海洋学第五-六章思考题

第五章 思考题 (见教材p179-180)

加粗者为重点复习内容,部分题目有所改动。

1. 简述海流的定义、形成原因及表示方法。

2. 引起海水运动的力有哪些?

3. 简述重力势、等势面、位势高度、位势深度的定义。

4. 何谓压强梯度力?写出其解析表达式,说明物理含义。

5. 简述等压面、压力场(内压场、外压场、正压场、斜压场) 与海水密度的关系。

6. 何谓地转偏向力(科氏力) ?它具有哪些基本性质?

7. 切应力和压力有何根本的区别?

8. 海水运动方程的基本形式是什么?

9. 体积连续方程与质量连续方程有何不同?

10. 动力学边界条件与运动学边界条件的含义是什么?

11. 何谓地转流?它的空间结构如何?

12. 地转流场与密度场、应力场之间的关系如何?

13. 地转流的动力计算方法有何实用价值?它能否用来计算由外压场导致的倾斜流?为什么?

14. 埃克曼无限深海漂流理论是在什么前提下建立的?它得出了什么结论?

15. 浅海风海流与无限深海风海流的空间结构和体积运输有何异同点?

16. 由风海流的体积运输派生出哪些新的海水流动?(如上升流和下降流)

17. 风生大洋环流理论的基本结论有哪些?何谓西向强化?

18. 何谓热盐环流?它与大洋环流有什么样的关系?

19. 世界大洋上层环流的总特征如何?

20. 赤道流系包括哪些主要流动?说明其形成原因及水文特征。

21. 北半球有哪几支西边界流?有哪些显著特点?

22. 南、北两半球西风漂流区有哪些主要特征?

23. 与西边界流区相比,东边界流区的基本特征有哪些?

24. 为什么北海道与南美西岸能成为世界有名的大渔场?

25. 极地海区有哪些主要环流?它们对海况有何影响?

26. 世界大洋表层有哪些辐聚下沉和辐散上升区?怎样形成的?

27. 何谓大洋中尺度涡?有何基本特征?

28. 世界大洋中的五个基本水层(团) 的主要特征是什么?它们是怎样形成的?

29. 全球大洋环流流向如何?

第六章 思考题(这些题目并不是考核试题,所给参考答案是帮助同学们理解所学内容) 前8题来源于教材p206-207;第9题为补充题

1、海洋中的波动现象是怎样形成的?

参考答案:

海洋波动的起因有风、火山喷发、地震、气压变化、日月引潮力[波动诱因];这些因素会造成当地海水周期性运动——水质点围绕其平衡位置的周期性或准周期性运动[波动发源];由于海水的连续性,必然带动其邻近质点,导致其运动状态在空间向远处传播[波动产生],这样波动便形成了。

2、小振幅重力波剖面方程中各符号的含义是什么?

参考答案:ζ=a sin(kx -σt )

ζ为波面相对平均水面的铅直位移;a 为波动的振幅;k 波数;σ为频率;x 水平位置(地点);t 时间。

3、简单波动理论对波形传播、水质点运动、波速、波长、周期之间的关系以及波动能量等方面得到了哪些结论?

参考答案:(1)p184/2波峰处的水质点具有最大的正向速度,波峰前部是水质点的辅聚区,波面未来上升;波峰后部是辅散区,波面未来下降;从而使波形不断向前传播。(2)p184/1水质点的运动轨迹为圆,半径为……,圆半径随水深加大迅速减小;圆心即为该质点圆周运动的平衡位置。(3)(6-7)(4)(6-8)(5)(6-9)(6)波动的总能量由动能和势能组成,且二者相等;总能量相当非常大,但主要集中在水面附近。

4、驻波是怎样形成的?有哪些基本特性?

参考答案:

形成:当两列振幅周期波长相等的正弦波相互反向传播,并相遇(合成)时就会形成驻波。 基本特征:

1)波形不向外传播。

2)波节处(固定在x =±n λ/2,n=0,1,2,…)波面无升降,波节处水质点只有水平方向运动分量指向波面上升一侧;

3)波腹处(固定在x =±[2n+1]λ/4,n=0,1,2,…)波面的振幅最大,最大振幅是合成前的2倍2a ,波节处水质点只有铅直方向运动分量指向向上或向下;

4)波面其他位置振幅介于波节和波腹之间,水质点即具有水平运动分量也具有铅直运动分量。

5)波节两侧的升降总是相反的,且每半个周期升降轮换一次;

6)t=±[2n+1]T /4(n=0,1,2,…)时,各处铅直位移均等于零ζ ≡ 0;此时各点的速度分量u 、w 均达到最大值;当各点l ζl 达到最大时,各点的速度分量u 、w 均等于零。

5、波群是怎样形成的?有什么基本特性?

参考答案:

形成:当两列振幅相等、周期与波长相近、同向传播的正弦波,相遇(合成)时就会形成波群。

基本特征:

1)波形向外传播,传播速度(群速)与合成前相近。

2)各点振幅在0-2a 间不断变化,最大振幅是合成前的两倍。

3)任一时刻,所有波峰点的连线称为包络线,包络线外形类似豆荚,每个豆荚是由振幅不等的一群波峰构成的。

6、与简单波动相比有限振幅波有什么不同?

参考答案:

1)与简单波动相比有限振幅波具有较大的振幅,与实际海浪更接近。

2)以斯托克斯波为例,a )波面为非简谐曲线,对横轴上下不对称,水质点平衡位置高于平均水面;b )水质点运动轨迹接近圆,但存在一个向前的净位移(波流)导致海水的输运;c )波的动能大于势能。

7、什么是开尔文波与罗斯贝波?(与短周期重力波对比理解)

小振幅重力波、有限振幅波、以及风浪和涌浪都忽略了地转效应。只受重力影响。故称 重力波。也称短周期重力波。

当波动周期接近或超过半摆日(12/sinφ小时)可认定为周期很大,这时地转效应不可忽略,波动同时受重力、压强梯度力和科氏力的影响称为长周期重力波。开尔文波与罗斯贝波都是这种长周期重力波。

8、风浪和涌浪是怎样形成的?各有什么特征?

参考答案:

风浪

形成:是在当地风作用下海面产生的;

特征:波峰尖削,波峰线短,周期小,风大常常破碎,分布不规律。风应力一旦消失风浪即转化为涌浪。

涌浪

形成:是由海面上其他海区传来,或当地风力迅速减小、平息后海面上遗留下来的波动。 特征:波面平坦光滑,波峰线长,周期波长较大,传播规则。涌浪的生命力持久传播距离惊人。

9、什么是内波?内波划分为哪两类,二者的异同?

参考答案:

内波是在海面之下的海洋内部发生的波动现象

内波划分为界面内波和非界面内波,二者相同点——都是由于同一水平面上密度不同引起的;不同点——界面内波发生在密度梯度较大的密度跃层附近;非界面内波发生在密度连续变化的水层附近。

第五章 思考题 (见教材p179-180)

加粗者为重点复习内容,部分题目有所改动。

1. 简述海流的定义、形成原因及表示方法。

2. 引起海水运动的力有哪些?

3. 简述重力势、等势面、位势高度、位势深度的定义。

4. 何谓压强梯度力?写出其解析表达式,说明物理含义。

5. 简述等压面、压力场(内压场、外压场、正压场、斜压场) 与海水密度的关系。

6. 何谓地转偏向力(科氏力) ?它具有哪些基本性质?

7. 切应力和压力有何根本的区别?

8. 海水运动方程的基本形式是什么?

9. 体积连续方程与质量连续方程有何不同?

10. 动力学边界条件与运动学边界条件的含义是什么?

11. 何谓地转流?它的空间结构如何?

12. 地转流场与密度场、应力场之间的关系如何?

13. 地转流的动力计算方法有何实用价值?它能否用来计算由外压场导致的倾斜流?为什么?

14. 埃克曼无限深海漂流理论是在什么前提下建立的?它得出了什么结论?

15. 浅海风海流与无限深海风海流的空间结构和体积运输有何异同点?

16. 由风海流的体积运输派生出哪些新的海水流动?(如上升流和下降流)

17. 风生大洋环流理论的基本结论有哪些?何谓西向强化?

18. 何谓热盐环流?它与大洋环流有什么样的关系?

19. 世界大洋上层环流的总特征如何?

20. 赤道流系包括哪些主要流动?说明其形成原因及水文特征。

21. 北半球有哪几支西边界流?有哪些显著特点?

22. 南、北两半球西风漂流区有哪些主要特征?

23. 与西边界流区相比,东边界流区的基本特征有哪些?

24. 为什么北海道与南美西岸能成为世界有名的大渔场?

25. 极地海区有哪些主要环流?它们对海况有何影响?

26. 世界大洋表层有哪些辐聚下沉和辐散上升区?怎样形成的?

27. 何谓大洋中尺度涡?有何基本特征?

28. 世界大洋中的五个基本水层(团) 的主要特征是什么?它们是怎样形成的?

29. 全球大洋环流流向如何?

第六章 思考题(这些题目并不是考核试题,所给参考答案是帮助同学们理解所学内容) 前8题来源于教材p206-207;第9题为补充题

1、海洋中的波动现象是怎样形成的?

参考答案:

海洋波动的起因有风、火山喷发、地震、气压变化、日月引潮力[波动诱因];这些因素会造成当地海水周期性运动——水质点围绕其平衡位置的周期性或准周期性运动[波动发源];由于海水的连续性,必然带动其邻近质点,导致其运动状态在空间向远处传播[波动产生],这样波动便形成了。

2、小振幅重力波剖面方程中各符号的含义是什么?

参考答案:ζ=a sin(kx -σt )

ζ为波面相对平均水面的铅直位移;a 为波动的振幅;k 波数;σ为频率;x 水平位置(地点);t 时间。

3、简单波动理论对波形传播、水质点运动、波速、波长、周期之间的关系以及波动能量等方面得到了哪些结论?

参考答案:(1)p184/2波峰处的水质点具有最大的正向速度,波峰前部是水质点的辅聚区,波面未来上升;波峰后部是辅散区,波面未来下降;从而使波形不断向前传播。(2)p184/1水质点的运动轨迹为圆,半径为……,圆半径随水深加大迅速减小;圆心即为该质点圆周运动的平衡位置。(3)(6-7)(4)(6-8)(5)(6-9)(6)波动的总能量由动能和势能组成,且二者相等;总能量相当非常大,但主要集中在水面附近。

4、驻波是怎样形成的?有哪些基本特性?

参考答案:

形成:当两列振幅周期波长相等的正弦波相互反向传播,并相遇(合成)时就会形成驻波。 基本特征:

1)波形不向外传播。

2)波节处(固定在x =±n λ/2,n=0,1,2,…)波面无升降,波节处水质点只有水平方向运动分量指向波面上升一侧;

3)波腹处(固定在x =±[2n+1]λ/4,n=0,1,2,…)波面的振幅最大,最大振幅是合成前的2倍2a ,波节处水质点只有铅直方向运动分量指向向上或向下;

4)波面其他位置振幅介于波节和波腹之间,水质点即具有水平运动分量也具有铅直运动分量。

5)波节两侧的升降总是相反的,且每半个周期升降轮换一次;

6)t=±[2n+1]T /4(n=0,1,2,…)时,各处铅直位移均等于零ζ ≡ 0;此时各点的速度分量u 、w 均达到最大值;当各点l ζl 达到最大时,各点的速度分量u 、w 均等于零。

5、波群是怎样形成的?有什么基本特性?

参考答案:

形成:当两列振幅相等、周期与波长相近、同向传播的正弦波,相遇(合成)时就会形成波群。

基本特征:

1)波形向外传播,传播速度(群速)与合成前相近。

2)各点振幅在0-2a 间不断变化,最大振幅是合成前的两倍。

3)任一时刻,所有波峰点的连线称为包络线,包络线外形类似豆荚,每个豆荚是由振幅不等的一群波峰构成的。

6、与简单波动相比有限振幅波有什么不同?

参考答案:

1)与简单波动相比有限振幅波具有较大的振幅,与实际海浪更接近。

2)以斯托克斯波为例,a )波面为非简谐曲线,对横轴上下不对称,水质点平衡位置高于平均水面;b )水质点运动轨迹接近圆,但存在一个向前的净位移(波流)导致海水的输运;c )波的动能大于势能。

7、什么是开尔文波与罗斯贝波?(与短周期重力波对比理解)

小振幅重力波、有限振幅波、以及风浪和涌浪都忽略了地转效应。只受重力影响。故称 重力波。也称短周期重力波。

当波动周期接近或超过半摆日(12/sinφ小时)可认定为周期很大,这时地转效应不可忽略,波动同时受重力、压强梯度力和科氏力的影响称为长周期重力波。开尔文波与罗斯贝波都是这种长周期重力波。

8、风浪和涌浪是怎样形成的?各有什么特征?

参考答案:

风浪

形成:是在当地风作用下海面产生的;

特征:波峰尖削,波峰线短,周期小,风大常常破碎,分布不规律。风应力一旦消失风浪即转化为涌浪。

涌浪

形成:是由海面上其他海区传来,或当地风力迅速减小、平息后海面上遗留下来的波动。 特征:波面平坦光滑,波峰线长,周期波长较大,传播规则。涌浪的生命力持久传播距离惊人。

9、什么是内波?内波划分为哪两类,二者的异同?

参考答案:

内波是在海面之下的海洋内部发生的波动现象

内波划分为界面内波和非界面内波,二者相同点——都是由于同一水平面上密度不同引起的;不同点——界面内波发生在密度梯度较大的密度跃层附近;非界面内波发生在密度连续变化的水层附近。


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