南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
9 R* L: T4 ^7 M9 S$ H/ Q2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷). E$ ^- j* ~( E& ~! w8 M3 d+ k
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 N3 G% }9 g( f ]3 a" ^
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
$ O' t" k5 t8 K$ k一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
1 y# e; O0 E1 o/ k* R" }; W$ n1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？6 T6 g7 E$ @3 ?7 n7 z2 {
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。8 a: N* d* @2 W! Q* V1 A
[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。]
) |. A: M) m" f8 z o3 w, d2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
& h) {2 g& l6 F. X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。
- Y1 _' h3 c: ]2 u6 l3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。6 Z( o/ l, w/ u
; ]! ~( B. w4 e% e0 E9 y
9 q2 i, _, x, E" H答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
3 O# m2 u! h H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 ~9 w% H$ ~% J/ R2 j
4、什么是Ekman 螺线？; |( d" E1 [$ T1 O6 f+ U
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6 B" Z8 ?1 |1 M
E kman 螺线。! Q) o) D1 {2 t" ~- G, |* b6 {
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。$ m, {* y0 K! W$ [' L
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。* m; ]# m2 U& n# q _+ [
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图6 n, O b! V. e
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。* q6 {; P* p2 ~2 W
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 o: g+ _/ {, c9 C
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 K7 S* v9 z8 n* j% n: H* n
6、解释波浪辐聚和辐散概念。 R; N& k5 B. V# G; x
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。" `) V G7 e( M, p6 D0 C, 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。
% c9 \4 }% L/ F) F9 o, W7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
6 ~- t: X/ D% S0 B7 a2 K8 D答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：3 [1 L8 Z$ K% \6 g2 `
（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。# t; U4 \. U @' 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。+ B* i6 a! n5 e- V+ t) A$ k* C
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
4 n' a. j9 }; s- T. X; \0 G8、解释潮汐调和分析。) U. Z( Y7 Q; ]2 o& U; K
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。
2 ]: P* |" m5 l2 Z0 |6 g' e/ ^二、问答题(共48分)
4 U6 A! t) x* x" P1、（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？1 W' L5 n4 r8 S: C
答：假定：
4 ^+ Q, O* h3 y0 I \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；: I: v7 l9 H4 P8 A
③忽略地转偏向力和摩擦力。, d5 D/ ]7 \* C! |7 r4 f+ w+ x8 \! e
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。7 P) J" p$ n [8 n6 W. K2 g
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。* N1 w0 _ T, @' \
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.6 z' x, z% G1 M, C% ]
! }# @7 R# `# B" j# }2 b: t3 |, R( ~
* K5 v2 |- L$ 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* H) E J2 J2 P8 {9 ]5 I
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。
% L5 f" N) f- ? |, I" q7 [) k# t- H' Q
是
8 U9 w1 k; @& R* f, O9 l( v9 p# _5 l
是
& n# U' m0 f9 z4 I0 \
9 ]0 T& I0 Q: C3 A: L是地转偏向力（科氏力）项, {/ G* v& x% C {) M" f" T/ ^
4 R, S+ m5 C* t4 X1 X是
0 }# J9 x7 p1 D0 ~- B
. ^1 q, l; L; ]. c! P
) @# S* V& U; K! B3 J是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
- w% w: M6 Y' a! l3 O% C是散度在纬向和经向的部分" a% V% q( x/ x
3、（8分）请解释潮汐动力学理论1 F! D8 u- N% j- d" e9 z
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
( V# q) | O! I) P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。1 S& v3 V1 P* T; m, q" \
: x. s' f# n4 ?
，说8 }6 v Z7 q2 U; v+ m8 M
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
1 P$ a5 l" U# i6 t3 b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: z4 G7 S, T2 e3 g$ x
) q: v0 C* \- v0 w" ~8 A于0 时，根据欧拉公式有：+ t8 V! s5 p b+ @' M+ W
是典型的波动表达式。因此有：* k* |' M3 v9 L
4 R- f' i8 @: v& n# M0 L* x
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，1 U* X3 h! i7 e! L1 v/ c5 b* _
( ^: Z, _/ p% L9 t; k- c0 q4 H振幅
/ V* d1 B. q9 }
' E! u: H- k$ g" o9 Z=$ V# e5 N3 H2 F" O) m6 J
; M0 S# c' v) q0 l& r3 ^$ r. D
是! T7 L# `0 ^4 f
# t2 E1 h% l& s3 Z4 ?/ R6 a
! p# O$ g4 k* K9 c5 D# {0 m% A5、（8) e5 [5 q9 w" V( ]& H* I
, b( ~9 s, l8 i! Q0 j" y分）利用风暴潮潮位公式 及下图, Q2 \7 ^1 W( V5 `, W" D
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。
% K1 F4 D3 P0 Q7 c答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中0 X+ b. x j6 e2 z4 @$ j* }
（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;
) I( L- z% E0 T, A2 N（2）当阿法为0时，转化为平底情况。
* H [# R; C' j w4 K& N6、（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。! ]% `9 \7 W" E- X+ _* ~* n
答：海水运动控制方程的向量形式为：% S) C7 B0 s9 q: v8 q- A: F
+ @- |9 [/ t, W k# G
. n. Z+ M# K6 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。+ C" `; y* B, n! I/ q
三、概念分析解释（20分）3 Q2 ^5 C+ u# s, M) C
. }6 T. C2 Q8 n& G7 F9 j) D1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
/ j' p+ e2 i# X7 g) P( w0 ?/ o7 a" T1 B b
$ f$ H; Z# ~; n9 Z" b
，推导波数守恒方程。
( M b& J2 T. D. J7 r8 d) E( `) G9 {. }! _3 L$ o
答：根据线性波表面位移的表达式
, Q& U7 E2 E3 U
5 S; d. `7 F: a1 y* Q得线性波表面位移位相函数为：! u8 r2 P( u. u: _% f- y$ h% s
那么，波数和频率分别为：
% A/ o) g" f) |/ J
) w! u" h) i+ u6 n$ F4 `+ g0 ~, {/ q6 g7 D 登录/注册后可看大图
/ |5 n: T7 V, ^) t3 s0 f" e则波数和频率满足方程：! }2 e: P$ Q) z: F w
9 g5 x2 J4 b. k% l! H" T- ^根据线性波表面位移的表达式：9 y, }: {& i7 e4 q
?, v( C' U3 g! E! U1 ]得线性波表面位移位相函数为：
" Z* k, ^5 r% |7 b6 } i那么，波数和频率分别为：: D5 n# }+ E# H) }
& D- l( C, A! l& g: D) y, _% d
则波数和频率满足方程：! @3 P: h ?9 \
! O/ R4 _6 Y! L! u4 f9 ` p可以得成立，称为波数守恒方程。
( R* V) z0 y9 L, W a' A 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
/ p7 O: r/ G2 U# X i4 q
. V( i! j3 @$ \& J3 W* K- z6 Y* o0 d* N( D, R. o6 q* S1 y
+ _' @0 e9 }4 f1 u: @
( Z, y& o s# _$ m
! P' }2 d6 A& B& I6 q
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( S4 w6 c1 H0 c: \( |+ N
/ S) C# Y! H2 r, ~# {( Z5 r
% x& R6 r' g! A n% r# \ L
6 J" x% W; T2 L ^1 ^3 V3 W
- d) n2 |& r+ q) x% C, u/ y( t
, `5 b6 y9 a+ L3 m* T: t# y- @
7 `: d5 j9 ]- C
) P5 {+ m) V! @, [: g$ H
' [5 ^. B( M+ \7 B- K/ Z
) v8 h& n8 w' D; ]" {
! Z5 n$ g/ Q0 P/ f0 y' G& ^2 k
; ]6 Q$ d ?) n% E: `& X5 E" D
X0 ?. U9 z& u- \3 @% l+ V
$ J6 B# N4 z6 _
: \& j- Z" j4 _2 {' {+ c7 W
7 K( Q& \! A. S4 h$ ^4 q
4 _$ e2 r, A9 C- t5 P