海洋科学导论-第六章

学习目的潮汐作为海水的周期性运动与人类与海洋生物密切相关。通过该章学习，应该了解潮汐的一些基本要素；掌握用来解释潮汐现象的平衡潮理论和潮汐动力理论的基本思想；能够运用潮汐理论定性解释一些常见的潮汐现象，认识潮汐运动的一些基本规律，了解中国海潮汐和潮流的基本特性。第六章、潮汐第六章、潮汐第一节、潮汐现象第二节、潮汐的成因第三节、与潮汐有关的天文知识第四节、潮汐静力理论第五节、潮汐动力学理论第六节、潮流第七节、世界大洋近岸及中国近海潮汐和潮流第一节、潮汐现象海水在月球和太阳引潮力的作用下发生的周期运动。垂直涨落水平流动潮汐潮流一、潮汐要素高潮、低潮——潮汐涨落一周期内，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，持续不涨不落的状态高潮时、低潮时——平潮、停潮的中间时刻。涨潮——落潮——海面由低潮到高潮的上升过程海面由高潮到低潮下降的过程涨潮所需要的时间落潮所需要的时间涨潮时——落潮时——平均海平面多年平均海平面(18.6年)：海平面1959年9月：我国采用“黄海平均海平面”(黄海零面)作为全国大地高度的起算面。1987年5月：改用“1985国家高程标准”作为起算面，青岛验潮站27年观测的潮位平均值。海图基准面：我国1956年以后，采用理论深度基准面。高潮高、低潮高——高潮面和低潮面到潮汐基准面（海图基准面）的距离潮差〈tiderange〉——相邻高、低潮位之差高潮间隙——高潮落后于月中天的时间间隔。潮升——高潮的平均高度潮龄——朔、望日到大潮来临的时间间隔太阴日:地球上某定点先后两次对月位置的时间间隔约为24小时48分二、潮汐类型1.正规半日潮一个太阴日里有两次高潮和低潮，相邻高潮和低潮的潮高几乎相等，涨潮时约等于落潮时。一个月中多数日子里，一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮，其余日子一天两次潮。2.全日潮3.混合潮不正规半日潮在一个太阴日内，有两次高潮和低潮，但两相邻的高潮或低潮高度不等，涨潮时和落潮时也不相等。不正规日潮在半个月中，一个太阴日出现日潮的现象少于七天，其余天数均为不正规半日潮性质第二节、潮汐的成因一、地月运动和月相变化E(地球质量)=81.5M(月球质量)D(地月间距离)=60r(地球半径)地月运动公共质心：距地心0.73r朔上弦望下弦朔二、引潮力1、月球对地球单位质量物体的引力2xfMkpk：万有引力常数M：月球质量x：月球离地球上任一点的距离2、地球绕地月公共质心运动产生的惯性离心力作用在地球上各点的惯性离心力大小相等，方向相互平行，背离月球。惯性离心力：mrω2地心单位质量物体的惯性离心力(mrω2)=月球对地心的引力2DMEK0Ef2DMK0f月球对地球单位质量物体的引力地球上各点受惯性离心力3、引潮力定义地球上单位质量的物体受到的月球引力与因地球绕地月公共质心运动所产生的惯性离心力的合力。4、引潮力公式xθφP点单位质量物体所受到的月球引力：p2xfMkpP点的惯性离心力：2DMK0fθ：天顶距地表观测点和地心的连线与地月连线的夹角水平引潮力cosDMk-)cos(Mk22xFv=垂直引潮力Fh=sinDMk-)sin(Mk22x223sinDKMr3hF1)-(3cosDKMr23vFErgK2223sinDrEM33gFh1)-(3cosDrEM233gFv5、引潮力的分布1）引潮力量值与天体的质量成比例，和天体到地球中心距离的立方成反比。太阴引潮力F=2.80×l0-8g(6cos2θ+10)1/2太阳引潮力F’=1.29×10-8g(6cos2θ’+10)1/22）月球引潮力随天顶距的变化而变化θ=0º、180º垂直分量最大，约为1.12×10-7g，方向背离地心。θ=90º、270º，垂直分量量值为最大值之半，方向指向地心θ=0º、90º、180º、270º水平分量为零θ=45º、=135º，水平分量达最大值水平分量的方向在地球表面分别指向地月中心连线在地表的交点。3）地心受到的引潮力为零。4）太阳引潮力，除了力的坐标系统固定的朝向太阳中心外，分布规律与月球引潮力对应相似。5）地球自转，地面上各点引潮力将出现周期性变化。天体的运动，使地面引潮力出现复杂的周期性变化。第三节、与潮汐有关的天文知识一、天球和天球坐标天顶天底：观察者所在点与地心连线，向上伸延至天球的点：向下伸延至天球的点天子午圈：通过天极和天顶所作的大圆时圈：通过两极和天体视位置所作大圆。天体方位圈：通过天顶、天体和天底的大圆天顶距：天体与天顶在天体方位圈上所张开的角度中天：天体通过天子午圈天体靠近天顶—上中天天体靠近天底—下中天天赤道赤纬：天体沿时圈至天赤道的弧。二、太阳的视运动及其主要周期二、太阳的视运动及其主要周期黄道：太阳的周年视运动轨道与天赤道平均交角约为23°27′二分点：春分点：南→北秋分点：北→南二至点：夏至点：北赤纬最大(+23°27′)冬至点：南赤纬最大(-23°27′)夏至点冬至点平太阳日和平太阳时回归年：太阳相继两次通过春分点的时间间隔=365.2422天岁差：春分点沿黄道缓慢的向西移动周期约为26000年近点年：地球两次到达近日点的时间间隔=365.2596天变化周期约21000年三、月球的视运动及其主要周期三、月球的视运动及其主要周期白道：月球绕地球运动在天球上的投影白道与黄道交角平均为5°9′升交点降交点：由南向北穿过黄道的交点：由北向南穿过黄道的交点变化周期：18.61年升交点降交点平太阴日和平太阴时一平太阴日=24.8412平太阳时朔望月：月相完全更替一轮的周期29.5306天交点月：月球前后两次通过升交点或降交点的时间间隔27.2122天近点月月球先后两次到达近地点的时间27.554551天变化周期：8.85年第四节、潮汐静力理论一、平衡潮理论引潮力的作用，使原来的球形海面，成为“潮汐椭球”。地球自转，对于某一固定地点的海面来说，形成周期性涨落的潮汐。二、潮汐椭球与潮汐现象1、半日周期潮AA1A2A3月赤纬=0分点潮赤道潮2、潮汐的日不等现象和日周期潮BB1C1C回归潮AA11）南、北半球同纬度潮汐涨落情况相同。2）赤道始终是规则半日潮。3）高纬度海区出现全日潮。4）其他纬度，为周日不等的混合潮，接近赤道，半日潮成分大，接近两极全日潮的成分显著。CBA5）以黄白交点为基准点，月球绕地球运行一周的一个交点月内，出现两次分点潮和回归潮。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个朔望月周期57r63.7r近点月周期潮近点年周期5、长周期的潮汐现象四、潮汐推算1、潮汐表潮时、潮高2、八分算潮法求概略潮时中天时月亮：初一或十六日上（下）中天时与太阳大致相同，12：00或0：00八分算潮法的公式：上半月高潮时=高潮间隙+（农历日期-1）×0.8下半月高潮时=高潮间隙+（农历日期-16））×0.8例：已知某正规半日潮性质的港口，高潮间隙为1020，求农历11月初7的高低潮时。高潮时=1020+（7-1）×0.8=1020+4.8=1020+0448=1508另一高潮时=1508-1224=0244低潮时=1508-612=0856另一低潮时=1508+612=2120具有实用价值缺点：(1)浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差较大；(2)无法解释潮流现象；(3)无法解释在一些半封闭的海湾中，出现无潮点，同潮时线绕无潮点顺时针或反时针旋转，两岸的潮差不等的现象；(4)赤道和低纬度地区出现日潮，与理论结果差异大；(5)高潮间隙及潮龄的出现。五、对潮汐静力学理论的评价第五节、潮汐动力学理论潮汐是在水平引潮力周期性变化的作用下，周期与引潮力相同的一种波浪--------潮汐波。波峰到达，发生高潮，波谷到达，发生低潮一、潮差：1、海和湾的潮差大的原因原因一:海和湾的潮汐来源：1）、天体引潮力直接作用形成的，强迫振动。2）、由外海的传入，使其中的海水产生的振动，—自由振动海和湾的固有振动决定于面积、深度和形态海和湾的固有振动周期与强迫振动的周期接近时，------“共振”原因二：深度变浅，波能集中，波高增大2、北半球右岸比左岸潮差大北半球无限长的沟渠只有前进波地转偏向力的作用，波峰自左向右堆积，波谷处水质点流动方向相反，波谷处自左向右下倾。二、旋转潮波北半球的半封闭海湾，长度和宽度都等于潮波波长的一半前进波由于湾顶的反射形成驻波波腹处水质点只作垂直运动水质点通过波节时只作水平运动波面处于最高、最低位置，水质点速度为零，波面升降速度为零；波面处于水平位置时，流速的绝对值最大，波面升降最快。两个振动的节线交点上，潮汐涨落为0------无潮点。无潮点右高潮时t=0，无潮点左高潮时t=1/2T，无潮点前后t=1/4T、3/4T时发生高潮同潮时线：连接同时发生高潮或低潮的线等潮差线：潮差相同地点的连线旋转潮波系统：等潮差线环状分布，同潮时线放射状旋转方向：北半球-反时针南半球-顺时针进行波系统：等潮差线基本平行，同潮时线基本平行。三、高潮间隙和潮龄的出现潮波运动受地转偏向力、惯性、摩擦力、地形等影响。四、潮汐的性质取决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/半日分潮的振幅=3---------------------------全日潮第六节、潮流固定海区，潮流流速与潮差的关系：某日潮差某日流速大潮日潮差大潮日流速小潮日潮差小潮日流速一、来复流潮流流向在一个周期内不遍及360°的往复运动，两次接近于0海峡、水道、河口或狭窄港湾二、旋转流流向作周期性旋转的潮流。广阔海区旋转方向1.北半球：顺时针方向，南半球：逆时针方向2.潮波彼此干涉，顺时针或逆时针方向第七节、世界大洋近岸及中国近海潮汐一、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为主，二、中国近海潮汐（一）潮波传播西太平洋潮波：一支进入东海，一支进入南海。1.半日潮太阴主要半日分潮东海，前进波黄海，旋转潮波旋转中心：A:34°N，122E°附近B:成山头外反时针1.半日潮太阴主要半日分潮渤海，旋转潮波旋转中心：A:渤海海峡中央偏西南;B:辽东湾湾口偏西.反时针黄海、渤海旋转潮波中心：黄海南部渤海海峡反时针2.日潮太阳全日分潮(二)潮汐性质秦皇岛附近：日潮，外围：不正规日潮莱州湾西北黄河口外,不正规日潮。渤海湾不正规半日潮。渤海海峡、黄海北部海岸、黄海沿岸：半日潮和不正规半日潮。纪姆角-威海：半日潮成山头附近：全日潮周围环抱混合潮海州湾外侧：不正规半日潮，潮差很小。东海，台湾西：半日潮，东：不正规半日潮宁波附近：不正规半日潮。广州湾、海南岛北和琼州海峡东：不正规半日潮海南岛东南的南海：不正规日潮北部湾和海南岛西北：全日潮(二)潮汐性质(三)沿海潮差情况1.渤海中部2m，近岸约3m，辽东湾顶部、渤海湾顶部4m2.黄海中央及山东半岛北岸2-3m，辽宁南岸3-8m，山东南岸及江苏沿岸4m。3.东海浙江、福建沿岸7m以上4.南海广州湾附近约3.5m海南岛东岸1.8m北部湾潮差最大,3-5m，顶部5-6m。规律：1.旋转中心潮差边缘潮差2.潮波传播方向，右边左边。3.湾底湾口，近岸外海