南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
, }* K0 b \( Z2 N9 G2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)4 w- E' s1 G, ]( p' I: m
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
2 U* Q H3 A8 C- I系 专业 年级 班 学号 姓名 得分4 d) w" T& g* n7 b/ w3 z
一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
. m' Q" L& g; `% z8 d- j# R$ V* h5 K1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？5 i9 }5 y c3 r/ H9 a
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。
. A2 G! v* _9 t: d[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。]
, L) w8 T2 Y! v* O; A! s4 J0 g% r2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
9 d& T" G6 l7 M- D: o c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。
" V4 C0 D( ^+ \3 ~$ l/ s7 n, T3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。
0 Z% t, x' `# T8 V; H& I6 M5 c. o
- l6 `2 @+ _& ~" T. N! n/ p- T9 I# H1 K6 A9 X" v9 J3 ]
答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。
2 ?& V. S, k# |" \- ^; P: w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。
0 ]. X/ T& d, y4 F8 F% _! g1 Q8 r( \4、什么是Ekman 螺线？
0 F- d$ z4 u9 j9 f G% M 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! y. k5 @1 z6 L- b! u1 D) E( i
E kman 螺线。4 P) I" n9 D# s8 E; U
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。
6 X' i8 E! L) X+ `0 h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。) U3 }2 A" K( @2 g
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图3 o/ g3 M7 g! N/ L/ F8 `2 u! c3 r
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。. s! D: ^4 t' O9 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。3 ^: Z/ D1 u6 @0 [
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
, ? C* R& y1 S" }0 K6、解释波浪辐聚和辐散概念。5 T6 o& g U+ S! _( Y9 Q) [ S
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。
& {" j' O' k& \- s5 i0 H4 R& d1 i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。- N. o0 V3 g: E" k6 F% d
7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。) w8 g) b& M4 v/ A+ y4 J
答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：
2 @$ O. o" \6 J. 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。
/ O7 R6 G: b1 B4 ?6 H（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。9 ^% f+ ?& M" x
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
. b$ Q! e7 M. `: w& m; @7 c8、解释潮汐调和分析。! T: A- |, U5 H) l' Q9 Z+ z @
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 b7 R: T, D4 i: c
二、问答题(共48分)7 q# G# E# b+ s
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？) N( ~: C: X7 j& l7 ~; ^+ k
答：假定：
0 \- s" O4 W5 v①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；
3 O* y2 p, \" z③忽略地转偏向力和摩擦力。
" z! O: H) `( }$ z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。
8 g( _/ a4 s. o' _ A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。
: v& [! {# X6 h5 ]2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.- r3 q6 @8 i M. Y9 k
2 [2 g: B: A% y& @8 Q$ U
7 ]6 o" ^0 B# _( p Q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6 ~+ A6 J% Y3 C/ S7 J, R/ B/ 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。
6 L2 r0 j7 |# {8 U7 M2 n% L/ \; T+ C/ V" I- h: h9 T
是) F+ Y0 t9 z* p9 Q- G+ {$ ~' |
1 @0 L3 z2 A5 W
是
$ e! I" \3 x& T# B
& U; `) n' n* o; \6 e是地转偏向力（科氏力）项
, C. V, N2 Z4 l+ x" ` w$ F7 L( c
& V g6 _% Y" ^5 J3 h是% b. u3 S ~! r2 o Y$ G
2 R7 V- ~9 C( q0 P' s
9 s/ N- ?0 M* o$ Y$ V! h是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。/ J1 }. c3 `3 ?
是散度在纬向和经向的部分/ s. A( n0 F& ?( K5 C# Y+ _7 s
3、（8分）请解释潮汐动力学理论
* R( }; B9 S5 a( B. J. L: _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4 C$ { Y7 A$ \* a8 G
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 q; x( H- k6 ~6 x4 F4 G _* E: \- m' e- p; d
，说
9 c% P6 ?, N$ E$ y* u9 E4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为4 C, G: u$ N( h# A# X$ [2 [
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
* f9 R: E9 p) y3 a+ |/ M5 a) a2 h3 ^7 M+ x) S9 F1 P
于0 时，根据欧拉公式有：
' y$ S. E8 N# P1 C* {: g" i; f# x是典型的波动表达式。因此有：: a* A' { X& s
+ U7 P5 J @# u1 F5 K' @ 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
5 d4 e5 J3 b$ h j; M4 }3 [# w4 ?' n6 h4 ^; ^+ f/ j; M: m: g
振幅
9 u# t% d6 P3 o8 @4 Q, F8 r9 h( u0 U
=
, h9 I7 \0 K5 f: w# f2 n9 A5 x4 D6 }* d- ^' `
是
1 Z y7 X6 O; @" ^) J2 `! J" L6 s* G8 b: ^* E9 W
6 v% b4 Y# O) S; m& J/ K5、（84 a- n; _9 R: S3 q1 _* |" ~/ h
R0 n' I& P" I" g) k' z( y) C/ w
分）利用风暴潮潮位公式 及下图
$ b3 m1 a' M$ P3 }/ R说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。 x: f- @' i5 Y/ W
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中
8 l$ W- ?7 k0 ^9 y+ ~4 {: \8 o（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;$ k$ T/ f0 o4 ~
（2）当阿法为0时，转化为平底情况。 v3 g3 h% j) [1 I/ l
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。
6 d, Y' Q U; C) u5 M答：海水运动控制方程的向量形式为：
4 p4 c: ]) k& A, p+ e
3 }0 D$ T. q% T7 L! g( [9 o& S; d+ X# 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。6 G% ]% k+ F8 s# ?9 a/ H3 e* G; T, \* c
三、概念分析解释（20分）
. N; `, w% S. L2 V9 t* I2 M
8 X6 Q' ?+ B9 u! ^3 j6 E1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合- o/ X1 @/ ^$ Q9 H" }. C
) _. x9 O/ e7 S% X3 B5 M' n. j6 `5 h. d) K( J8 ~* p
，推导波数守恒方程。; t- G' u2 K& f
0 ^* C: l$ F2 U6 m答：根据线性波表面位移的表达式" e/ s/ |! b& {
. w9 ~4 M0 M1 M% W
得线性波表面位移位相函数为：
2 D9 t( _1 V! y% o% B那么，波数和频率分别为：
0 Q, t9 v% e+ {8 }: D' Z* p, a2 j( C' S: l* {% H8 R/ G
则波数和频率满足方程：
' _$ C+ G" C3 l. l+ r0 F! F9 K( h1 x8 g* h5 U$ m- d, {
根据线性波表面位移的表达式：
& l% _" x2 J2 D8 E" g o# K" `" A8 `5 N) Z( ~
得线性波表面位移位相函数为：) q; M' O% I! h$ H: q$ K; X
那么，波数和频率分别为：7 E2 y8 H7 S P( S8 M* G& r
8 g9 [! U1 J3 O( ~( ^8 [" ^3 Y
则波数和频率满足方程：% m) n5 Q& ]0 |$ C% N) P( A
' d$ P2 l$ r( A2 {; L& C& R6 }2 \7 ~- Y可以得成立，称为波数守恒方程。
5 B a) ^! V* b6 r" v A 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。
x/ n( u7 W* ^0 P4 ]- x( z! X7 t& E; O, f0 @2 H# k
4 {$ X. c: J; Y4 M" Y$ E' X
: Y$ A% O6 x; \1 N5 I1 f
9 \( q1 x# |, q. D r" U" L+ K& p2 o) W- y9 @
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。 |
6 z/ J G' o1 n. t
* w. I ]1 S( t: A# ~7 ]
$ U0 E9 o" x* Y. d( F( T _
0 A8 l8 O9 O' y, J; c! O( i q
$ l, t8 W. q6 O) ~; {5 J
' q$ K4 n% [& `
* a. k' b2 \* \6 a8 g* s; _
: Z/ E9 i( |" B' K+ T( c9 P: y
9 a0 Y2 M& y; Q, f7 A
" b+ |- F9 s1 t$ n$ o( C' W
" }8 C2 Z4 k. @* K$ g& X t
, V/ U! v3 |! L+ M
6 n" m( l, s) \
4 q$ g V, e: b1 o# r5 D& d% X
5 K- U3 F* Z4 u& l
4 j- A T" \' R B& S1 P
. c. K1 k& M& w1 L5 s
+ W6 D7 o& Y7 u4 ~