基礎(chǔ)海洋學第6章-潮汐1

1、基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 海海 洋洋 學學Fundamental Oceanography第七章第七章 潮汐潮汐第一節(jié)第一節(jié) 潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象 潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象是指海水在天體（主要是月球和太是指海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運動，陽）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運動，習慣上把海面鉛直向漲落稱為習慣上把海面鉛直向漲落稱為潮汐潮汐（“潮潮”指白天海水上漲，指白天海水上漲，“汐汐”指晚上海水上指晚上海水上漲漲），而海水在水平方向的流動稱為而海水在水平方向的流動稱為潮流潮流。一、潮汐要素一、潮汐要素 潮位高度、時間，平潮高潮時、停潮潮位高度、時間，平潮高潮時、停潮低潮時，漲潮時、落潮時，高潮

2、高、低低潮時，漲潮時、落潮時，高潮高、低潮高、潮差。潮高、潮差。高潮高高潮高高潮高潮高潮高潮潮差潮差低潮高低潮高落潮時落潮時漲潮時漲潮時低潮低潮落潮落潮漲潮漲潮時間時間高度高度基準面基準面潮汐要素示意圖潮汐要素示意圖第一節(jié)第一節(jié) 潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象二、潮汐不等與潮汐類型二、潮汐不等與潮汐類型 1 1、潮汐的類型、潮汐的類型 1 1）正規(guī)半日潮）正規(guī)半日潮 2 2）不正規(guī)半日潮）不正規(guī)半日潮 3 3）正規(guī)日潮）正規(guī)日潮 4 4）不正規(guī)日潮）不正規(guī)日潮 2 2、潮汐的不等現(xiàn)象、潮汐的不等現(xiàn)象 一天之中兩個潮的潮差不等，漲潮時和落潮時也一天之中兩個潮的潮差不等，漲潮時和落潮時也不等的現(xiàn)象稱為不等的現(xiàn)象

3、稱為潮汐的日不等現(xiàn)象潮汐的日不等現(xiàn)象。 高高潮、低高潮、低低潮、高低潮；大潮潮差、高高潮、低高潮、低低潮、高低潮；大潮潮差、小潮潮差。小潮潮差。第一節(jié)第一節(jié) 潮汐現(xiàn)象潮汐現(xiàn)象大潮大潮潮差潮差小潮小潮潮差潮差第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識一、某些天文學的基本概念一、某些天文學的基本概念1 1、天球：天球：是一個以是一個以地球為中心地球為中心，以無限長為，以無限長為半徑，內(nèi)表面分布著各種各樣的天體的球半徑，內(nèi)表面分布著各種各樣的天體的球面。這是一個假想的圓球。所有天體在天面。這是一個假想的圓球。所有天體在天球上的位置就是它們沿視線方向在天球內(nèi)球上的位置就是它們沿視線方向

4、在天球內(nèi)表面的投影。表面的投影。天軸：天軸：將地軸無限延長的所得到的假想軸將地軸無限延長的所得到的假想軸天極：天極：天軸與天球的交點天軸與天球的交點北天極：北天極：天軸與地球上的北極所對應(yīng)的那一點天軸與地球上的北極所對應(yīng)的那一點南天極：南天極：天軸與地球上的南極所對應(yīng)的那一點天軸與地球上的南極所對應(yīng)的那一點第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識天頂：天頂：若將觀測點的垂直直線無限延伸后也可與天若將觀測點的垂直直線無限延伸后也可與天球交與兩點，向上與天球的交點為天頂，向下延球交與兩點，向上與天球的交點為天頂，向下延伸與天球的交點為天底。伸與天球的交點為天底。天子午圈：天子午圈

5、：在天球上，以地心為圓心，通過天極和在天球上，以地心為圓心，通過天極和天頂所作的大圓圈天頂所作的大圓圈天體時圈：天體時圈：通過天極和天體所作的大圓圈通過天極和天體所作的大圓圈天體方位圈：天體方位圈：通過天頂、天底和天體的大圓圈通過天頂、天底和天體的大圓圈中天：中天：天體通過子午圈。由于地球作周日旋轉(zhuǎn)，每天體通過子午圈。由于地球作周日旋轉(zhuǎn)，每個天體一晝夜內(nèi)有兩次中天，即天體的時圈在一個天體一晝夜內(nèi)有兩次中天，即天體的時圈在一晝夜內(nèi)有兩次與天子午圈重疊。天體靠近天頂時晝夜內(nèi)有兩次與天子午圈重疊。天體靠近天頂時叫上中天，靠近天底時稱下中天。叫上中天，靠近天底時稱下中天。第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文

6、學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識2 2、天赤道、黃道與白道、天赤道、黃道與白道 1 1）天赤道：天赤道：將地球的赤道面無限延伸后和天將地球的赤道面無限延伸后和天球相交的大圓圈，叫做天赤道，或天球赤道。球相交的大圓圈，叫做天赤道，或天球赤道。 2 2）黃道：黃道：太陽的周年視運動軌道太陽的周年視運動軌道 3 3）白道：白道：月球繞著地球月球繞著地球 公轉(zhuǎn)的結(jié)果使得月球在公轉(zhuǎn)的結(jié)果使得月球在 天球上也有一個視運動天球上也有一個視運動 的軌道，這個軌道稱為白道。的軌道，這個軌道稱為白道。第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識春分點、秋分點、升交點及降交點春分點、秋分點、升交點及降交點

7、1 1）春分點春分點：太陽從南向北穿過天赤道的點：太陽從南向北穿過天赤道的點2 2）秋分點秋分點：太陽從北向南穿過天赤道的點：太陽從北向南穿過天赤道的點3 3）升交點升交點：月球由南向北和黃道相交的點：月球由南向北和黃道相交的點4 4）降交點降交點：月球由北向南和黃道相交的點：月球由北向南和黃道相交的點第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識4 4、赤緯、時角和天頂距、赤緯、時角和天頂距 1 1）赤緯：從天赤道沿著天體的時圈至天體）赤緯：從天赤道沿著天體的時圈至天體所張的角度稱為該天體的所張的角度稱為該天體的赤緯赤緯。常用。常用表表示。示。 2 2）時角：觀測者所在的天子午圈

8、與天體時）時角：觀測者所在的天子午圈與天體時圈在天赤道上所張的角度稱為圈在天赤道上所張的角度稱為時角時角。 3 3）天頂距：在天體方位圈上，天體與天頂）天頂距：在天體方位圈上，天體與天頂之間所張的角度稱為之間所張的角度稱為天頂距天頂距。第二節(jié)第二節(jié) 與潮汐有關(guān)的天文學知識與潮汐有關(guān)的天文學知識二、時間單位二、時間單位 1 1、平太陽日和平太陽時、平太陽日和平太陽時 2 2、平太陰日和平太陰時、平太陰日和平太陰時 1 1平太陰日平太陰日24.841224.8412平太陽時（約等于平太陽時（約等于24h50min24h50min） 3 3、朔望月（盈虧月）、朔望月（盈虧月） 月球從新月（或滿月）位

9、置出發(fā)再回到新月球從新月（或滿月）位置出發(fā)再回到新月（或滿月）位置的時間間隔。月（或滿月）位置的時間間隔。第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力一、引潮力的定義一、引潮力的定義 1 1、公轉(zhuǎn)慣性離心力（、公轉(zhuǎn)慣性離心力（fcfc）：）：繞繞地月公共質(zhì)地月公共質(zhì)心心公轉(zhuǎn)平動的結(jié)果公轉(zhuǎn)平動的結(jié)果, ,地球各點受力大小相等、地球各點受力大小相等、方向相同。各質(zhì)點力的方向背離月球，彼方向相同。各質(zhì)點力的方向背離月球，彼此平行。此平行。 2 2、月球引力（、月球引力（fmfm）：）：力隨位置不同而變化。力隨位置不同而變化。各質(zhì)點力的方向指向月球中心，不平行。各質(zhì)點力的方向指向月球中心，不平行。慣性離心力&

10、地-月公共質(zhì)心& 地球各點慣性離心力 地球的平動運動 地心E： 地面各點：相等、平行、背離月球MEG0 73.r21RmkfME月球引力& 月球?qū)Φ厍虻奈Γ?amp; 地球表面某水質(zhì)點所受引力 公式： 特點：v大小v方向2RmmkfEM21xmkfMpMERx& 月球引力EBAMCD第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力& 月球引力& 慣性離心力EBAMCD第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力& 月球引力& 慣性離心力& 月引潮力 地心： 地面：EBAMCD第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力二、引潮力公式二、引潮力公式 P P點的

11、引潮力點的引潮力F:F:F Ff fpmpm（月球引力）（月球引力）f fcmcm（公轉(zhuǎn)離心力）（公轉(zhuǎn)離心力） 其量值與天體的質(zhì)量成正比，與天體到地球中心距其量值與天體的質(zhì)量成正比，與天體到地球中心距離的離的3 3次方成反比。月球的引潮力是太陽的次方成反比。月球的引潮力是太陽的2.172.17倍。倍。17. 233DDSMFFVV三、引潮力勢三、引潮力勢第三節(jié)第三節(jié) 引潮力引潮力第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮一、潮汐靜力理論一、潮汐靜力理論 1 1、等勢面：從地心移動單位質(zhì)量物體到某、等勢面：從地心移動單位質(zhì)量物體到某一點，克服重力和引潮力所作的功，叫做一點，克服重力和引潮力所作的功，叫做這一點的

12、位勢，位勢相等的點連成的面稱這一點的位勢，位勢相等的點連成的面稱為為等勢面等勢面。不考慮引潮力的情況下，等勢。不考慮引潮力的情況下，等勢面為圓球面，考慮引潮力后等勢面為一橢面為圓球面，考慮引潮力后等勢面為一橢球面。球面。第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮2 2、潮汐靜力理論、潮汐靜力理論 1 1）理論假定：地球為一個圓球，表面被等深海）理論假定：地球為一個圓球，表面被等深海水覆蓋；海水沒有粘質(zhì)性、沒有慣性；海水不受水覆蓋；海水沒有粘質(zhì)性、沒有慣性；海水不受地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力的作用。地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力的作用。 2 2）基本思想：考慮引潮力后的海面變成了橢球）基本思想：考慮引潮力后的海面變成了橢球形。由于

13、地球的自轉(zhuǎn)，地球的表面相對于橢球形形。由于地球的自轉(zhuǎn)，地球的表面相對于橢球形的海面運動，這就造成了地球表面上的固定點發(fā)的海面運動，這就造成了地球表面上的固定點發(fā)生周期性的漲落而形成潮汐。生周期性的漲落而形成潮汐。 3 3）結(jié)論：潮汐類型與緯度密切相關(guān)。赤道半）結(jié)論：潮汐類型與緯度密切相關(guān)。赤道半日潮，兩極全日潮日潮，兩極全日潮新月/滿月時潮汐現(xiàn)象v太陽引潮力和月引潮力相互疊加v高潮最高，低潮最低-大潮滿月P新月太陽太陽潮橢圓體月潮橢圓體太陽引潮力月引潮力大潮上弦/下弦時潮汐現(xiàn)象v月引潮力與太陽引潮力部分抵銷v高潮最低，低潮最高-小潮（END）太陽地球上弦月下弦月太陽引潮力月引潮力太陽潮橢圓體月

14、潮橢圓體小潮第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮二、平衡潮潮高公式二、平衡潮潮高公式 1 1、潮高公式、潮高公式 2 2、潮汐的不等現(xiàn)象、潮汐的不等現(xiàn)象 1 1）日不等現(xiàn)象（月球的影響）日不等現(xiàn)象（月球的影響）半日周期與日周期半日周期與日周期 2 2）半月不等現(xiàn)象（月日的影響）半月不等現(xiàn)象（月日的影響）朔望大潮和兩弦小潮朔望大潮和兩弦小潮 3 3）月不等現(xiàn)象（地月橢圓軌道）月不等現(xiàn)象（地月橢圓軌道）月球近地點的月變化月球近地點的月變化 4 4）年不等現(xiàn)象（地日橢圓軌道）年不等現(xiàn)象（地日橢圓軌道）地球近日點年變化地球近日點年變化 5 5）多年不等現(xiàn)象（多年周期）多年不等現(xiàn)象（多年周期）月赤緯月赤緯18.6

15、118.61年的變化周年的變化周期，月球近地點期，月球近地點8.858.85年的變化周期年的變化周期第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮三、推算潮時的簡易方法三、推算潮時的簡易方法八分算潮法八分算潮法 表達式：表達式： 高潮時高潮時0.8h0.8h 農(nóng)歷日期農(nóng)歷日期1 1（或（或1616） 高潮間高潮間隙隙（高潮間隙：月中天時至下一個高潮發(fā)生時刻的時間間隔）（高潮間隙：月中天時至下一個高潮發(fā)生時刻的時間間隔） 實際潮汐不可能與月中天時馬上發(fā)生高潮，而實際潮汐不可能與月中天時馬上發(fā)生高潮，而有一個滯后時間，因此實際的高潮時應(yīng)滿足：有一個滯后時間，因此實際的高潮時應(yīng)滿足： 高潮時月中天時高潮間隙高潮時月中天

16、時高潮間隙第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮四、對潮汐靜力理論的評價四、對潮汐靜力理論的評價1 1、實用價值、實用價值 - - 其理論是建立在客觀存在的引潮力之上；其理論是建立在客觀存在的引潮力之上； 由此導(dǎo)出的潮高公式計算潮汐周期結(jié)果與實際由此導(dǎo)出的潮高公式計算潮汐周期結(jié)果與實際基本相符；基本相符； 由潮高公式計算出的最大可能潮差與實際大洋由潮高公式計算出的最大可能潮差與實際大洋相近。相近。第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮四、對潮汐靜力理論的評價四、對潮汐靜力理論的評價2 2、缺點、缺點 假定地球完全被海水包圍，與實際差距大；假定地球完全被海水包圍，與實際差距大； 沒有考慮海水的運動；沒有考慮海水的運動；

17、 淺海、近岸地區(qū)的潮差與理論結(jié)果相差大；淺海、近岸地區(qū)的潮差與理論結(jié)果相差大； 無法解釋無法解釋“潮流潮流”現(xiàn)象；現(xiàn)象； 無法解釋半封閉海灣的潮汐現(xiàn)象；無法解釋半封閉海灣的潮汐現(xiàn)象； 與某些地區(qū)的潮汐規(guī)律不符；與某些地區(qū)的潮汐規(guī)律不符； 無法解釋大潮的滯后現(xiàn)象。無法解釋大潮的滯后現(xiàn)象。第四節(jié)第四節(jié) 平衡潮平衡潮五、假想天體和分潮五、假想天體和分潮 1 1、假想天體：人們?yōu)榱擞嬎闾?、月球的引潮力、假想天體：人們?yōu)榱擞嬎闾?、月球的引潮力所引起的海洋潮汐，就把具有?fù)雜周期的潮汐看所引起的海洋潮汐，就把具有復(fù)雜周期的潮汐看作是許多周期長短各異的潮汐疊加而成的，而且作是許多周期長短各異的潮汐疊加而成的，而且假設(shè)與每一個這樣周期的潮汐都對應(yīng)有一個天體，假設(shè)與每一個這樣周期的潮汐都對應(yīng)有一個天體，即即假想天體假想天體。 2 2、分潮：我們可以假定真正天體對潮汐所引起的、分潮：我們可以假定真正天體對潮汐所引起的每一種變化，都不是天體本身的作用，而是由一每一種變化，都不是天體本身的作用，而是由一個或幾個假想天體所產(chǎn)生的，這些假想天體對海個或幾個假想天體所產(chǎn)生的，這些假想天體對海水所引起的潮汐稱為水所引起的潮汐稱為分潮分潮。常用分潮及其周期、相對振幅常用分潮及其周期、相對振幅