ~# Q. T, }
' Y0 P' L7 ^1 z1 _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。7 ~; C( J6 }4 r8 u1 P
三、概念分析解释（20分）
9 g1 C$ u5 H9 Z% f( T, @7 X% ^6 v+ X! b
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
- G6 d& R o S; D3 `% h3 H
8 j' i' O- N! Z! ?, Y/ f
8 s* N' j: N" v- H7 K，推导波数守恒方程。
$ \* j {% [/ ]. j
2 b: b! s0 B; v* Q4 h' a答：根据线性波表面位移的表达式
7 G# ?6 G1 X- N; {2 G' E7 u: {2 R _9 l. @8 R$ M
得线性波表面位移位相函数为：, E W2 D& C* h
那么，波数和频率分别为：5 r' t& s w& R" T% j+ c' o2 `
) }% Y4 S# b1 K3 V3 }
则波数和频率满足方程：# I9 Y- C+ B; Z' m
$ m) `, s- ?$ ?
根据线性波表面位移的表达式：8 w. R: E5 q" M' A+ o* K7 R- F# X
% d8 U8 A9 K' {5 {+ E
得线性波表面位移位相函数为：
" o, z, A" v% Y: d! W4 ^" g7 p" M: v4 d7 b那么，波数和频率分别为：9 ?. t9 G8 H' s3 m1 s: H
8 _6 ]& W+ z! M, ~
则波数和频率满足方程：% X1 D- g) D- T3 T+ _
3 @2 L9 }1 G$ o8 B( [可以得成立，称为波数守恒方程。8 z1 ^, C1 ]$ p* w/ I
2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。6 ]7 h+ V! a4 t. A; S, X
4 B6 I9 ?8 m) S/ C
! G' d' V% O" j P9 i4 T( Q4 h. _' G6 S; l" Q b5 n& w$ ~3 I
6 b+ C& c3 |3 b6 K
' ?3 f+ Y) {) ~
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。 |
, O+ h/ X/ o: B0 A' c$ {" p$ @- S: |
; K8 J1 |5 @) W. t
$ j1 e3 G$ } f- R/ ~0 P2 |, p. {
/ r# E0 f6 Q( B
! k6 C6 A) n0 S2 P
0 n" K+ n' M9 p! Q, F
, b2 q1 I/ @% n' [
( G5 A; q0 e3 Z) s' c9 Z. {; t5 F
- I; `4 r2 a4 d9 } v( @
- n* i2 q+ O2 ?( g+ F; K( o
F3 Y: p1 R! p/ m
4 u5 ~" `4 m$ B. x+ l9 n) {
! h9 S, d& f; {9 S8 B. U
# c. z7 |' W; G% o% l
5 z2 q8 b- z% i0 `) T
+ k, m) C/ T @6 E$ B: S
4 |& ]* e2 c" ^, e0 R
! O% R8 a T k1 I; r) N N2 k
8 R7 o1 E9 q+ H8 W
5 m7 m; d2 P8 R# ?3 x% D" k6 l0 z
4 y6 z9 U8 I6 b k; f5 u0 r3 |
: x, b# F0 p' Z e
- f) G G' e2 O& N
, Q3 R! v, g% f8 T4 W
