物理海洋復(fù)習(xí)提綱

1、 物理海洋學(xué)復(fù)習(xí)提綱 （2012年12月） 第四章 基本方程1、作用于海水微團(tuán)的真實(shí)力有哪些？答：地球引力，壓強(qiáng)梯度力，摩擦力，天體引力（包括月球引力和太陽引力）2、基本方程由哪幾個守恒定律推導(dǎo)而來？有幾種方程組成？答：3 邊界條件出現(xiàn)的物理原因？答：海洋是有邊界的，它與大氣、海底和海岸線之間存在著不連續(xù)界面。而這種不連續(xù)界面基于連續(xù)性的海水運(yùn)動基本方程組不能應(yīng)用，必須用邊界條件來代替。4、基本方程及邊界條件為什么要進(jìn)行時間平均？答：通常情況下，海水運(yùn)動處于湍流狀態(tài)。處于湍流運(yùn)動狀態(tài)的流體質(zhì)點(diǎn)其運(yùn)動軌道是無序的、隨機(jī)的。各質(zhì)點(diǎn)之間存在著不連續(xù)的相對運(yùn)動，這種運(yùn)動被稱為脈沖運(yùn)動。這種運(yùn)動分析起來

2、很困難，通過時間平均，可以將海水運(yùn)動中的脈動特征分離掉，從而更利于體現(xiàn)海水運(yùn)動的整體規(guī)律。5、準(zhǔn)靜力近似、f平面近似、平面近似和Boussinesq近似的概念。答：準(zhǔn)靜力近似：靜力方程，其中為海面氣壓，為點(diǎn)以上單位底面積水柱的重量。任意點(diǎn)壓強(qiáng)等于海面大氣壓強(qiáng)與該點(diǎn)以上水柱重量之和，這就是準(zhǔn)靜力近似又叫靜壓假設(shè)。平面近似：在大尺度運(yùn)動中，為了理論上研究方便，在不影響海水運(yùn)動主要特征的情況下，常常取，即認(rèn)為海水運(yùn)動發(fā)生在科氏力參量為常數(shù)的平面上，該平面叫做平面，在該平面上研究海水運(yùn)動稱為平面近似。平面近似：科氏參數(shù)是緯度的非線性函數(shù)，近似地將表示為的線性函數(shù)，這種近似稱為平面近似。Bounssin

3、esq近似：在海水運(yùn)動基本方程組中，近似認(rèn)為海水是不可壓縮的，以體積連續(xù)方程來買描述海水的連續(xù)性。微小密度擾動僅在方向的運(yùn)動方程中對浮力項(xiàng)有意義，其與方程中均以代替。這種近似叫做Bounssinesq近似。 第五章 海流1 海流、地轉(zhuǎn)流、慣性流的定義。答：海流：海水沿一定途徑相對穩(wěn)定的大規(guī)模流動。地轉(zhuǎn)流：大尺度海水在壓強(qiáng)梯度力和力平衡下的流動。這種流動基本上是近似水平的，也可近似認(rèn)為是定常的。慣性流：風(fēng)力維持的漂流流出風(fēng)力強(qiáng)制作用區(qū)域，變?yōu)樽杂闪鲃?。其運(yùn)動的前支持度遠(yuǎn)小于水平尺度，在不考慮摩擦力作用的情況向，僅受力作用。其表達(dá)式為2 梯度流的定義，表達(dá)式和特性。答：梯度流：非均勻密度場中大尺度

4、海水在壓強(qiáng)梯度力和科氏力平衡下的地轉(zhuǎn)流稱為梯度流。這種流動基本上是近水平的，可近似認(rèn)為是定常的。其表達(dá)式為。特征：a 梯度流垂直分量為0，運(yùn)動可視為水平b 水平流速與壓強(qiáng)梯度垂直，梯度流沿等壓線方向流動，背梯度流高壓在右c 梯度流沿等溫線、等密度線、等鹽度線方向流動，流動方向右邊溫度高、密度小、鹽度低。（密度與溫度成反比，與鹽度成正比）3 傾斜流的定義，表達(dá)式和特性。答：海水密度分布均勻，但海面傾斜, 造成不均勻的水壓力場,在這種壓力作用時所產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)流稱為傾斜流。其表達(dá)式為特征：a 準(zhǔn)水平b 傾斜流沿等水位線流動，傾斜流右方為高水位c 傾斜流從海面到海底的整個水柱有相同的速度；均勻海洋中的海

5、面坡度可作為傾斜流大小的度量。4 Ekman 漂流和特征；Ekman 螺線；Ekman層。Ekman漂流：無限深海中，海底摩擦不起作用。同時，不考慮水平壓強(qiáng)梯度力，方程組中為垂直湍流摩擦力與力相平衡?？刂品匠探M，Z軸向下，風(fēng)僅沿y方向作用，且為恒速即，邊界條件，。引進(jìn)復(fù)數(shù)形式，則運(yùn)動方程可以合寫成，其中，兩邊同乘得：。根據(jù)新方程，新邊界條件：，得出一般解。用海底邊界條件得出：。利用海面邊界條件得出，帶入一般解表達(dá)式得：?，F(xiàn)引入漂流深度，且，則式可寫為，把速度表達(dá)式寫成如下分量形式：，得到無限深海Ekman漂流的速度表達(dá)式。Ekman漂流特征：帶入邊界條件得，在海面z=0處的漂流為，其大小為，方

6、向?yàn)?；在任意深度Z處的漂流大小為隨深度呈指數(shù)遞減，方向?yàn)殡S深度增加向右偏，偏轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)由不斷減小。Ekman螺線（Ekman Spiral）：相應(yīng)于Ekman漂流隨深度的變化，漂流矢量端點(diǎn)的連線所構(gòu)成的曲線為Ekman 螺線。在北半球，漂流隨深度向右偏；在南半球，漂流隨深度向左偏。Ekman邊界層（Ekman Layer）：在Ekman層中，漂流受切變應(yīng)力的湍流摩擦的直接影響及地轉(zhuǎn)偏向力的影響。其厚度D隨緯度變化。D 反比于緯度 。Ekman 層是在深海大洋中很薄的一個上層。5有哪幾種主要的升降流？沿岸升降流是怎樣產(chǎn)生的？赤道升降流是怎樣產(chǎn)生的？答：沿岸升降流、赤道升降流、南大洋升降流。沿岸升降

7、流：當(dāng)風(fēng)沿岸近于平行地吹，導(dǎo)致的EKman質(zhì)量傳輸是指向離岸的。這樣上層海水做離岸運(yùn)動，根據(jù)海水質(zhì)量連續(xù)，將迫使下層海水上升補(bǔ)償。赤道升降流：赤道無風(fēng)帶處在附近，故赤道處受南半球的東南信風(fēng)帶控制。在北半球，信風(fēng)引起的EKman質(zhì)量輸送向北，在南半球向南。故赤道處上層海水輻散，根據(jù)海水質(zhì)量連續(xù)，下層海水會被迫抬升補(bǔ)償。6兩條著名的風(fēng)生大洋環(huán)流的名稱，位置和基本特征。答：黑潮：位于太平洋西部海域，發(fā)源于北赤道，經(jīng)菲律賓、中國臺灣東部，進(jìn)入東海，經(jīng)琉球群島沿日本列島南部流去，結(jié)束于。基本特征：最窄處，厚度最大，強(qiáng)流達(dá)，流量可達(dá)。灣流：佛羅里達(dá)流經(jīng)佛羅里達(dá)海峽進(jìn)入大西洋后與安地列斯流匯合處視為灣流的起

8、點(diǎn)。伺候，它沿北美陸坡北上，約經(jīng)，到哈特拉斯角（附近）又離岸向東，指導(dǎo)附近的格蘭德灘以南，海流都保持在比較狹窄的水帶，行程約，此段稱為灣流，亦稱墨西哥灣暖流，是世界上第一大海洋暖流?；咎卣鳎鹤钫?00-150公里，厚度最大達(dá)4000米，強(qiáng)流可達(dá)250厘米/秒，流量可大到7熱鹽環(huán)流的重要性是什么？什么是熱鹽環(huán)流？答：因海水受熱、冷卻引起的密度分布不均勻所產(chǎn)生的流動。海洋的下層以熱鹽環(huán)流為主。熱鹽環(huán)流不僅只攜帶熱量和鹽分，還有其他成分如氧氣、二氧化碳等。 熱鹽環(huán)流所具有的特征即，深層冷海水和表層暖海水的對比等確定了海水的層結(jié)。 這種層結(jié)強(qiáng)烈影響著海洋的動力性。深水部分的體積遠(yuǎn)大于潛水部分的體積

9、。盡管深水流動速度小，但它的運(yùn)輸量與表層運(yùn)輸量相當(dāng)。 由熱鹽環(huán)流攜帶的熱通量影響著地球熱收支，也影響著地球的氣候。第六章 海浪1、線性波動理論的四個假定及其意義,以及局限性。答：四個假設(shè)：a 認(rèn)為海水均質(zhì)不可壓縮；b 短周期小尺度波動，可以忽略科氏力影響并不考慮湍流影響，重力為唯一外力；c 波動振幅相對于波長很??；d 研究水域廣闊等深。（注：無旋運(yùn)動是通過前兩個假設(shè)得到的小尺度基本方程通過環(huán)流定理和斯托克斯定理證明得到的?。┖Ｋ豢蓧嚎s即考慮了密度為定常，連續(xù)方程可以改寫為的形式。短周期小尺度運(yùn)動的假設(shè)使得考慮線性波動的時候可以2、線性波動中水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動特點(diǎn)，水深的影響及線性波動的能量特征。答：

10、水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動特點(diǎn)假定波動振幅遠(yuǎn)小于其波長且，簡單波動為前進(jìn)波，同時認(rèn)為波場中相關(guān)物理量也具有這一特性，推得二維線性波動中的水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為該式表明：二維線性波動水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為橢圓，其水平軸和鉛直軸隨著離開自由海面向下逐漸減小，于水底處，鉛直軸變?yōu)榱?，質(zhì)點(diǎn)只作水平運(yùn)動。水深對線性波動的影響深水時，則。得到新的相關(guān)解頻散關(guān)系，波速，自由海面高度，速度勢，壓強(qiáng)分布，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度，運(yùn)動軌跡。可見，深水時的線性波動有以下特點(diǎn)：a波速與水深無關(guān)，只與波動性質(zhì)有關(guān)。b指點(diǎn)運(yùn)動軌跡為一圓，其半徑歲深度增加而減小。c當(dāng)達(dá)到很大深度的時候，運(yùn)動消失。淺水時，則，得到新的相關(guān)解頻散關(guān)系，波速，自由海面高度，速度

11、勢，壓強(qiáng)分布，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡可見，淺水時線性波動有以下特點(diǎn)：a波速只與水深有關(guān)，而與波動性質(zhì)無關(guān)b壓強(qiáng)分布為靜壓分布c質(zhì)點(diǎn)的鉛直速度遠(yuǎn)小于水平速度d質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一個橢圓，水平軸不隨深度變化，而鉛直軸小且隨深度而變能量傳播特征a對于簡單波動而言，動能和勢能相等，為總能量的一半。b對于淺水，平均能流在數(shù)值上等于單位表面面積水柱內(nèi)的總能量乘以波速，而在深水中則乘以波速的一半。3、駐波及波群的特性。駐波和群波怎樣由簡單波動合成？答：駐波的性質(zhì)：駐波中的流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡是一段直線。不同平衡位置的質(zhì)點(diǎn)，振動方向不同，質(zhì)點(diǎn)沿水平方向振動；在腹點(diǎn)處，質(zhì)點(diǎn)幾乎沿鉛直方向振動。隨著離開表面向下的距離增加

12、，水質(zhì)點(diǎn)的振動的振幅迅速減小。波群：波群波長大于個別波波長個別波波長越近，波群波長越長。個別波的波速大于等于波群速度，個別波從波群后面向前傳播。駐波合成：兩個振幅、頻率和傳播速度相等、傳播方向相反的簡單波動可以合成駐波。波群：許多振幅相同，周期和波長不同但很近似的簡單波動沿同一方向傳播時，就會形成波群。4、波群、包絡(luò)線和群速度的概念。波群：在實(shí)際的海洋中，大的波浪常一群一群地出現(xiàn)，這種現(xiàn)象叫波群。包絡(luò)線：波群中最大振幅的連線群速度：波包移動的速度，表示能量傳播的速度5、在淺水區(qū)，波動的折射現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？答：淺水區(qū)域，波速由水深決定（c2=gd），水深的變化會導(dǎo)致波速的變化，那么同一波峰線上

13、不同地點(diǎn)的波速就可能不同，這樣就會引起波峰線彎曲，從而引起波向的變化。這種由于深度的變化而引起的波向變化的現(xiàn)象，稱為波動的折射。6、波動繞射的概念。答：波動在傳播過程中，繞過障礙物傳播到掩護(hù)區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)象稱為波動的繞射。7 根據(jù)三階Stokes波的波剖面表達(dá)式，給出波峰和波谷的高度及所處位置，以及水質(zhì)點(diǎn)振動的中心。答：三階Stokes波波剖面公式：波峰高度：即時，波谷高度：即，因此表面水質(zhì)點(diǎn)的振動中心8、解釋孤立波的定義.答：是橢圓余弦波的一種特殊情況，是波長趨于無限的橢圓余弦波。波浪在淺水區(qū)，波峰變的越來越陡，波谷越來越平，最后波長逐漸趨于無窮大，于是這種波浪可以看作一系列的孤立波。9、什么是

14、隨機(jī)海浪過程的平穩(wěn)性和各態(tài)歷經(jīng)性？對討論海浪的統(tǒng)計性質(zhì)有何意義？ 平穩(wěn)性：某隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望為常值 協(xié)方差只是與時間間隔有關(guān)，即 則該隨即過程為平穩(wěn)隨機(jī)過程。平穩(wěn)隨機(jī)過程的特點(diǎn)：過程的統(tǒng)計特性不隨時間變化。是的對波浪的統(tǒng)計研究不受到時間起點(diǎn)的影響。各態(tài)歷經(jīng)性：如果當(dāng)時，該平穩(wěn)過程具有各態(tài)歷經(jīng)性性。平穩(wěn)隨機(jī)過程各態(tài)歷經(jīng)性的特點(diǎn)：一個充分長時間的樣本（一次現(xiàn)實(shí)）可代替總體。意義：海浪的觀測是困難的，通常只有幾個記錄。各態(tài)歷經(jīng)性保證了一次顯示可以代替總體，而平穩(wěn)性則保證了記錄時間的起點(diǎn)并不影響計算結(jié)果。這就大大減少了實(shí)際觀測中的困難和限制。10、簡述各種特征波高（5種）。平均波高：，大致反映海面波

15、高的平均狀態(tài)。還構(gòu)成其他特征波高的換算媒介。均方根波高：，反映海浪的平均能量。累積率波高：，在港口工程計算中，該波高反映某種給定波高值出現(xiàn)的可能性。部分大波平均波高：，在航行、港口設(shè)計中，該波高反映海浪的顯著部分。（前十分之一大波平均波高）。在工程中，稱為有效波高，具有有效波高的波稱為有效波，該波的周期稱為有效周期。最大波高：最大波高的最可能值，其中n為波的個數(shù)。11、能譜和方向譜的概念及物理意義。答：能譜：如果頻率近似連續(xù)分布，頻率區(qū)間總對應(yīng)一個組成方差的部分和，令，則稱為能譜。它是表征頻率區(qū)間所有正弦波動能量之和的平均值。物理意義：能譜描述了不同頻率波動所對應(yīng)的能量分布情形，描述了海浪的內(nèi)

16、部結(jié)構(gòu)。12、線形波動波數(shù)守恒方程的推導(dǎo)及其應(yīng)用。答：推導(dǎo)：線性波線性波表面位移的表達(dá)式位相函數(shù)為則波數(shù)和平率為滿足方程合成波合成波表面位移的近似表達(dá)式位相函數(shù)為則波數(shù)和頻率為滿足方程第七章 潮波1 請說出兩個主要的天體引潮力，四種潮汐類型和八個主要的分潮。答：天體引潮力：月球引潮力和太陽引潮力四種潮汐類型：半日潮、混合的不正規(guī)半日潮、混合的不正規(guī)全日潮、全日潮八個主要的分潮：太陰半日分潮（M2）、太陽半日分潮(S2)、太陰主要橢率半日分潮（N2）、太陰太陽赤緯半日分潮（K2）、太陰太陽赤緯全日分潮(K1)、太陰赤緯全日分潮(O1)、太陽赤緯全日分潮（P1）、太陰主要橢率全日分潮（Q1）主要分

17、潮振幅系數(shù)及周期表Tidal componentMean coefficientPeriod （solar hours）DescriptionNatureM20.9080912.42Principal lunarSemi-diumalS20.4224812.00Principal solarSemi-diumalN20.1738612.66Larger lunar ellipticSemi-diumalK20.1149811.97Luni-solarSemi-diumalK10.5301123.93Luni-solar diumalDiumalO10.3769425.82Principal l

18、unar diumalDiumalP10.1754324.07Principal lunar diumalDiumalQ10.0721726.87Lager lunar ellipticDiumal2 平衡潮理論（假定及論點(diǎn)）及其貢獻(xiàn)答:平衡潮理論有由Danel Bernoulli創(chuàng)建。前提：假定地球表面為等深海水所包圍，海水沒有粘性和慣性。不受地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力作用。平衡理論：某一瞬間，理想的地球表面的海水運(yùn)動引潮力的水平分量、重力、壓強(qiáng)梯度力做用的平衡。形成一種動態(tài)平衡的橢球海面，其長軸指向月球。而各力間的作用造成了潮汐的時空變化。橢球海面長軸地方的海面比原來高，而短軸地方的海面又較原來海

19、面低。由于地球自轉(zhuǎn)，一固定地點(diǎn)的海面便將發(fā)生周期性的漲退，形成潮汐。3 潮汐動力學(xué)理論的要點(diǎn)及與平衡潮理論的區(qū)別。答：應(yīng)用流體動力學(xué)方程，研究全球?yàn)楹Ｋ采w, 但水深隨緯度變化的大洋在天體引潮力，地轉(zhuǎn)偏向力，壓強(qiáng)梯度力作用下產(chǎn)生的強(qiáng)迫潮波，建立潮汐動力學(xué)理論。潮汐是在月球和太陽水平引潮力強(qiáng)迫作用下的一種潮波運(yùn)動，大洋海水受到水平引潮力場的作用發(fā)生流動，某處因水體的堆積而使海面上升，某處因水體流失而使水面下降，這樣一來，便在理想的“地球”上，形成了水波，其最高處為波峰，當(dāng)波峰到達(dá)時，便形成高潮；最低處為波谷，而當(dāng)波谷到達(dá)時發(fā)生低潮。因?yàn)樗且绷鏊a(chǎn)生的，所以叫做“潮波”。其三個要點(diǎn)為: 波動

20、的強(qiáng)迫震蕩和共振 , 地球旋轉(zhuǎn)效應(yīng)（潮流旋轉(zhuǎn)，無旋點(diǎn)）, 淺水區(qū)地形與摩擦力的影響（摩擦效應(yīng)，波動的變化，潮波余流） 應(yīng)用流體動力學(xué)方程組:區(qū)別：動力理論消除了靜力理論的主要缺點(diǎn)，即關(guān)于海洋表面在引潮力，壓強(qiáng)梯度力和重力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)這一假設(shè)。而對于潮波運(yùn)動的作用，除引潮力外，還有地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力。這是一種當(dāng)運(yùn)動發(fā)生以后才存在的力，運(yùn)動一旦停止，這兩個力也就消失。4 根據(jù)描述大尺度強(qiáng)迫潮波運(yùn)動的基本方程,說明各項(xiàng)的意義。答：1,5兩式代表了運(yùn)動速度局地變化項(xiàng)；2,6代表了方向和方向上科氏力作用項(xiàng)；4,8代表了天體引潮力的強(qiáng)迫作用項(xiàng)；3,7是壓強(qiáng)梯度力在經(jīng)緯向的分量，由于這兩項(xiàng)與潮高有關(guān)，

21、也代表了海水自身的響應(yīng)項(xiàng)；（即在天體引潮力強(qiáng)迫作用下的海水通過水位的變化和壓力梯度的重新分布體現(xiàn)對這種強(qiáng)迫作用的響應(yīng)，個人理解幫助記憶）9是水位局地變化項(xiàng)；10,11代表了水體的散度在經(jīng)緯向上的分量（水體的輻合堆積和輻散流失）；第三個方程即為連續(xù)方程5 寫出Ariy 的有界長渠潮波方程，并說明各項(xiàng)意義。1代表了運(yùn)動速度的局地變化項(xiàng)；2代表了海水響應(yīng)項(xiàng)；3代表了引潮力強(qiáng)迫項(xiàng)；4代表了水位的變化項(xiàng)；5代表了水體的輻合堆積和輻散流失；4,5組成了連續(xù)方程。6 用哪些波去描述大陸架水域的潮波？答：Kelvin 波：見第8題Sverdrup 波：時才存在，波的傳播速度大于是的長波波速，群速度小于是的長波

22、波群速。在開闊的海洋里，前進(jìn)潮波中的旋轉(zhuǎn)潮流是由于地轉(zhuǎn)偏向力作用的結(jié)果。Poincare 波：右界波，振幅沿方向（左）呈余弦形式，有多個節(jié)點(diǎn)；左界波，振幅沿方向（右）呈余弦形式，有多個節(jié)點(diǎn)。在海峽兩側(cè)同向而行，在同側(cè)相向傳播。7 什么是等振幅線，什么是同潮時線，什么是涌潮?答：等振幅線：把一個周期中振幅相等的地點(diǎn)連成的線同潮時線：在潮汐(或分潮)分布圖上，具有相同潮汐位相點(diǎn)的連線涌潮：潮波在淺水中傳播時，波坡面將發(fā)生變形。當(dāng)滿足一定條件時，波峰前面形成陡峭的水墻，產(chǎn)生不連續(xù)面。以不連續(xù)面的形式繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象稱為涌潮。8 陸架自由波中Kelvin波的表達(dá)式、特征，及其在海峽中的分布。答:Ke

23、lvin 波的特點(diǎn)：傳播方向的右邊必須有邊界，所以是右界波； 波動振幅是沿傳播方向的左邊衰減。又稱左減波。在海峽中的分布: 在無限長的等深海峽中存在沿相反方向傳播的兩個Kelvin 波。設(shè)x軸在海峽的中軸線上，兩波疊加之后可表為：得到等振幅線方程：constant取constant為0那么可以得到無潮點(diǎn)表達(dá)式則無潮點(diǎn)位于海峽中軸線上，相鄰兩個無潮點(diǎn)之間的距離為（半波長）。再令constant非零，并把坐標(biāo)原點(diǎn)移至無潮點(diǎn)出，并用新坐標(biāo)表示新舊坐標(biāo)關(guān)系換算式為：取時對應(yīng)的無潮點(diǎn)，等振幅線方程化為constant又則無潮點(diǎn)附近等振幅線方程為constant可見無潮點(diǎn)附近的等振幅線為一橢圓族當(dāng)橢圓長軸

24、位于軸上；橢圓長軸位于軸上。無潮點(diǎn)附近的同潮時線是一些直線，其中tc為一任意給定的值。tc增大，在北半球，f>0 ,直線以無潮點(diǎn)為中心，逆時針旋轉(zhuǎn)。在南半球，f<0, 直線做順時針旋轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)離無潮點(diǎn)，等振幅線形狀不再是橢圓，同潮時線不再是直線。9 矩形海灣中潮波系統(tǒng)由那些波動組成，形成哪些特征？答：(1) 寬度較窄的矩形海灣：形成駐波，產(chǎn)生共振。灣頂處的潮位可達(dá)灣 口處的幾倍。(2) 較大寬度的矩形海灣：潮波系統(tǒng)復(fù)雜第一部分波：沿正負(fù)x方向傳播的Kelvin 波，通過同潮圖看出其特征與兩個相反方向的Kelvin波在無現(xiàn)場還相中的疊加結(jié)果相似（見第8題）第二部分波：一系列Poincar

25、e波之和；沿x方向，從灣頂向?yàn)晨谝灾笖?shù)形式衰減的波動。從潮流橢圓圖上看出，潮流不再是往復(fù)流，而是在灣頂附近表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)流。在且離灣頂越遠(yuǎn)，潮流橢圓的短軸越短；離灣區(qū)中軸越遠(yuǎn)潮流橢圓短軸越短。(3) 較大寬度的矩形海灣：潮波系統(tǒng)復(fù)雜+線性摩擦項(xiàng)實(shí)際海灣的水深較淺，海底摩擦效應(yīng)需要考慮；基本方程加上線性摩擦項(xiàng)，無潮點(diǎn)向?yàn)稠斪蠓狡?。這是在摩擦影響下，反射波較弱而入射波較強(qiáng)的結(jié)果。(4) 較大寬度的矩形海灣：地形影響通過數(shù)值模擬半封閉矩形海區(qū)中四種不同地形情況下的M2旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，無潮點(diǎn)的位置受地形效應(yīng)影響明顯，受摩擦影響不大。第八章 內(nèi)波1內(nèi)波的定義答： 海洋內(nèi)波是發(fā)生在密度層化的海水內(nèi)部的一種

26、波動，其最大振幅出現(xiàn)在海洋內(nèi)部。2 內(nèi)波與表面波的區(qū)別。答：內(nèi)波和表面波都是界面波，它們沒有本質(zhì)的差別。表面波也是一種界面波，是發(fā)生在密度很小的空氣和密度很大的海水之間界面上的波動，也是一種內(nèi)波。只不過在研究表面波時往往忽略了空氣密度的影響。另一方面，自由海面的海水上升需要克服重力，因此振幅的升高受到限制。但海洋內(nèi)部的海水上升時，本身的重量大部分被浮力抵消，于是升高比較容易。對以相同能量產(chǎn)生的內(nèi)波和表面波，內(nèi)波的最大振幅要比表面波的最大振幅大得多。3 內(nèi)波的動力學(xué)作用答：（1）內(nèi)波能將能量和動量從含能量和動量較高的上層海洋傳入含能量和動量較低的深層，所以內(nèi)波是能量和動量垂向傳輸?shù)闹匾d體。（2

27、）內(nèi)波與其他大中尺度運(yùn)動過程間以及不同尺度內(nèi)波間的非線性相互作用，將能量從含能較高的大尺度運(yùn)動過程傳遞給含能較低的較小尺度運(yùn)動過程，再傳給更小尺度的運(yùn)動過程，直至成為湍流而耗散。（3）內(nèi)波引起和參與的混合過程是保持海洋層結(jié)狀態(tài)的關(guān)鍵因素（4）內(nèi)波反復(fù)地將海水由光照較弱的較深處抬升到光照較強(qiáng)的淺層，促進(jìn)了較深層的海洋生物的光合作用，提高了海洋初級生產(chǎn)力。由潮汐引起的內(nèi)波在陸架外緣等地形變化的海域形成上升流，將營養(yǎng)豐富的深層海水輸送到淺層，有利于生活在淺層的海洋生物的增強(qiáng)。（5）內(nèi)波引起的海水混合，尤其是穿過等密度面的混合，有利于物質(zhì)與熱量的輸送，從而對海洋環(huán)境和海洋生態(tài)保護(hù)發(fā)揮重要作用。（6）內(nèi)

28、波引起的等溫度面和等密度面的起伏會影響到海洋中聲信號的傳播速度與方向。從而降低了聲納的功能，增加了水下通訊和目標(biāo)探測的困難。（7）內(nèi)波會引起等密度面的快速（流速急）的大振幅上下起伏。如果有潛艇和魚雷等水下航行物體位于這種等密度面處，它們將隨等密度面上下運(yùn)動或快速上浮下沉，導(dǎo)致魚雷脫靶，潛艇難以操作。如有海上采油平臺，也會受到嚴(yán)重影響和損害。4 什么是浮頻率（Vaisala 頻率）答： 稱為Vaisala頻率，相當(dāng)于一種外強(qiáng)迫。5解釋海洋內(nèi)波導(dǎo)管，內(nèi)波沿內(nèi)波導(dǎo)管傳播的特征。答：假定內(nèi)波傳播在一個垂直平面內(nèi)，傳播方向?yàn)榉较颍駝臃较驗(yàn)榉较?。根?jù)，若，那么一確定頻率的波將在其傳播過程中不斷變化傳播方

29、向。當(dāng)波從較小值的水層向較大值的水層傳播時，波向與軸夾角由大變小，當(dāng)達(dá)到水層時，波向，波動不能在此層傳播，而被完全反射。在密躍層中，內(nèi)波以這種方式傳播，并在上下兩個水層上發(fā)生反射，從而這兩個水層之間就像形成了一個管子引導(dǎo)著內(nèi)波傳播，稱之為波導(dǎo)管。在該區(qū)域外，比振幅向自由海面和海底衰減。6 潮成內(nèi)波生成的三個必要條件及其與天文潮的區(qū)別。答：海洋中的潮汐，潮流運(yùn)動為潮成內(nèi)波提供了能源；海底地形的劇烈變化處是潮成內(nèi)波的擾動激發(fā)源；穩(wěn)定層化的海水是潮成內(nèi)波的載體，活動空間。能源、激發(fā)源和載體是潮成內(nèi)波生成的三個必要條件。區(qū)別：天文潮是一種表面波動，可通過儀器在海面上直接測量到。而內(nèi)潮的能量主要在海洋內(nèi)

30、部，要通過對海水溫、鹽流場的垂向結(jié)構(gòu)及時間變化進(jìn)行直接測量，才能得到內(nèi)潮強(qiáng)度參數(shù)。兩者在空間和時間尺度上也有差別：天文潮的水平波長通常是數(shù)千千米的量級，而內(nèi)潮波的波長只有幾百米或千米量級。天文潮的傳播速度遠(yuǎn)大于內(nèi)潮的傳播速度。天文潮的頻率集中在全日或半日潮的低頻時段，而內(nèi)潮在淺海的孤立波高頻部分顯著。關(guān)于出現(xiàn)的地域，天文潮可出現(xiàn)在不同的大洋及海岸，內(nèi)潮波在沒有密度層化的海域不會出現(xiàn)。天文潮屬表面波，其能量在水平方向傳播。在連續(xù)層化了的海洋中，內(nèi)潮波的能量沿射線傳輸，就是既在水平方向傳輸也在垂直方向傳輸。兩者生成的機(jī)制也不同：在大洋中，天文潮由天體引潮力直接強(qiáng)迫產(chǎn)生。在邊緣或附屬海中的天文潮主要受大洋潮波的驅(qū)使產(chǎn)生。 而大洋內(nèi)潮的產(chǎn)生機(jī)制還不清楚。在邊緣或附屬海中的內(nèi)潮，主要通過潮地作用機(jī)制產(chǎn)生。第九章 風(fēng)暴潮1風(fēng)暴潮的概念。答：風(fēng)暴潮：由強(qiáng)烈的大氣擾動引起的海面異常升高現(xiàn)象2 風(fēng)暴潮的分類及其特征。答：（1）不同類型的大氣擾動