南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
5 t2 N- w* x+ D- B: P9 I: O2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
# o+ h7 S# b. R& B4 ?. _- B, 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
& b! A" |3 L; U8 b: G% g7 i: d* m4 s系 专业 年级 班 学号 姓名 得分' ^- r0 O8 [9 |' b* I; e- S! m- ?
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
- N& B* W4 I5 E8 H" F- i1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
{5 i2 T7 }3 d9 ]5 m' Q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。' M* M% b/ D. a6 u3 A2 u
[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。]
2 |2 W" K$ m& Z9 I! B4 W2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
9 h1 `0 ^. J5 i7 x6 S* k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: N7 k m( F
3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。/ p6 F& |) ]/ i4 E9 E+ N
( Y! V1 t; H4 |
! l8 C+ E. Y) r1 ?9 O9 i答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
" Z( S3 |0 W* @6 U- d. h U- G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。
- [. M* _7 z$ w/ g& V$ `8 V! Q4、什么是Ekman 螺线？# g: @3 f- m- V# \; l
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
$ ^* s8 u: ~( P hE kman 螺线。
% U( ]; `. m$ p( Z# V, v( e; d4 q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。
( Z' m! w( W3 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。- o3 _& G$ k0 ~) A
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图
/ O& y: J2 g3 }) T4 J, Y, Q4 a中的同潮时线和等振幅线及无旋点。) _7 l1 H% N/ r5 N5 c$ }
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。
. T- z: _& S* K* }" h( X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
1 s' I6 P& [2 A( x6 s4 K6、解释波浪辐聚和辐散概念。
$ t: r8 S! L& O* K) F0 |: e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。$ m" u+ B" ~# i% b7 @; 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。; b, ]# N/ W) M; l3 z# r" c; ^/ ]
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
5 u+ E: w6 r; a6 w+ }' q5 U答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：1 P+ ?5 J5 j, S
（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。& U3 S4 t1 r7 J. S5 x* X( W
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。
" J: _+ _' N) k3 X/ U$ ~( B（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
" V3 K) i8 Q& ]/ D( H8、解释潮汐调和分析。
; I% H. f: O1 y& c% 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。
! P( j1 y' n7 q$ P- X二、问答题(共48分)% A) Z; L9 u/ N- s, \- 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？. f) F! L9 }$ ~/ Q, c* J, X
答：假定：9 ]# g0 r# ?1 f% W5 M0 A
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；
* f/ |8 b, d: }4 {+ k8 `③忽略地转偏向力和摩擦力。
4 D: p& O$ d* o" ~- a& m/ p8 N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。/ K7 P3 H- N$ E2 z5 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。5 K( ~$ q9 {3 N" g, B2 T [9 v
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.1 P4 w; [6 {3 d e
( S8 A4 ?: B7 M' U0 S5 v
# r% e3 [5 d8 J
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
# B( C6 S4 b I* F( j* k! ]8 B) ^3 H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。% w4 X' g% C! [! _$ I' x4 f I
/ f$ H N; K- ^5 O" [3 c Q/ G是
( V0 _) p, J7 ]0 V. g! S
' B+ A3 E0 i1 E是
) e: [' y1 M9 B5 u4 w: z: c. D
. y1 m, J( L. y, ?4 X) [是地转偏向力（科氏力）项
, P& D$ }3 I0 D5 P9 A" B
5 I! N9 A4 l; A8 m8 I0 `1 k# o% k是: z, Z- o9 a# ]# o" I, `
6 `( s |+ J% A& |) V8 ^$ a# _% q' T' [" E5 E* T+ Z3 l! |, ]
是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。
/ `7 \3 A& Z% {( ~7 e是散度在纬向和经向的部分
2 {3 W1 p* h7 C3 d1 |3、（8分）请解释潮汐动力学理论3 O8 [ p. v0 D4 M2 [, l, 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$ n1 [! k- _) R7 }3 C
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。
( W8 ?0 m8 o" R2 |7 k0 d
8 q ^1 x) J, Z0 Z' T/ Y) ^; T，说5 ~# {' t" ?" q1 A& ]2 g
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
: Q+ b( ^. `% 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
5 `+ h- a7 a. f1 j1 ?
; V4 |, r, v$ Y4 v6 Q4 L' ?于0 时，根据欧拉公式有： `6 |' a- p% C, f( \3 I5 q
是典型的波动表达式。因此有：" o; p5 p1 f8 O9 x+ R+ g
/ g7 j; d$ o& Y) W# ~6 \' u2 y/ d
面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
& R/ e! s& e* N. p) l5 }% e' h- [6 [( q+ X3 G W
振幅
. q9 V4 j) u4 s, c* q3 k& u6 \& v
=
9 t8 w' O7 T; x
4 L! l9 E: i% M* w+ W是
, }# d1 `$ D+ U; d. [6 J. @ H3 F9 m& U# \/ { E
# G. l& e+ Q, Z3 }0 @# N5、（83 a8 k* P% L- }
0 C1 L# s! p% o8 g9 \* r4 s分）利用风暴潮潮位公式 及下图' f& H8 X8 K) N2 O
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。' l6 C% X8 x, e. v
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中- q5 R U) p. Y/ M q. G
（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;, g1 k8 m3 C1 G8 u
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。& Z' ?# d- T2 ~/ z1 C, g6 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。
) {+ m3 F, J) z( r1 ^答：海水运动控制方程的向量形式为：/ }% Q( i0 H* f( w# W
3 r/ Q' u& t: D; ]- w! T
( v0 z3 t# U. I+ a# |$ E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。
; K- o. _; n1 S) f- [; l" O0 x- T三、概念分析解释（20分）4 }4 _. K& M" `% X
9 b* ~, s! X2 `1 I% K1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合- @( e5 h# q% ]; P( @$ z
) e4 p; i0 W; k. k8 e
0 I3 e0 n/ w V. _: w- L5 B，推导波数守恒方程。1 w$ l a! r) D7 h
9 k% y% _/ \8 {, }9 H( X
答：根据线性波表面位移的表达式' N N$ J- p4 r; Z0 K9 i; E; r5 l
) M0 l- {: n) W+ N% H3 [) P# _
得线性波表面位移位相函数为：: J4 F p$ @& d8 @
那么，波数和频率分别为：5 \5 V# B# s' i: I* U4 y
5 Y3 n" s5 z" i5 N3 M# l0 {1 |6 A则波数和频率满足方程：
) K( T+ t# B1 c/ b
" i: ^9 d5 k# s根据线性波表面位移的表达式：
! O) B) u4 \* }! k5 v; U3 a
" t& p$ D7 M, r! J得线性波表面位移位相函数为：8 k- X" e/ Y$ Y7 s
那么，波数和频率分别为：& G) q7 F2 z z& r
0 p+ B) P- ?& P/ i8 a则波数和频率满足方程：( W3 R" N6 U2 w7 Q
" `: R8 a2 i j$ x7 |+ I
可以得成立，称为波数守恒方程。
+ x/ m, R4 X, S 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。/ @$ d) O, C% f( U6 g6 }
" K: o5 f. ^8 } J; B8 t) h5 m- L* I* T$ }
3 s* H1 C$ F4 y) A0 |. I0 f2 I9 g+ D$ |5 K5 |0 A/ S
R* c+ H; M/ 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。 |
7 z9 R# s+ L) q+ K
; F+ m5 {7 |( X( x
( [1 f9 |6 {4 U; S+ r G
. ]6 J1 y3 b( d6 X
1 U9 X: r( T* u* o
3 _8 a0 b# q" [( Q
. t' ?! P4 Y4 i% f0 Z
: {* r2 X$ M2 s8 p6 z4 m) T9 V
+ h- Z, |& o& Z" A! j
: L& O$ ]6 m* I! S3 }4 B5 ^
m7 t/ u' F) N3 u/ L/ k
8 c8 `' M5 o% h1 ^' q. j
, F: {0 T* ^* K
