南京信息工程大学期末考试试卷（答案）
- }) R0 X0 s( p2007 － 2008 学年 第 1 学期物理海洋学 课程试卷( A 卷)
' Q6 |, z% b/ _; }6 t0 Y. ~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
/ h ~0 G- W2 x( ]3 R. o系 专业 年级 班 学号 姓名 得分
. B/ J9 z) E, q) ^% M% t( U7 [一、简答题 (每小题 4 分，共32分)
0 ^& H- b! b0 r, A" M, }* D1、平衡潮理论将实际潮波视为哪些分潮之和？
7 B$ e: x# F+ H3 t/ a$ g6 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。
" a \- F$ A, g7 ?/ k9 q[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。]/ r& p% T) x" k! t2 w3 Z4 ]5 M% J
2、海洋下层以什么环流为主，它主要携带的成分是什么？
! n3 l' v7 ~ Y% d5 p ~6 \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。
* F5 b% o' C- }4 N# x- @4 d F3、请根据图说明是何种类型的潮汐，为什么。6 g8 m ^$ g3 H( n7 ?
2 g& H2 V' ~8 W3 G* C
$ S( ]: Y6 q/ d* ]$ X答：左图是全日潮，右图是混合的不正规半日潮或全日潮。6 o# L+ ^7 ~1 K' ?
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 Y2 f ^+ q* h2 G; Q! P4 u; F' T4、什么是Ekman 螺线？
/ s; P) U: `- q2 q 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
' F" n8 I6 @% ~' v' Y6 cE kman 螺线。" l0 G" L/ S( Q4 B" 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。
* m) j2 `, S% 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。8 v6 Q9 Q: C# K
5、什么是等振幅线、同潮时线？指出右图5 M* C J$ A" x+ I; |
中的同潮时线和等振幅线及无旋点。& `% p* w- A# \
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。2 ?& z0 e$ n4 [( `- S9 A3 a& ^
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% `2 S6 R1 E4 ]0 d4 h5 S8 a
6、解释波浪辐聚和辐散概念。, U3 b: h+ `7 @0 L2 b) 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。- n) R: F! v4 j* o
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。
/ x9 W1 p' T; |" j( {7、简述大陆架风暴潮的三个阶段及其对应的波动名称。
/ i. ]1 b" y0 u7 r7 ~( y答：大陆架风暴潮可分为三个阶段：5 }/ P+ ]$ K' f/ i, e! y/ H
（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。3 i7 h4 s% b. k8 w8 z! p
（2）主振阶段：海面异常水位升高，这个阶段波动称为强迫波。) S) U: z4 I& r) ~8 i; `1 ]
（3）余振阶段：海面相当显著升高，这个阶段波动称为边缘波。
+ g7 n/ O- `$ s# K5 X8、解释潮汐调和分析。
# `, z5 h9 }* _) c: ` 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。3 ]$ D+ J* h- M; ^. D3 h; e
二、问答题(共48分)
/ D0 C2 a& I: p* c# O1、（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？
* g7 P- _) \" V0 Q8 G% \" ?答：假定：
2 l4 Z" f/ S; ]% S①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；
* q$ Y! H( J* t③忽略地转偏向力和摩擦力。' I. A# ?2 g3 J- j$ K" W( W3 a
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。
' }: C( P( u- U3 ^2 A5 ^& x$ c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。: f. O8 r. `; W$ w8 D: B
2、（8分）写出下列方程组的名称并说明各项的意义.
D, \; c0 r( l) {# y) Y* n# p5 v1 ?! ~, @
$ N3 B, P- p1 C0 a8 s$ R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
0 Z/ G1 O/ C0 Q. _9 O8 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。
/ T! \3 f* X% Y6 q2 K) w- [. G. I
是; X9 m& ]( \8 B) M9 T, s0 F1 _- y8 l; }
% c1 k, h- X c( V/ A M9 a
是1 m' A N; S$ p! L
7 `3 d4 S& X" }( d" ~是地转偏向力（科氏力）项
+ z' D l* @+ h1 L) c0 E* V
; ?4 S; E" g1 G3 V5 m4 Q是
6 f) S6 t" h8 \( r: T
; k( J6 U- s: _
' K b; j; ?/ C3 `. F* T是天体引潮力强迫项在纬向和经向的分量。 _# S: R+ o6 T: U) U \
是散度在纬向和经向的部分
" c6 p; d( ?" P' O3、（8分）请解释潮汐动力学理论
4 _% R% E$ U" o, y4 S8 s3 @+ u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9 |$ j* o, 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 K# n# ^: n7 l* P. g v; [" q
# f+ U0 j# L6 Y' Z; t7 P, ]
，说. V' W" w9 v! L$ }5 ^" b$ w
4、（8分） 在陆架自由波中Kelvin波的表达式为
* L5 n3 y% J% i/ I+ Y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
& G: e9 H" d/ ~$ n* ~' [! P; W, y c0 {. e$ _$ v# Z/ U+ N
于0 时，根据欧拉公式有：
- d( p3 [/ Y8 V, N. m8 E是典型的波动表达式。因此有：
, _; n) n5 N* {5 |/ Y7 L9 f
0 J p& y, |8 ^% G0 T 面向波动传播方向，X 轴是波动的右边界。当Y为无穷 时，
8 C% m" n T4 A# Z8 S7 r' F$ z: s$ w6 h. i6 m8 W
振幅
& F+ D# j% Z1 x) Z
' s* _& X6 u# J+ A8 y1 M=7 S6 J2 x* C" }+ O/ \; h
9 m4 L3 v6 D' I
是# m! }! ~" H+ ]6 G1 r
( T, |( {% |9 F2 `& M7 M
! Z8 a* g5 ?4 h; \' U
5、（8
# @$ y! ^/ ^( k4 p4 X9 R' ?8 Z( |6 W" D& m% G+ W9 i9 x
分）利用风暴潮潮位公式 及下图* f3 }- {. v% e, `7 v. N! F( l
说明狭长矩形浅水非等深封闭海域风暴潮特点。, v2 L/ I: ]8 {; [' Y1 \
答：狭长矩形浅水非等深封闭海域中6 v% N' d/ q" O6 {, N9 A" x
（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;
' m2 M' @" E' O1 ~7 t3 y( w（2）当阿法为0时，转化为平底情况。; u! E2 o, \. F& H3 p! t/ ^
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。( C# {# _) S8 u! e
答：海水运动控制方程的向量形式为：' ~: l, O. _2 [6 M8 W' z4 P
( {! K! j8 }6 A+ F( G% V+ B% c
4 e& _ W, R1 V/ k6 m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。. z* e* M) A& I' D
三、概念分析解释（20分）
3 R$ E$ b+ I: w" l$ ?+ G
6 ?9 P2 V( |! x0 ]* X Q; h$ c1、(10分）利用线性波表面位移的表达式和合
8 J. F& Q1 J2 ?& @
7 W" q, z2 T2 p. Z& N& {
. H) v% b P ? e+ I6 r* q，推导波数守恒方程。: K: v0 B' Z& E1 [' Y; u
* ], [3 H* t; J答：根据线性波表面位移的表达式
# C( p2 S1 A5 M3 }2 M, P0 S. b4 g, T: J/ r; _
得线性波表面位移位相函数为：
& {; v G5 H" ~; l2 \, Q M那么，波数和频率分别为：
/ b7 g+ d# C! n. J. s0 S9 i
; x% X) N" C6 v- f$ J, G, m则波数和频率满足方程：
! Q4 s4 n: }* S; C z
5 K P7 ~! U z9 Z* a! H8 y根据线性波表面位移的表达式：
: c7 T* Z$ q0 {* T2 l- M# D0 J; ]7 x" c: ?5 l2 ?6 B
得线性波表面位移位相函数为：
( n; a+ t$ K" J1 O I* n那么，波数和频率分别为：, i% r' Y( \# h7 y; M: r' V. f2 K2 i
8 ?2 W& {4 T1 u& R4 O3 }; M8 g- `6 X则波数和频率满足方程：3 M2 \& J4 x+ r0 ^/ i q7 U0 y" m
/ }( i9 ?+ Q4 e, @1 l4 y可以得成立，称为波数守恒方程。
, F. P2 ]$ R& H! ` 2、(10分）请根据图示及公式解释海洋内波导管。7 E% N( F0 M9 E. F# X% l
, j6 e- F r# U! g
$ N- H) @0 }; A4 ]1 K
7 X- L- G! g9 d
1 ~% \0 g# L0 b% a- [: j) [1 R! e/ Z& G
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。 |
q% v) T1 J: W+ ]6 l3 D H4 s
) l4 E, \7 O5 c- N0 \. Y1 b5 u% x
3 E r( T. {, R' `/ E
/ }# c, l) z% W$ H
- o5 B" a( Y. t: ^" j
: A$ _- N) l1 k4 i2 y9 N
9 i/ `% t3 y( G1 \: g. e
) W. R- v& C2 ^. ~: K
& I; Q/ {4 b" n$ k
/ O+ u0 y {7 f- v$ j3 `
( D; Z: K2 [: l- I! x7 S( T
' M; t1 \8 t; `0 o7 z
; {! t+ H. ?# J+ b; z9 H
1 ^) O8 V; ^' @8 ^1 j% ?" w
4 y8 e' i, h7 B p. X