物理海洋复习提纲 联系客服

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平衡潮理论有由Danel Bernoulli创建。

前提:假定地球表面为等深海水所包围,海水没有粘性和惯性。不受地转偏向力和摩擦力作用。

平衡理论:某一瞬间,理想的地球表面的海水运动引潮力的水平分量、重力、压强梯度力做用的平衡。形成一种动态平衡的椭球海面,其长轴指向月球。而各力间的作用造成了潮汐的时空变化。椭球海面长轴地方的海面比原来高,而短轴地方的海面又较原来海面低。由于地球自转,一固定地点的海面便将发生周期性的涨退,形成潮汐。

3 潮汐动力学理论的要点及与平衡潮理论的区别。

答:

应用流体动力学方程,研究全球为海水覆盖, 但水深随纬度变化的大洋在天体引潮力,地转偏向力,压强梯度力作用下产生的强迫潮波,建立潮汐动力学理论。

潮汐是在月球和太阳水平引潮力强迫作用下的一种潮波运动,大洋海水受到水平引潮力场的作用发生流动,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”。 其三个要点为:

① 波动的强迫震荡和共振 , ②地球旋转效应(潮流旋转,无旋点), ③ 浅水区地形与摩擦力的影响(摩擦效应,波动的变化,潮波余流) 应用流体动力学方程组:

区别:动力理论消除了静力理论的主要缺点,即关于海洋表面在引潮力,压强梯度力和重力作用下处于静止状态这一假设。而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。

4 根据描述大尺度强迫潮波运动的基本方程,说明各项的意义。 答:

??ug??1?????2?cos?v??asin???asin?????t?1234????v g??1??????2?cos?u?a??a????t6?578?1??hu?????[(?hvsin?)?]?0??tasin??????1011??91,5两式代表了运动速度局地变化项; 2,6代表了u方向和v方向上科氏力作用项; 4,8代表了天体引潮力的强迫作用项;

3,7是压强梯度力在经纬向的分量,由于这两项与潮高?有关,也代表了海水自身的响应项;(即在天体引潮力强迫作用下的海水通过水位的变化和压力梯度的重新分布体现对这种强迫作用的响应,个人理解帮助记忆) 9是水位局地变化项;

10,11代表了水体的散度在经纬向上的分量(水体的辐合堆积和辐散流失); 第三个方程即为连续方程

5 写出Ariy 的有界长渠潮波方程,并说明各项意义。

g??u????tasin??1????????1??tasin??5??4?(???)??23?hu??

1代表了运动速度的局地变化项; 2代表了海水响应项; 3代表了引潮力强迫项; 4代表了水位的变化项;

5代表了水体的辐合堆积和辐散流失; 4,5组成了连续方程。

6 用哪些波去描述大陆架水域的潮波?

答:

Kelvin 波:见第8题 Sverdrup 波:

?2?f2时才存在,波的传播速度大于f?0是的长波波速,群速度小于f?0是的长波波

群速。在开阔的海洋里,前进潮波中的旋转潮流是由于地转偏向力作用的结果。 Poincare 波:

右界波,振幅沿y方向(左)呈余弦形式,有多个节点;左界波,振幅沿y方向(右)呈余弦形式,有多个节点。在海峡两侧同向而行,在同侧相向传播。

7 什么是等振幅线,什么是同潮时线,什么是涌潮?

答:

等振幅线:把一个周期中振幅相等的地点连成的线

同潮时线:在潮汐(或分潮)分布图上,具有相同潮汐位相点的连线

涌潮:潮波在浅水中传播时,波坡面将发生变形。当满足一定条件时,波峰前面形成陡峭的

水墙,产生不连续面。以不连续面的形式继续向前传播的现象称为涌潮。

8 陆架自由波中Kelvin波的表达式、特征,及其在海峡中的分布。

答:

f?y?i(kx??t)?c???Aef?y?i(kx??t)g?c? ?u?ec??v?0??Kelvin 波的特点:传播方向的右边必须有边界,所以是右界波; 波动振幅是沿传播方向的左边衰减。又称左减波。 在海峡中的分布:波。设

x

在无限长的等深海峡y?(?l,?l)中存在沿相反方向传播的两个Kelvin

fyi(kx??t)c轴在海峡的中轴线上,两波叠加之后可表为:

?????????Aee?Aeefyi(?kx??t)c

得到等振幅线方程:ch取constant为0

2f?f?ycos2x?sh2ysin2x?constant cccc

2n?1c?x??,(n?0,?1,?2,....)?0那么可以得到无潮点(x0,y0)表达式? 2???y0?0则无潮点位于海峡中轴线上,相邻两个无潮点之间的距离为?c???2(半波长)。

再令constant非零,并把坐标原点移至无潮点出,并用新坐标(x',y')表示 新旧坐标关系换算式为:

ff???y?y?,x?x??, cccc22取n?1时对应的无潮点,等振幅线方程化为chf?y??cos2x?constant ccf?2f?2?chy?1?(y),??cc又?

?cos2?x??1?(?x?)2?cc?(x?)2(y?)2则无潮点附近等振幅线方程为??constant

(f/c)2(?/c)2可见无潮点附近的等振幅线为一椭圆族

当f??,椭圆长轴位于x轴上;f??,椭圆长轴位于y轴上。

无潮点附近的同潮时线是一些直线,其中tc为一任意给定的值。tc增大,在北半球,f>0 ,直线以无潮点为中心,逆时针旋转。在南半球,f<0, 直线做顺时针旋转。远离无潮点,等振幅线形状不再是椭圆,同潮时线不再是直线。

9 矩形海湾中潮波系统由那些波动组成,形成哪些特征?

答:

(1)宽度较窄的矩形海湾:形成驻波,产生共振。湾顶处的潮位可达湾 口处的几倍。 (2)较大宽度的矩形海湾:潮波系统复杂

第一部分波:沿正负x方向传播的Kelvin 波,通过同潮图看出其特征与两个相反方向的Kelvin波在无现场还相中的叠加结果相似(见第8题)

第二部分波:一系列Poincare波之和;沿x方向,从湾顶向湾口以指数形式衰减的波动。从潮流椭圆图上看出,潮流不再是往复流,而是在湾顶附近表现为旋转流。在且离湾顶越远,潮流椭圆的短轴越短;离湾区中轴越远潮流椭圆短轴越短。 (3)较大宽度的矩形海湾:潮波系统复杂+线性摩擦项

实际海湾的水深较浅,海底摩擦效应需要考虑;基本方程加上线性摩擦项,无潮点向湾