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微小密度扰动续方程'
Bounssinesqg近似。
。
这种近似叫做代替有意义,其与方程中均以项c海流第五章海流、地转流、惯性流的定义。
海流:
海水沿一定途径相对稳定的大规模流动。
Coriolis力平衡下的流动。
这种流动基本上是近似水地转流:
大尺度海水在压强梯度力和平的,也可近似认为是定常的。
其运动的前支持度远小于变为自由流动。
风力维持的漂流流出风力强制作用区域,惯性流:
du1vdtfCoriolis其表达式为力作用。
仅受在不考虑摩擦力作用的情况向,水平尺度,dv1udtf梯度流的定义,表达式和特性。
2答:
这非均匀密度场中大尺度海水在压强梯度力和科氏力平衡下的地转流称为梯度流。
梯度流:
种流动基本上是近水平的,可近似认为是定常的。
p1uyf。
其表达式为p1vxf特征:
,运动可视为水平0梯度流垂直分量为.a水平流速与压强梯度垂直,梯度流沿等压线方向流动,背梯度流高压在右.b梯度流沿等温线、等密度线、等盐度线方向流动,流动方向右边温度高、密度小、盐度.c(密度与温度成反比,与盐度成正比)低。
倾斜流的定义,表达式和特性。
3答:
海水密度分布均匀,但海面倾斜在这种压力作用时所产生的地转,造成不均匀的水压力场,流称为倾斜流。
guyf其表达式为gvxf特征:
准水平.a倾斜流沿等水位线流动,倾斜流右方为高水位.b均匀海洋中的海面坡度可作为倾斜流大倾斜流从海面到海底的整个水柱有相同的速度;
.c小的度量。
层。
Ekman螺线;
Ekman漂流和特征;
4Ekman无限深海中,海底摩擦不起作用。
同时,不考虑水平压强梯度力,方程组中为漂流:
Ekman2u
(1)Afv0z2z2v
(2)Afu0Coriolis垂直湍流摩擦力与轴向下,Z,力相平衡。
控制方程组z2zwvu(3)0xzyttancons0,件条界用作向方y沿仅风边,即速恒为且,yxvu0vu,zA0,A:
0z式,形数复进引。
zyzzz2WdiivuW20Wj,成写合以可程方动运则,,中其yx2dz:
(2)i
(1)2f)i1(if222/Anisa,a)i1(j,两边,22vuZA2AAiAfW0ZZZz22zz2222uWdWdvi20WjAAAifW0ifWi得:
同乘新边,根据新方程。
ZZZ2222dzdzzzWA0zjzjzZBeAeWz。
用海底边界条件得出:
,得出一般解界条件:
z0W)Aj(/W0W边面海用利。
:
得式达表解般一入带,出得件条界Ziiyyaz)i(1jzaz)i(1eWeeWjAAa2Aia2ZZZ(iaz)azy**eW4D且,度深流引现。
漂入0Aa2Z**nis//AniA/sa/D式可则,为写Z0Z)z(izyD4DeW00:
式形量分下如成写式达表度速把,Aa2Z
zzyyDDev),zcos(eu)zsin(Ekman,得到无限深海00D4D4aA2aA200ZZ漂流的速度表达式。
iyeW4Ekman其大小为,处的漂流为z=0在海面带入边界条件得,漂流特征:
0Aa2ZiyW)45轴成x即与(sinicose4Z在任意深度;
方向为,044aA2Z)z(izD4eyDeW00随深度增加随深度呈指数递减,方向为处的漂流大小为ZaA2Z45不断减小。
向右偏,偏转角度转由漂流随深度的变化,漂流矢量端点的连线所构Ekman相应于:
)EkmanSpiral螺线(Ekman螺线。
在北半球,漂流随深度向右偏;
在南半球,漂流随深度向左偏。
Ekman成的曲线为)LayerEkman边界层(Ekman层中,漂流受切变应力的湍流摩擦的直接影响及地Ekman在:
层是在深海大洋中很薄Ekman。
φ反比于纬度D随纬度变化。
D转偏向力的影响。
其厚度的一个上层。
有哪几种主要的升降流?
沿岸升降流是怎样产生的?
赤道升降流是怎样产生5的?
沿岸升降流、赤道升降流、南大洋升降流。
质量传输是指向离岸的。
EKman导致的当风沿岸近于平行地吹,沿岸升降流:
这样上层海水做离岸运动,根据海水质量连续,将迫使下层海水上升补偿。
N5附近,故赤道处受南半球的东南信风带控制。
在北半球,赤道无风带处在赤道升降流:
根据海水质量连故赤道处上层海水辐散,在南半球向南。
质量输送向北,EKman信风引起的续,下层海水会被迫抬升补偿。
两条著名的风生大洋环流的名称,位置和基本特征。
6答:
位于太平洋西部海域,发源于北赤道,经菲律宾、中国台湾东部,进入东海,经琉球黑潮:
N,35E142。
群岛沿日本列岛南部流去,结束于36s/m1065s/cmm2003000km150厚度最大,最窄处基本特征:
。
流量可达,强流达,佛罗里达流经佛罗里达海峡进入大西洋后与安地列斯流汇合处视为湾流的起点。
湾流:
伺候,W45N35km1200附近)又离岸向东,指导,到哈特拉斯角(它沿北美陆坡北上,约经km2500,此段称为湾流,亦附近的格兰德滩以南,海流都保持在比较狭窄的水带,行程约称墨西哥湾暖流,是世界上第一大海洋暖流。
秒,流量可大到/厘米250米,强流可达4000公里,厚度最大达100-150最窄处基本特征:
36m10150s/热盐环流的重要性是什么?
什么是热盐环流?
7答:
热盐海洋的下层以热盐环流为主。
冷却引起的密度分布不均匀所产生的流动。
因海水受热、环流不仅只携带热量和盐分,还有其他成分如氧气、二氧化碳等。
热盐环流所具有的特征即,深层冷海水和表层暖海水的对比等确定了海水的层结。
①这种层结强烈影响着海洋的动力性。
深水部分的体积远大于潜水部分的体积。
尽管深水②流动速度小,但它的运输量与表层运输量相当。
由热盐环流携带的热通量影响着地球热收支,也影响着地球的气候。
③海浪第六章,、线性波动理论的四个假定及其意义1以及局限性。
四个假设:
认为海水均质不可压缩;
.a短周期小尺度波动,可以忽略科氏力影响并不考虑湍流影响,重力为唯一外力;
.b.c波动振幅相对于波长很小;
研究水域广阔等深。
.d注:
无旋运动是通过前两个假设得到的小尺度基本方程通过环流定理和斯托克斯定理证()明得到的!
0V的形式。
短周期小为定常,连续方程可以改写为海水不可压缩即考虑了密度33尺度运动的假设使得考虑线性波动的时候可以、线性波动中水质点运动特点,水深的影响及线性波动的能量特征。
①水质点运动特点简单波动为前进波,假定波动振幅远小于其波长且,同时认为波场中相关物理量也具有这一为迹轨动运的点质水的中动波性线维二得推,性特22)zz()xx(001)]zd(k[sh)]kzd([ch2200]a[]a[shkdshkd其水平轴和铅直轴随着离开自由海面向二维线性波动水质点的运动轨迹为椭圆,该式表明:
下逐渐减小,于水底处,铅直轴变为零,质点只作水平运动。
②水深对线性波动的影响21kddkdechkdshkd1,thkd,则。
得到新的相关解深水时2g22cgkknisa)tx(系度高面海由自,势度速,关散频速波,kagkzkz)tkxcos(egz)tkxsin(gaepp,质点运动速度,压强分布0kz)tkxsin(eaukz222)ae()zz()xx(。
,运动轨迹000kz)tkxcos(eaw可见,深水时的线性波动有以下特点:
.波速与水深无关,只与波动性质有关。
ab.指点运动轨迹为一圆,其半径岁深度增加而减小。
.当达到很大深度的时候,运动消失。
c20dkd1chkd,kdshkd,kdthkd,得到新的相关解,则浅水时222gdcgdk)tkxsin(a系关散频由自,速波,势度速,度高面海22)zd(kag)tkx]cos([1)sin(z(gpgz)tgakxpp,,压强分布002
a)tkxsin(u22)zz()xx(kd001,质点运动轨迹质点运动速度zaz22)(0)](1a[)tkx)cos((1awkddd可见,浅水时线性波动有以下特点:
.波速只与水深有关,而与波动性质无关ab.压强分布为静压分布.质点的铅直速度远小于水平速度c.质点的轨迹为一个椭圆,水平轴不随深度变化,而铅直轴小且随深度而变d③能量传播特征.对于简单波动而言,动能和势能相等,为总能量的一半。
a.对于浅水,平均能流在数值上等于单位表面面积水柱内的总能量乘以波速,而在深水中b则乘以波速的一半。
、驻波及波群的特性。
驻波和群波怎样由简单波动合成?
驻波的性质:
①.驻波中的流体质点的轨迹是一段直线。
②.不同平衡位置的质点,振动方向不同,质点沿水平方向振动;
在腹点处,质点几乎沿铅直方向振动。
③.随着离开表面向下的距离增加,水质点的振动的振幅迅速减小。
波群:
①.波群波长大于个别波波长②.个别波波长越近,波群波长越长。
③.个别波的波速大于等于波群速度,个别波从波群后面向前传播。
两个振幅、频率和传播速度相等、传播方向相反的简单波动可以合成驻波。
驻波合成:
11)tkxsin(a)tkxsin(atcoskxsina22就会形成波周期和波长不同但很近似的简单波动沿同一方向传播时,许多振幅相同,波群:
群。
、波群、包络线和群速度的概念。
4在实际的海洋中,大的波浪常一群一群地出现,这种现象叫波群。
波群:
波群中最大振幅的连线包络线:
波包移动的速度,表示能量传播的速度群速度:
、在浅水区,波动的折射现象是如何产生的?
5答:
那么同一波峰线上不,水深的变化会导致波速的变化,)c2=gd波速由水深决定(浅水区域,这种由于深度从而引起波向的变化。
这样就会引起波峰线弯曲,同地点的波速就可能不同,的变化而引起的波向变化的现象,称为波动的折射。
、波动绕射的概念。
波动在传播过程中,绕过障碍物传播到掩护区域内的现象称为波动的绕射。
波的波剖面表达式,给出波峰和波谷的高度及所处位置,Stokes根据三阶7以及水质点振动的中心。
3112322)x(kxcos3akkx2coskakxcosaka波波剖面公式:
Stokes三阶8221313222akkaaka)x(1,2,3,...n,n2x时,波峰高度:
即top8223113222akkaaka)x(n,2,3,...1n,1)(2x波谷高度:
即,bottom822bottomtop2kaz因此表面水质点的振动中心2.、解释孤立波的定义8答:
波峰变的越波浪在浅水区,是波长趋于无限的椭圆余弦波。
是椭圆余弦波的一种特殊情况,于是这种波浪可以看作一系列的孤立波。
最后波长逐渐趋于无穷大,波谷越来越平,来越陡,
、什么是随机海浪过程的平稳性和各态历经性?
对讨论海浪的统计性质有何意9义?
)},(t),t(X{某随机过程平稳性:
的数学期望为常值a)t(EXt(X)][tE(EX)t(X[)(R)]t(EX)即有关,协方差只是与时间间隔则该随即过程为平稳随机过程。
过程的统计特性不随时间变化。
平稳随机过程的特点:
是的对波浪的统计研究不受到时间起点的影响。
0)(R,如果当各态历经性:
时,该平稳过程具有各态历经性性。
一个充分长时间的样本(一次现实)可代替总体。
平稳随机过程各态历经性的特点:
各态历经性保证了一次显示可以代替总体,通常只有几个记录。
海浪的观测是困难的,意义:
这就大大减少了实际观测中的而平稳性则保证了记录时间的起点并不影响计算结果。
困难和限制。
种)5、简述各种特征波高(10。
1)HHH(H,大致反映海面波高的平均状态。
还构成其他①.平均波高:
m21m特征波高的换算媒介。
21222H)HHH(H,反映海浪的平均能量。
②.均方根波高:
m21rmsmH141F)ln(2③.该波高反映某种给定波高值出现在港口工程计算中,,累积率波高:
HF的可能性。
H11111P]})[(lnerf1{)(ln22,在航行、港口设计④.部分大波平均波高:
PPP2Hm3H例:
(前十分之一大波平均波高)中,该波高反映海浪的显著部分。
1/10H为有效波高,具有有效波高的波称为有效波,该波的周期称为有效在工程中,称1/3周期。
)H(3/21/2max)n(lnO)n(lnn。
为波的个数其中最大波高的最可能值,⑤.最大波高:
Hrms
、能谱和方向谱的概念及物理意义。
11答:
续连似近率频果如:
谱能差方成组个一应对总间区率频,布分和分部的k222)(S)(S)(,令为能谱。
它是表征频率区间所,则称kkk2有正弦波动能量之和的平均值。
能谱描述了不同频率波动所对应的能量分布情形,描述了海浪的内部结构。
物理意义:
12、线形波动波数守恒方程的推导及其应用。
答:
推导:
②.合成波①.线性波式达表似近的移位面表波成合)tkxsin(a线性波表面位移的表达式22gtgtQ1)cos()(2x44x4xtkx)t,x(位相函数为2gt)t,x(位相函数为x44kx则波数和平率为2gtk2x4xt则波数和频率为gtkx2t0满足方程txk0满足方程xt
潮波第七章请说出两个主要的天体引潮力,四种潮汐类型和八个主要的分潮。
月球引潮力和太阳引潮力天体引潮力:
半日潮、混合的不正规半日潮、混合的不正规全日潮、全日潮四种潮汐类型:
、)N2、太阴主要椭率半日分潮((S2)、太阳半日分潮)M2太阴半日分潮(八个主要的分潮:
K2太阴—太阳赤纬半日分潮(、(O1)、太阴赤纬全日分潮(K1)、太阴—太阳赤纬全日分潮))Q1、太阴主要椭率全日分潮()P1太阳赤纬全日分潮(主要分潮振幅系数及周期表PeriodMeanTidalNatureDescriptionsolar(coefficientcomponent)hoursPrincipalM2Semi-diumal12.420.90809lunarPrincipalSemi-diumal12.000.42248S2solarLargerlunarSemi-diumal12.660.17386N2ellipticSemi-diumalLuni-solar11.970.11498K2Luni-solarDiumal23.930.53011K1diumalPrincipalDiumal25.820.37694O1lunardiumalPrincipal0.17543P1Diumal24.07lunardiumalLagerlunarDiumal26.870.07217Q1elliptic平衡潮理论(假定及论点)及其贡献2:
答
创建。
DanelBernoulli平衡潮理论有由不受地转偏向力和摩擦力作海水没有粘性和惯性。
假定地球表面为等深海水所包围,前提:
用。
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、压强梯度力做平衡理论:
而各力间的作用造成了潮汐的其长轴指向月球。
形成一种动态平衡的椭球海面,用的平衡。
由于地而短轴地方的海面又较原来海面低。
椭球海面长轴地方的海面比原来高,时空变化。
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。
潮汐动力学理论的要点及与平衡潮理论的区别。
但水深随纬度变化的大洋在天体引潮力,,应用流体动力学方程,研究全球为海水覆盖地转偏向力,压强梯度力作用下产生的强迫潮波,建立潮汐动力学理论。
大洋海水受到水平引潮力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,这样某处因水体流失而使水面下降,某处因水体的堆积而使海面上升,场的作用发生流动,形成了水波,上,“地球”便在理想的一来,便形成高潮;
当波峰到达时,其最高处为波峰,。
“潮波”而当波谷到达时发生低潮。
因为它是引潮力场所产生的,所以叫做最低处为波谷,:
其三个要点为浅水区地形与③,②地球旋转效应(潮流旋转,无旋点),波动的强迫震荡和共振①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压强梯度力和重力即关于海洋表面在引潮力,动力理论消除了静力理论的主要缺点,区别:
还有地转偏向力和摩除引潮力外,对于潮波运动的作用,而作用下处于静止状态这一假设。
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。
说明各项的意义。
根据描述大尺度强迫潮波运动的基本方程4答:
1guvcos2tsinasina2431v1gucos2taa6875hu10])sinhv([sinat11109两式代表了运动速度局地变化项;
1,5vu方向上科氏力作用项;
方向和代表了2,6代表了天体引潮力的强迫作用项;
4,8也代表了海水自身的响应项;
有关,由于这两项与潮高是压强梯度力在经纬向的分量,3,7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()个人理解帮助记忆,迫作用的响应是水位局地变化项;
9;
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)10,11第三个方程即为连续方程的有界长渠潮波方程,并说明各项意义。
Ariy写出5ug)(sinat321hu1sinat45代表了运动速度的局地变化项;
1代表了海水响应项;
2代表了引潮力强迫项;
3代表了水位的变化项;
4代表了水体的辐合堆积和辐散流失;
5组成了连续方程。
4,5
用哪些波去描述大陆架水域的潮波?
题8波:
见第Kelvin波:
Sverdrup22f0f0f是的长波波群速度小于是的长波波速,波的传播速度大于时才存在,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。
波:
Poincareyy方向(右)呈方向(左)呈余弦形式,有多个节点;
左界波,振幅沿右界波,振幅沿余弦形式,有多个节点。
在海峡两侧同向而行,在同侧相向传播。
?
什么是等振幅线,什么是同潮时线,什么是涌潮7答:
把一个周期中振幅相等的地点连成的线等振幅线:
分布图上,具有相同潮汐位相点的连线)或分潮(在潮汐同潮时线:
潮波在浅水中传播时,波坡面将发生变形。
涌潮:
波峰前面形成陡峭的当满足一定条件时,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。
波的表达式、特征,及其在海峡中的分布。
Kelvin陆架自由波中8:
答f)tkx(iyAecfg)tkx(iyeucc0v传播方向的右边必须有边界,所以是右界波;
波的特点:
Kelvin波动振幅是沿传播方向的左边衰减。
又称左减波。
)l,l(yKelvin中存在沿相反方向传播的两个在无限长的等深海峡:
在海峡中的分布:
为表可后之加叠波x两,上线轴中的峡海设在轴。
波ffyy)tkx(i(i)tkxeAeeAeccff2222xsinchyshxcosyconstant得到等振幅线方程:
ccccconstant0为取
c1n21,0,n,(x2,....)0)y,x(2表达式那么可以得到无潮点000y0c。
(半波长)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2'
)y'
x(constant表示非零,并把坐标原点移至无潮点出,并用新坐标再令ff,xx,yy新旧坐标关系换算式为:
2ccccf22xcosych1nconstant时对应的无潮点,等振幅线方程化为取ccff22,)y(1ychcc又22)x(1xcoscc22)y()x(constant则无潮点附近等振幅线方程为22)c/()c/f(可见无潮点附近的等振幅线为一椭圆族x,f,fy椭圆长轴位于轴上;
椭圆长轴位于当轴上。
f>
0增大,在北半球,t为一任意给定的值。
t无潮点附近的同潮时线是一些直线,其中cc直线做顺时针旋转。
远离无潮点,等f<
0,直线以无潮点为中心,逆时针旋转。
在南半球,振幅线形状不再是椭圆,同潮
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