南京信息工程大学期末考试试卷（答案）' u1 P! e2 w8 W s, W
2007 － 2008 学年 第 1 学期 物理海洋学 课程试卷( B 卷)
$ V3 F2 g, ]- H5 c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1 ^. o9 m6 }! }" g" p
系 专业 年级 班 学号 姓名 得分0 `9 R, |" p( ~* e# v: H! ]
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
0 h+ U/ E( g+ q. t% Y1、解释什么是内波6 G2 C% ~4 y/ h
答：海洋内波是发生在密度层化的海水内部的一种波动，其最大振幅出现在海洋内部。波动频率介于惯性频率和浮性频率之间。主要控制力是重力，浮力和地转科氏惯性力。所以内波也称为内重力波或内惯性重力波。. t* h0 r( l: ^
2、什么是梯度流？
* R4 F1 ^! Y- I) m ?7 {1 P: L u& I- a1 d; u0 R
7 t+ x9 F/ t0 D1 Q' N" J答：非均匀密度场中大尺度海水在压强梯度力和 Coriolis 力平衡下的地转流。这种流动基本上是近水平的，可近似认为是定常的。
( n" n9 B1 R4 G3、有哪四种潮汐类型，如何判断？4 y; S! n6 E0 D3 p9 d
答：（1）半日潮 ; 特征值小于0.25.& M4 p2 j, |5 o8 g* w5 m
(2) 混合的不正规半日潮; 特征值0.25-1.5$ A# V7 V- L v- {7 R6 z
(3) 混合的不正规全日潮; 特征值1.5-30，1 a! ^+ N. r0 M$ j- c9 e, T; {8 S, _
5 C$ ^- A) w; f8 ~8 W(4)
9 |6 P, x+ M) l) F t. @* ~特征值= ;全日分潮成分与半日分潮成分之比.$ p/ ~3 I! i# S9 o
(H： 分潮振幅；K1 太阴太阳合成全日分潮；O1 太阴全日分潮；) h6 ]( Y$ ^- x8 b; i* L8 V9 ]
M2 太阴半日潮；S2 太阳半日潮 ）/ P" K1 k% X" L: ]! K
4、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
8 {$ ?; d% L N% T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。7 e/ a! w( u# A" J a, a5 `! D
; e6 J! h9 k4 L" R5、
) b( u. b4 f+ C( v k答：N 为浮频率，显示了密度层化环境，密度随深度的变化的不均匀，造成了浮力。
: C6 A1 r+ m8 {6 F N* ^6、解释波浪折射和绕射概念。0 t- A' {; m/ J6 x! ^
答：由于深度的变化而引起的波向变化的现象，称为波动的折射。( `, ?9 N: N# S* k/ e4 k3 s
波动在传播过程中，绕过障碍物传播到掩护区域内的现象称为波动的绕射。8 V2 E R- {# m% m- ^
7、什么是潮汐调和分析？
0 |5 E* g8 ^! P z2 o( ~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。8 e6 I. a1 W# k; K- G2 v% a4 H9 l, t
8.简述能谱的含义。0 P" r% K; e* @: |4 Z6 X8 T* s0 o
答： 能谱表征频率区间内所有正弦波动能量之和的平均值的大小。能谱描述了不同频率波动所对应的能量分布情形，描述了海浪的内部结构。/ p5 C, H* `6 }& l2 Z( X
二、问答题（共48分）5 x8 E" ^- m8 e/ r5 e" l
1、（8分）说明内波与表面波的区别。5 V3 S& R. v, Q! I% g S
答：内波和表面波都是界面波，它们没有本质的差别。表面波也是一种界面波，是发生在密度很小的空气和密度很大的海水之间界面上的波动，也是一种内波。
( T1 w- _& V1 x0 M0 w/ o3 ]" V
2 ] i& o- s' n$ q) G7 T0 N' M5 Y自8 S' A# U% p+ Z4 T
2、（8分）潮成内波生成的三个必要条件是什么？
" p- N+ K# L3 M c答：海洋中的潮汐和潮流运动为潮成内波提供了能源。8 ^$ v7 K9 M* v
海底地形的剧烈变化处是潮成内波的扰动激发源。- v$ q- N, X1 J0 {& N
稳定层化的海水是潮成内波的载体，活动空间。
/ Q# O: h& J3 k" ]6 W# c& F能源，激发源和载体是潮成内波生成的三个必要条件。
- Q6 |7 [6 V1 _- j ^5 r4 w7 D" V3、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义
: J* N% K8 d4 M$ s% c. N
# ~, n5 P, F3 F, L. r6 s
: j7 b& m* i) d* c答：第一个方程是水平运动方程在纬向的分量方程。
- Z) h5 L' f% y$ C第二个方程是连续方程。: d }$ h- S2 K5 ] M
7 F( v* p/ H) L4 V6 `4 @; x* R" O. Z Z2 _% E U+ ^
) v6 T) h2 p1 M) l& A& j+ k水8 T7 r$ [ o0 n3 H
压强梯度力 天体引潮力是震荡强迫项& G' i1 |; J- ^% j8 X4 M( Z% C
) s/ Y% |3 R9 c% \& Q" a/ v散度水平分量
4 S ^# W" h y- A) O4、（8分）说明海峡中潮波系统由那些波动组成，形成何种特征？) f' V" }/ q9 S J
答：海峡中的潮波系统包括：沿正负x（海峡）方向传播的Kelvin 波、一系列的$ b7 b$ `8 W) d, G- S
4 @" U/ d$ b+ O2 X% {! X6 |
5、（8分）利用狭长矩形浅水等深封闭海域风暴潮潮位公式：
( j7 ^3 K% ]2 J5 L# H- B, N6 Z答：狭长矩形浅水等深封闭海域中
/ t8 ~# I# G3 R) _（1）风暴潮水位为线性分布，迎风岸的风暴潮潮位最高（x=L），背风岸风潮潮位最低（x=0），在中点处水位为0；
7 D ]; G! j8 V. a, _/ s) t（2）风暴潮潮位于水深成反比，与风应力成正比。 \: f/ \7 f8 u/ @/ e5 |
6、（8分）说明下列方程组的名称及方程组中各方程的含义。' ~% G1 c5 F2 D4 k; E* J
9 H& g; U1 i4 X+ c& T9 g/ Z* Z" e2 B# x0 m4 V3 P
答：该方程组为海水层流运动基本方程组。方程中按顺序分别为：运动方程，体积连续方程，盐量扩散方程、热传导方程，海水状态方程。8 G- X2 r& P' s- u' D% s/ i
四、概念分析解释（20分）
+ Y9 A2 F, B% k' C6 i; M* y! k! a
1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
& G! h& u% e1 h; U9 b9 E/ q1 N+ m/ z
9 w3 F5 q5 X+ E# U; y; Z( _, C5 M. k/ E2 w( |: a( V/ W1 C# d8 X% u
，推导波数守恒方程。5 t$ |) O0 m: i
1 g' k0 h. C- I
答：根据线性波表面位移的表达式
2 x' r" y8 a* `% s+ C5 w5 J9 G. g/ R
, D, t$ w$ A* m' U! W; R- D3 r得线性波表面位移位相函数为：
7 M7 I- _' W1 n; J- H- e5 c那么，波数和频率分别为：" e& x8 e) E q5 |* a8 Y: K
' V/ h( i2 c/ ?8 F& A) k
则波数和频率满足方5 R$ N% F O) n: ~% |4 T
程：
2 ]! m: E8 ~( r
5 d f; A' i* w ?4 O1 g
( ]6 T; F& q) @0 M+ @. Q0 x根据线性波表面位移的表达式：
. k/ }1 Z* u- t: g' W( n2 g
6 f2 j$ f* h7 U7 l) q0 ^得线性波表面位移位相函数为： 那么，波数和频率分别为：) n/ F. x6 L( m5 v; w* Q) i- b9 F4 L
则波数和频率满足方程：
* E* p. F5 q$ ~2 e/ ]8 y: q
" M: F" U; O1 M4 M0 a1 ~" t/ N2 ?& Z) K- R. j V
+ n4 L0 \, [& A5 g, {0 L: Q9 b3 O
/ N: i: N" o( M9 r可以得成立，称为波数守恒方程。
6 K- K5 I; [% _( ?' T说明陆架自由波Kelvin 波是如何构成如图所示的海峡中的潮波分布特征的。* i S! S: J6 G k6 J* t2 c
答：实线是同潮时线，虚线是等振幅线，原点是无潮点。
1 v5 I1 ~% ~8 X4 y+ E, m线减弱。这样两波汇合，在海峡中线形成了无潮点。潮波绕无潮点旋转传播。 附件1 错误！文档中没有指定样式的文字。-1
6 m( a0 R0 w3 Z& _$ l2 （10分）根据图示指出同潮时线、等振幅线及无潮点， 当两个Kelvin 波沿海峡两岸相向传播，它们是右界波，左减波，即波振幅沿传播方向左减---向海峡中 |
& s9 z' V# F& U) b- R4 u
5 G4 M U) q6 l+ X1 F( g, S
7 [) K \. W a- Y- h" |# i
9 Y0 A/ N0 P9 Z
/ y/ n: B. \2 E' U- [
* `# b* T) [6 g, u0 [* V! q
! M. x9 M" `. u; I' q" X
* I ~% r. {6 ]: k
1 r4 V% P; k& z9 |$ H7 E2 O
5 v5 }0 a! B; o: x* s u
/ u, r1 ]+ u; @' J6 a7 P2 b
! W( s6 J4 y2 J" s
0 |5 S& t* f! A, E. f
[, Z/ P* f/ c2 ]- `8 t