海洋科學導論-第六章

1、學習目的 潮汐作為海水的周期性運動與人類與海洋生物密切相關。 通過該章學習，應該了解潮汐的一些基本要素；掌握用來解釋潮汐現象的平衡潮理論和潮汐動力理論的基本思想；能夠運用潮汐理論定性解釋一些常見的潮汐現象，認識潮汐運動的一些基本規(guī)律，了解中國海潮汐和潮流的基本特性。,第六章、潮 汐,第六章、潮 汐,第一節(jié)、潮汐現象第二節(jié)、潮汐的成因第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識第四節(jié)、潮汐靜力理論第五節(jié)、潮汐動力學理

2、論第六節(jié)、潮流第七節(jié)、世界大洋近岸及中國近海潮汐和潮流,第一節(jié)、潮汐現象 海水在月球和太陽引潮力的作用下發(fā)生的周期運動。,垂直漲落水平流動,潮汐潮流,一、潮汐要素,高潮、低潮——潮汐漲落一周期內，最高位置和最低位置,一、潮汐要素,平潮、停潮——高潮和低潮的海面，持續(xù)不漲不落的狀態(tài),高潮時、低潮時——平潮、停潮的中間時刻。,漲潮——落潮——,海面由低潮到高潮的上升過程海面由高潮到低潮下降的過程,漲潮所需要的時

3、間落潮所需要的時間,漲潮時——落潮時——,平均海平面 多年平均海平面(18.6年)：海平面1959年9月：我國采用“黃海平均海平面”(黃海零面)作為全國大地高度的起算面。1987年5月：改用“1985國家高程標準”作為起算面，青島驗潮站27年觀測的潮位平均值。海圖基準面：我國1956年以后，采用理論深度基準面。,高潮高、低潮高——高潮面和低潮面到潮汐基準面（海圖基準面）的距離,潮差〈tide range〉——相鄰高、

4、低潮位之差,高潮間隙——高潮落后于月中天的時間間隔。,潮升——高潮的平均高度,潮齡——朔、望日到大潮來臨的時間間隔,,,,,,,,太陰日:,地球上某定點先后兩次對月位置的時間間隔 約為24小時48分,,二、潮汐類型,1.正規(guī)半日潮,一個太陰日里有兩次高潮和低潮，相鄰高潮和低潮的潮高幾乎相等，漲潮時約等于落潮時。,一個月中多數日子里，一個太陰日內只有一次高潮和一次低潮，其余日子一天兩次潮。,2. 全日潮,3. 混合潮 不正

5、規(guī)半日潮,在一個太陰日內，有兩次高潮和低潮，但兩相鄰的高潮或低潮高度不等，漲潮時和落潮時也不相等。,不正規(guī)日潮,在半個月中，一個太陰日出現日潮的現象少于七天，其余天數均為不正規(guī)半日潮性質,第二節(jié)、潮汐的成因,一、地月運動和月相變化,,,,,,E(地球質量)=81.5M(月球質量)D(地月間距離)=60r(地球半徑)地月運動公共質心：距地心0.73r,,朔,上弦,望,下弦,朔,,二、引潮力1、月球對地球單位質量物體的引力,,k：萬

6、有引力常數M：月球質量x：月球離地球上任一點的距離,2、地球繞地月公共質心運動產生的慣性離心力 作用在地球上各點的慣性離心力大小相等，方向相互平行，背離月球。 慣性離心力：mrω2,地心單位質量物體的慣性離心力(mrω2) =月球對地心的引力,,,,月球對地球單位質量物體的引力,地球上各點受慣性離心力,3、引潮力定義 地球上單位質量的物體受

7、到的月球引力與因地球繞地月公共質心運動所產生的慣性離心力的合力。,4、引潮力公式,,,,,,,x,θ,φ,P點單位質量物體所受到的月球引力：,p,,P點的慣性離心力：,θ：天頂距地表觀測點和地心的連線與地月連線的夾角,水平引潮力,,Fv=,垂直引潮力,Fh=,,,,,5、引潮力的分布 1）引潮力量值與天體的質量成比例，和天體到地球中心距離的立方成反比。太陰引潮力F=2.80×l0-8g(6cos2θ+10)1/2太陽

8、引潮力F’ =1.29×10-8g(6cos2θ’+10)1/2,2）月球引潮力隨天頂距的變化而變化,θ=0º、180º垂直分量最大，約為1.12×10-7g，方向背離地心。θ=90º、270º，垂直分量量值為最大值之半，方向指向地心,θ=0º、90º、180º、270º水平分量為零θ=45º、=135º，

9、水平分量達最大值水平分量的方向在地球表面分別指向地月中心連線在地表的交點。,3）地心受到的引潮力為零。4）太陽引潮力，除了力的坐標系統(tǒng)固定的朝向太陽中心外，分布規(guī)律與月球引潮力對應相似。5）地球自轉，地面上各點引潮力將出現周期性變化。 天體的運動，使地面引潮力出現復雜的周期性變化。,第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識一、天球和天球坐標,天頂天底,：觀察者所在點與地心連線， 向上伸延至天球的點：向下伸延至天球的點

10、,天子午圈： 通過天極和天頂所作的大圓,,,時圈 ：通過兩極和天體視位置所作大圓。,天體方位圈： 通過天頂、天體和天底的大圓天頂距：天體與天頂在天體方位圈上所張開的角度,,中天：天體通過天子午圈 天體靠近天頂—上中天 天體靠近天底—下中天,天赤道,赤緯：天體沿時圈至天赤道的弧。,二、太陽的視運動及其主要周期,二、太陽的視運動及其主要周期,黃道：太陽的周年視運動軌道 與天赤道平均交角約為23°

11、;27′二分點 ：,春分點：南→北秋分點：北→南,,,,二至點 ：,夏至點：北赤緯最大(+23°27′)冬至點：南赤緯最大(-23°27′),夏至點,冬至點,平太陽日和平太陽時 回歸年：太陽相繼兩次通過春分點的時間間隔 =365.2422天歲差：春分點沿黃道緩慢的向西移動 周期約為26000年,近點年 ：地球兩次到達近日點的時間間隔

12、 =365.2596天變化周期約21000年,三、月球的視運動及其主要周期,三、月球的視運動及其主要周期,白道 ：月球繞地球運動在天球上的投影 白道與黃道交角平均為5°9′,升交點降交點,：由南向北穿過黃道的交點：由北向南穿過黃道的交點,變化周期：18.61年,升交點,降交點,,,平太陰日和平太陰時 一平太陰日=24.8412平太陽時 朔望月：月相完全更替一輪的周期

13、 29.5306天交點月：月球前后兩次通過升交點或降交點的時間間隔 27.2122天,近點月 月球先后兩次到達近地點的時間 27.554551天 變化周期：8.85年,第四節(jié)、潮汐靜力理論一、平衡潮理論,引潮力的作用，使原來的球形海面，成為“潮汐橢球”。地球自轉，對于某一固定地點的海面來說，形成周期性漲落的潮汐。,二、潮汐橢球與潮

14、汐現象1、半日周期潮,,,,A,,A1,A2,A3,月赤緯=0 分點潮 赤道潮,,2、潮汐的日不等現象和日周期潮,,,,B,,B1,C1,C,,回歸潮,,A,A1,,,,1）南、北半球同緯度潮汐漲落情況相同。,2）赤道始終是規(guī)則半日潮。,3）高緯度海區(qū)出現全日潮。,4）其他緯度，為周日不等的混合潮，接近赤道，半日潮成分大，接近兩極全日潮的成分顯著。,C B

15、 A,5）以黃白交點為基準點，月球繞地球運行一周的一個交點月內，出現兩次分點潮和回歸潮。,3、大潮和小潮,方照小潮,朔望大潮,4、半月周期潮、月周期潮和年周期潮,半個朔望月周期,,,57r,63.7r,近點月周期潮,,近點年周期,5、長周期的潮汐現象,四、潮汐推算1、潮汐表 潮時、潮高,2、八分算潮法求概略潮時,,,,中天時,,月亮：初一或十六日上（下）中天時與太陽大致相同，12：00 或 0：

16、00,八分算潮法的公式：上半月 高潮時=高潮間隙+（農歷日期-1）×0.8下半月 高潮時=高潮間隙+（農歷日期- 16））×0.8,例：已知某正規(guī)半日潮性質的港口，高潮間隙為1020，求農歷11月初7的高低潮時。高潮時=1020+（7-1）×0.8=1020+4.8=1020+0448=1508另一高潮時=1508-1224=0244低潮時=1508-612=0856 另一低

17、潮時=1508+612=2120,具有實用價值 缺點：淺海、近岸地區(qū)的潮差與理論結果相差較大；無法解釋潮流現象；無法解釋在一些半封閉的海灣中，出現無潮點，同潮時線繞無潮點順時針或反時針旋轉，兩岸的潮差不等的現象；赤道和低緯度地區(qū)出現日潮，與理論結果差異大；高潮間隙及潮齡的出現。,五、對潮汐靜力學理論的評價,第五節(jié)、潮汐動力學理論潮汐是在水平引潮力周期性變化的作用下，周期與引潮力相同的一種波浪--------潮汐波。波峰到

18、達，發(fā)生高潮，波谷到達，發(fā)生低潮,一、潮差：1、海和灣的潮差大 的原因原因一:海和灣的潮汐來源：1）、天體引潮力直接作用形成的，強迫振動。2）、由外海的傳入，使其中的海水產生的振動， —自由振動,海和灣的固有振動決定于面積、深度和形態(tài)海和灣的固有振動周期與強迫振動的周期接近時，

19、 ------ “共振”,原因二：深度變淺，波能集中，波高增大,2、北半球右岸比左岸潮差大北半球無限長的溝渠只有前進波,,,,,,,,,,,,地轉偏向力的作用，波峰自左向右堆積，波谷處水質點流動方向相反，波谷處自左向右下傾。,二、旋轉潮波北半球的半封閉海灣，長度和寬度都等于潮波波長的一半 前進波由于灣頂的反射形成駐波,波腹處水質點只作垂直運動水質點通過波節(jié)時只作水平運動波面處于最高、最低位

20、置，水質點速度為零，波面升降速度為零；波面處于水平位置時，流速的絕對值最大，波面升降最快。,兩個振動的節(jié)線交點上，潮汐漲落為0 ------無潮點。,,無潮點右高潮時t=0，無潮點左高潮時t=1/2T，無潮點前后t=1/4T、3/4T時發(fā)生高潮,同潮時線：連接同時發(fā)生高潮或低潮的線,等潮差線：潮差相同地點的連線,旋轉潮波系統(tǒng)：等潮差線環(huán)狀分布，同潮時線放射狀

21、旋轉方向：北半球-反時針 南半球-順時針進行波系統(tǒng)：等潮差線基本平行，同潮時線基本平行。,三、高潮間隙和潮齡的出現 潮波運動受地轉偏向力、慣性、摩擦力、地形等影響。,四、潮汐的性質取決于分潮振幅之比,全日分潮的振幅/半日分潮的振幅=0.5--------------------半日潮,全日分潮的振幅/半日分潮的振幅=1；2------------------混合潮,全日分潮的振幅/半日

22、分潮的振幅=3---------------------------全日潮,第六節(jié)、潮流固定海區(qū)，潮流流速與潮差的關系：,,,,,,一、來復流潮流流向在一個周期內不遍及360°的往復運動， 兩次接近于0 海峽、水道、河口或狹窄港灣,二、旋轉流流向作周期性旋轉的潮流。 廣闊海區(qū)旋轉方向北半球：順時針方向，南半球：逆時針方向潮波彼此干涉，順時針或逆時針方向,第七節(jié) 、世界大洋近岸及中國近海

23、潮汐一、世界大洋近岸潮汐,印度洋沿岸主要是半日潮和混合潮，,大西洋沿岸主要是半日潮，,太平洋沿岸日潮和混合潮為主，,二、中國近海潮汐（一）潮波傳播,西太平洋潮波：一支進入東海，一支進入南海。,1.半日潮 太陰主要半日分潮,東海，前進波黃海，旋轉潮波旋轉中心：A:34°N，122E°附近B:成山頭外反時針,1.半日潮 太陰主要半日分潮,渤海，旋轉潮波旋轉中心：A:渤海海峽中央偏西

24、南;B:遼東灣灣口偏西.反時針,黃海 、渤海旋轉潮波中心：黃海南部渤海海峽 反時針,2.日潮 太陽全日分潮,(二) 潮汐性質,秦皇島附近：日潮 ，外圍：不正規(guī)日潮,萊州灣西北黃河口外, 不正規(guī)日潮。,渤海灣不正規(guī)半日潮。,渤海海峽、黃海北部海岸、黃海沿岸：半日潮和不正規(guī)半日潮。紀姆角-威海：半日潮,成山頭附近：全日潮 周圍環(huán)抱混合潮,海州灣外側：不正規(guī)半日潮，潮差很小。,東海，臺灣西：半日潮，東：不正規(guī)半日

25、潮,寧波附近：不正規(guī)半日潮。,廣州灣、海南島北和瓊州海峽東：不正規(guī)半日潮,海南島東南的南海：不正規(guī)日潮,北部灣和海南島西北：全日潮,(二) 潮汐性質,(三) 沿海潮差情況1.渤海中部2m，近岸約3m，遼東灣頂部、渤海灣頂部>4m2.黃海中央及山東半島北岸2-3m，遼寧南岸3-8m，山東南岸及江蘇沿岸> 4m。3.東海浙江、福建沿岸7m以上4.南海廣州灣附近約3.5m海南島東岸1.8m北部灣潮差最大