海洋科學(xué)導(dǎo)論-第六章

1、學(xué)習(xí)目的 潮汐作為海水的周期性運(yùn)動(dòng)與人類與海洋生物密切相關(guān)。 通過(guò)該章學(xué)習(xí)，應(yīng)該了解潮汐的一些基本要素；掌握用來(lái)解釋潮汐現(xiàn)象的平衡潮理論和潮汐動(dòng)力理論的基本思想；能夠運(yùn)用潮汐理論定性解釋一些常見(jiàn)的潮汐現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)潮汐運(yùn)動(dòng)的一些基本規(guī)律，了解中國(guó)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(xiàn)象第二節(jié)、潮汐的成因第三節(jié)、與潮汐有關(guān)的天文知識(shí)第四節(jié)、潮汐靜力理論第五節(jié)、潮汐動(dòng)力學(xué)理

2、論第六節(jié)、潮流第七節(jié)、世界大洋近岸及中國(guó)近海潮汐和潮流,第一節(jié)、潮汐現(xiàn)象 海水在月球和太陽(yáng)引潮力的作用下發(fā)生的周期運(yùn)動(dòng)。,垂直漲落水平流動(dòng),潮汐潮流,一、潮汐要素,高潮、低潮——潮汐漲落一周期內(nèi)，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(shí)、低潮時(shí)——平潮、停潮的中間時(shí)刻。,漲潮——落潮——,海面由低潮到高潮的上升過(guò)程海面由高潮到低潮下降的過(guò)程,漲潮所需要的時(shí)

3、間落潮所需要的時(shí)間,漲潮時(shí)——落潮時(shí)——,平均海平面 多年平均海平面(18.6年)：海平面1959年9月：我國(guó)采用“黃海平均海平面”(黃海零面)作為全國(guó)大地高度的起算面。1987年5月：改用“1985國(guó)家高程標(biāo)準(zhǔn)”作為起算面，青島驗(yàn)潮站27年觀測(cè)的潮位平均值。海圖基準(zhǔn)面：我國(guó)1956年以后，采用理論深度基準(zhǔn)面。,高潮高、低潮高——高潮面和低潮面到潮汐基準(zhǔn)面（海圖基準(zhǔn)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(shí)間間隔。,潮升——高潮的平均高度,潮齡——朔、望日到大潮來(lái)臨的時(shí)間間隔,,,,,,,,太陰日:,地球上某定點(diǎn)先后兩次對(duì)月位置的時(shí)間間隔 約為24小時(shí)48分,,二、潮汐類型,1.正規(guī)半日潮,一個(gè)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(shí)約等于落潮時(shí)。,一個(gè)月中多數(shù)日子里，一個(gè)太陰日內(nèi)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(gè)太陰日內(nèi)，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(shí)和落潮時(shí)也不相等。,不正規(guī)日潮,在半個(gè)月中，一個(gè)太陰日出現(xiàn)日潮的現(xiàn)象少于七天，其余天數(shù)均為不正規(guī)半日潮性質(zhì),第二節(jié)、潮汐的成因,一、地月運(yùn)動(dòng)和月相變化,,,,,,E(地球質(zhì)量)=81.5M(月球質(zhì)量)D(地月間距離)=60r(地球半徑)地月運(yùn)動(dòng)公共質(zhì)心：距地心0.73r,,朔,上弦,望,下弦,朔,,二、引潮力1、月球?qū)Φ厍騿挝毁|(zhì)量物體的引力,,k：萬(wàn)

6、有引力常數(shù)M：月球質(zhì)量x：月球離地球上任一點(diǎn)的距離,2、地球繞地月公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性離心力 作用在地球上各點(diǎn)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(zhì)量物體的慣性離心力(mrω2) =月球?qū)Φ匦牡囊?,,,月球?qū)Φ厍騿挝毁|(zhì)量物體的引力,地球上各點(diǎn)受慣性離心力,3、引潮力定義 地球上單位質(zhì)量的物體受

7、到的月球引力與因地球繞地月公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。,4、引潮力公式,,,,,,,x,θ,φ,P點(diǎn)單位質(zhì)量物體所受到的月球引力：,p,,P點(diǎn)的慣性離心力：,θ：天頂距地表觀測(cè)點(diǎn)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(zhì)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(yáng)

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(dá)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(diǎn)。,3）地心受到的引潮力為零。4）太陽(yáng)引潮力，除了力的坐標(biāo)系統(tǒng)固定的朝向太陽(yáng)中心外，分布規(guī)律與月球引潮力對(duì)應(yīng)相似。5）地球自轉(zhuǎn)，地面上各點(diǎn)引潮力將出現(xiàn)周期性變化。 天體的運(yùn)動(dòng)，使地面引潮力出現(xiàn)復(fù)雜的周期性變化。,第三節(jié)、與潮汐有關(guān)的天文知識(shí)一、天球和天球坐標(biāo),天頂天底,：觀察者所在點(diǎn)與地心連線， 向上伸延至天球的點(diǎn)：向下伸延至天球的點(diǎn)

10、,天子午圈： 通過(guò)天極和天頂所作的大圓,,,時(shí)圈 ：通過(guò)兩極和天體視位置所作大圓。,天體方位圈： 通過(guò)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(kāi)的角度,,中天：天體通過(guò)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(shí)圈至天赤道的弧。,二、太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)及其主要周期,二、太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)及其主要周期,黃道：太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)軌道 與天赤道平均交角約為23°

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

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

13、 29.5306天交點(diǎn)月：月球前后兩次通過(guò)升交點(diǎn)或降交點(diǎn)的時(shí)間間隔 27.2122天,近點(diǎn)月 月球先后兩次到達(dá)近地點(diǎn)的時(shí)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(lái)的球形海面，成為“潮汐橢球”。地球自轉(zhuǎn)，對(duì)于某一固定地點(diǎn)的海面來(lái)說(shuō)，形成周期性漲落的潮汐。,二、潮汐橢球與潮

14、汐現(xiàn)象1、半日周期潮,,,,A,,A1,A2,A3,月赤緯=0 分點(diǎn)潮 赤道潮,,2、潮汐的日不等現(xiàn)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(xiàn)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(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，月球繞地球運(yùn)行一周的一個(gè)交點(diǎn)月內(nèi)，出現(xiàn)兩次分點(diǎn)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(gè)朔望月周期,,,57r,63.7r,近點(diǎn)月周期潮,,近點(diǎn)年周期,5、長(zhǎng)周期的潮汐現(xiàn)象,四、潮汐推算1、潮汐表 潮時(shí)、潮高,2、八分算潮法求概略潮時(shí),,,,中天時(shí),,月亮：初一或十六日上（下）中天時(shí)與太陽(yáng)大致相同，12：00 或 0：

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

17、潮時(shí)=1508+612=2120,具有實(shí)用價(jià)值 缺點(diǎn)：淺海、近岸地區(qū)的潮差與理論結(jié)果相差較大；無(wú)法解釋潮流現(xiàn)象；無(wú)法解釋在一些半封閉的海灣中，出現(xiàn)無(wú)潮點(diǎn)，同潮時(shí)線繞無(wú)潮點(diǎn)順時(shí)針或反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，兩岸的潮差不等的現(xiàn)象；赤道和低緯度地區(qū)出現(xiàn)日潮，與理論結(jié)果差異大；高潮間隙及潮齡的出現(xiàn)。,五、對(duì)潮汐靜力學(xué)理論的評(píng)價(jià),第五節(jié)、潮汐動(dòng)力學(xué)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(dá)，發(fā)生高潮，波谷到達(dá)，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(lái)源：1）、天體引潮力直接作用形成的，強(qiáng)迫振動(dòng)。2）、由外海的傳入，使其中的海水產(chǎn)生的振動(dòng)， —自由振動(dòng),海和灣的固有振動(dòng)決定于面積、深度和形態(tài)海和灣的固有振動(dòng)周期與強(qiáng)迫振動(dòng)的周期接近時(shí)，

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(wú)限長(zhǎng)的溝渠只有前進(jìn)波,,,,,,,,,,,,地轉(zhuǎn)偏向力的作用，波峰自左向右堆積，波谷處水質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向相反，波谷處自左向右下傾。,二、旋轉(zhuǎn)潮波北半球的半封閉海灣，長(zhǎng)度和寬度都等于潮波波長(zhǎng)的一半 前進(jìn)波由于灣頂?shù)姆瓷湫纬神v波,波腹處水質(zhì)點(diǎn)只作垂直運(yùn)動(dòng)水質(zhì)點(diǎn)通過(guò)波節(jié)時(shí)只作水平運(yùn)動(dòng)波面處于最高、最低位

20、置，水質(zhì)點(diǎn)速度為零，波面升降速度為零；波面處于水平位置時(shí)，流速的絕對(duì)值最大，波面升降最快。,兩個(gè)振動(dòng)的節(jié)線交點(diǎn)上，潮汐漲落為0 ------無(wú)潮點(diǎn)。,,無(wú)潮點(diǎn)右高潮時(shí)t=0，無(wú)潮點(diǎn)左高潮時(shí)t=1/2T，無(wú)潮點(diǎn)前后t=1/4T、3/4T時(shí)發(fā)生高潮,同潮時(shí)線：連接同時(shí)發(fā)生高潮或低潮的線,等潮差線：潮差相同地點(diǎn)的連線,旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)：等潮差線環(huán)狀分布，同潮時(shí)線放射狀

21、旋轉(zhuǎn)方向：北半球-反時(shí)針 南半球-順時(shí)針進(jìn)行波系統(tǒng)：等潮差線基本平行，同潮時(shí)線基本平行。,三、高潮間隙和潮齡的出現(xiàn) 潮波運(yùn)動(dòng)受地轉(zhuǎn)偏向力、慣性、摩擦力、地形等影響。,四、潮汐的性質(zhì)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(guān)系：,,,,,,一、來(lái)復(fù)流潮流流向在一個(gè)周期內(nèi)不遍及360°的往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 兩次接近于0 海峽、水道、河口或狹窄港灣,二、旋轉(zhuǎn)流流向作周期性旋轉(zhuǎn)的潮流。 廣闊海區(qū)旋轉(zhuǎn)方向北半球：順時(shí)針?lè)较颍习肭颍耗鏁r(shí)針?lè)较虺辈ū舜烁缮?，順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较?第七節(jié) 、世界大洋近岸及中國(guó)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(guó)近海潮汐（一）潮波傳播,西太平洋潮波：一支進(jìn)入東海，一支進(jìn)入南海。,1.半日潮 太陰主要半日分潮,東海，前進(jìn)波黃海，旋轉(zhuǎn)潮波旋轉(zhuǎn)中心：A:34°N，122E°附近B:成山頭外反時(shí)針,1.半日潮 太陰主要半日分潮,渤海，旋轉(zhuǎn)潮波旋轉(zhuǎn)中心：A:渤海海峽中央偏西

24、南;B:遼東灣灣口偏西.反時(shí)針,黃海 、渤海旋轉(zhuǎn)潮波中心：黃海南部渤海海峽 反時(shí)針,2.日潮 太陽(yáng)全日分潮,(二) 潮汐性質(zhì),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(jì)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(cè)：不正規(guī)半日潮，潮差很小。,東海，臺(tái)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(zhì),(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