平衡潮理论

ReviewA.引潮力(TPF)：地球绕地月公共质心运动所产生的惯性离心力与月球引力的合力。公转惯性离心力月球引力222xMEgrxKMfpm222DMEgrDKMfcm与地月中心连线平行，背离月球方向都指向月球中心月球引潮力2sin)(23)1cos3()(F323VDrEgMFDrEgMH太阳引潮力'3'''23''2sin)(23)1cos3()(FDrEgSFDrEgSHV水平垂直水平垂直=90,FV最小，指向地心①F与有关FV:=0,180°FV最大，背离地心FH：=0,90,180°FH为0=45,135°FH最大②地球中心FH=FV=0③海洋潮汐现象主要由月球产生，其次是太阳B.潮汐静力理论基本思想：海面为球面假设前提引潮力、重力作用潮汐椭球（长轴指向月球）地球自转潮汐(光滑圆球、全水、无惯性、无粘性、fc,F不考虑)(1)=0(赤道)始终是正规半日潮(2)月=0，各正规半日潮(3)当月0时，高纬(||90°||)出现正规日潮(4)当月0时，其他纬度出现日不等现象：→0，半日潮成分越大；→±90°，日潮成分越显著1）定性解释a)不同纬度的潮汐类型b)朔望大潮和方照小潮2）定量平衡潮高公式？(二)平衡潮潮高公式1.将海面相对原静止水面的升高记为hm,若考虑引潮力后的海面为一等势面，则等重力势面Chm1CghCmC1—常数，可根据考虑F前后海面所围成的体积相等这一条件确定C—不考虑F下与海面重叠的那个等重力势面的位势)31(cos23)31(cos23234232DrEgMDMrKSSMMCDrEShCDrEMh)31'(cos'23)31(cos23234234CM、CS为常数将M、S、E、r、D、D’的平均值代入SSMMChCh)1'cos3(8)1cos3(1822S=333400E；E=81.5M；D’=389DD=60.3r；r=6400km当=0，180°hM最小=-18cm+CM当=90，270°hM最大=36cm+CM太阴平衡潮最大潮差为[36+CM-(-18+CM)]=54cm同理，太阳平衡潮最大潮差为24cm可见，平衡潮的最大可能潮差为78cm(三)潮汐的变化周期（不等现象）1.日不等月最大时，日不等现象最显著，半日周期部分最小，全日周期部分最大回归潮月=0，全日周期为0，半日周期部分最大分点潮2.半月不等考虑太阳平衡潮，当T、T’相差0或180°(朔、望）潮差最大，形成朔望大潮当|T-T’|=90、270°（上、下弦），潮差最小，形成两弦小潮3.月不等hM1/D3，当月近地点时，潮差最大；远地点时，潮差较小，出现潮汐的月周期变化4.年不等对太阳潮，地球近日点也有一年的变化周期5.18.61年不等月赤纬有18.61年的变化周期(四)八分算潮法——潮时的计算1.计算式高潮时=月中天时+高潮间隙=[农历日期-1(或16)]0.8+高潮间隙月中天时=[农历日期-1(或16)]0.8(上半月减1，下半月减16)农历初一零时月下中天，十六零时月上中天，其后月中天时刻每天推迟50或48分3.例：求厦门港初七的高、低潮时高潮时I=(7-1)*0.8+0002=4.8+0002=0448+0002=0450II=0450+1224=1714低潮时I=0450+0612=1102II=1714+0612=23262.高潮间隙：月中天时至下一个高潮发生时刻的时间间隔如月中天时发生在低潮前15分，则高潮间隙=厦门高潮间隙0002，福州0030，青岛0500，威海1050，大连1055，烟台1025，汕头01500015+0612=06274.说明1)时间的表示法，前两位数表示时，后两位表示分钟2)时间的加、减法：a)60进制；b)农历下半月应减去16，不是13)适用正规半日潮港，对于正规日潮和混合潮区，误差较大4)由于太阴日长于平太阳日，因此一天中可能会只出现一次高潮或一次低潮的情况5)高潮间隙是个平均值，实际上各港湾（或海区）的高潮间隙每天都不同，所以利用此式计算的高低潮时与实际可能有一个小时左右的时差6)由该式算出的高、低潮时是指地方时7)计算步骤：a)求中天时刻；b)求高潮间隙；c)求出一个高潮时；d)求出其它高低潮时；e)舍去不合题意的高低潮时书P2326.用八分算潮法列出农历二十二日厦门和大连的高、低潮时厦门的高潮间隙0002大连1055高潮时=[农历日期-1(或16)]0.8+高潮间隙厦门：(22-16)0.8+0002=04500450+0612=11020450+1224=17141714+0612=2326高潮时：0450、1714低潮时：1102、2326大连：(22-16)0.8+1055=15431543+0612=21551543-0612=09311543-1224=0319高潮时：0319、1543低潮时：0931、21557.已知某港每当月中天时出现低潮，请列出该港农历初八的各次高、低潮时高潮间隙：0612(8-1)0.8+0612=11481148-0612=05361148+0612=18001148+1224=2412高潮时：1148低潮时：0536、18008.某年学生到某一正规半日潮海湾实习，初到之日(农历四月初五)观测得知该海湾18时26分为高潮时，请计算出第二天和农历二十日该海湾的高、低潮时，(5-1)0.8+x=1826x=1514高潮间隙：1514-1224=0250(6-1)0.8+0250=06500650-0612=00380650+0612=13020650+1224=1914初六：高潮时：0650、1914低潮时：0038、1302二十：(20-16)0.8+0250=06020602+1224=18260602+0612=12140602-0612=高潮时：0602、1826低潮时：1214(五)对潮汐静力理论的评价1.正确性1)建立在客观存在的引潮力上2)潮汐的周期与实际相符合3)最大可能潮差与实际大洋的潮差大致相同2.缺点1)太理想化2)海水没有惯性，与实际不符3)没有考虑海水的运动，无法解释潮流运动4)忽略了科氏力，无法解释宽海湾的一些海洋现象，如无潮点5)近岸潮差与理论结果相差很大hM=K0h0+K1h1+K2h2(K0、K1、K2由实测决定)——半经验公式•实际上，赤道附近地区也出现日潮•多数地方大潮出现在朔望日之后，迟后的天数称为潮龄EquilibriumTideTheoryRoughlyExplains:•diurnal,semidiurnalandmixedsemidiurnaltides•spring/neaptideseriesDynamicTidalAnalysisThemathematicalstudyoftheactualtidesastheyreallyoccuronEarthiscalleddynamictidalanalysis.•Modifiedbythelandmasses,thegeometryoftheoceanbasins,andtheearth’srotation五、潮汐动力理论(一)基本思想1.内容(1)只有水平引潮力才是重要的，Fv不重要（Fv=1.15×10-7g）(2)潮波运动除受到FH作用外，还受到地转偏向力、摩擦力和海洋的形态特征(如水深、宽度、海陆分布等）的影响2.潮波可被看成是一种长波，满足ghc1.定性结果(北半球)BC(1)设一个潮波从北边传入长海峡，显然这个潮波是沿海峡轴线方向传播的前进波(2)根据前进波的性质，波峰处水质点与潮波传播方向相同，波谷处相反(二)长海峡中的潮波和潮流BC断面波峰线高潮潮流速度最大方向向南fcBC(3)(4)BC断面波谷线低潮潮流速度最大方向向北fcBC(5)B岸C岸高潮低潮潮差水位高水位低水位低水位高大小CB平均海平面(6)波峰前(后)节点传到BC断面，半潮面，潮流为0(7)沿潮波方向看，北半球的长海峡中，右岸的潮差大于左岸的潮差BC台湾海峡位于福建省和台湾省之间，是连接东海和南海的通道。它的北界从台湾省的富贵角到福建省的平潭岛，相距172km，南界从台湾省的猫鼻头到福建省的东山岛，宽约370km，南北长约333km，面积约7.7万平方公里，平均水深为60m，在海峡西侧的福建沿岸一般不超过50m，海峡北部和中部的水深约为40~80m，而海峡东南部水深较大，最大水深约1400m。台湾海峡的海底属东海大陆架区，地形颇为复杂，海底冲刷十分剧烈，从而形成不规则的水下洼地、隆起和沟槽等侵蚀海底形态。台湾浅滩位于台湾海峡南部东山岛与澎湖列岛之间，由若干个东西向的、连续排列的水下沙堤组成，东西长约213km,南北宽约93km，呈椭圆形近东西向分布，是台湾海峡水深较小的地方，平均水深在20m左右，最浅处仅8.2m。闽南-台湾浅滩渔场位于台湾海峡这一著名的海上走廊的南口，是我国东南海域重要的大陆架渔场。该海区属于亚热带型季风气候区，海底地形复杂，加上多种水系在该处交汇，形成其独特复杂的海洋环境，在我国东南沿海工业、农业、交通运输业的发展中占有极为重要的经济地位。为了解释台湾海峡北部潮汐、潮流的特点，首先应弄清台湾海峡北部的潮波系统。由于我国海区的面积与大洋相比小很多，海区本身受月球和太阳引潮力作用而产生的潮汐是很小的，所以，我国海区潮汐的形成主要是由太平洋的潮波传入而引起的，当西太平洋的潮波由琉球群岛进入东海时，有一个分支在台湾海峡北部朝西南方向沿着台湾海峡(东北-西南走向)传播，这样就在台湾海峡北部形成一个潮波系统。2.例：台湾海峡北部断面潮汐潮流特征(1)高潮时，潮流流速最大，流向西南(2)低潮时，潮流流速最小，流向东北(3)半潮时，潮流流速为0(4)福建沿岸潮差大，一般可达5米，而台湾西海岸的潮差较小，通常只有3米左右(5)台湾海峡北部的潮波系统是太平洋潮波的一个分支在台湾海峡北部朝西南方向沿台湾海峡传播所形成的1.P2329.设潮波自台湾海峡北部传入海峡，那么，平潭高潮后隔多长时间厦门发生高潮？（设厦门-平潭距离100公里，平均水深60m)小时）(14.1)(101.425.2410100/25.24608.933scxtsmghc(三)窄长半封闭海湾中的潮汐和潮流1.定性解释(1)设有一个前进潮波(入射波)由外海传入窄长半封闭海湾，由于湾顶岸壁的全反射产生一个反射波，这两个波叠加而成的驻波构成了窄长半封闭海湾的潮波(2)海湾各时刻潮流可看作是入射波潮流和反射波潮流叠加而形成的；(3)海湾中潮波波面也是入射波面和相应的反射波面的叠加00000000000t=2T/4t=000000t=3T/4t=T/4000000腹线节线腹线b/2(4)结论a.离湾顶/4、3/4…处，海面不升降，称为无潮线(节线)b.湾顶和离湾顶2/4、4/4…处,潮差最大，称为波腹线c.就空间而言，波腹处始终无潮流，波节处潮流可达最大d.就时间而言，高、低潮时刻，潮流处处为0；海面处于半潮面时，波节处流速最大，波腹处流速为0e.由于实际窄长半封闭海湾长度不大于/4，因此涨潮期间，潮流向湾内，涨至半潮面，流速最大退潮期间，潮流向湾外，退至半潮面，流速最大平潮时，潮流流速处处为0低潮时，流速为0湾口潮差比湾顶潮差小00000000000t=2T/4t=000000t=3T/4t=T/4000000腹线节线腹线b/2如：厦门港h=15m540km)(44640)/(12.12/12.12ssmcTsmghc/4=135km，W厦门湾=13km2.定量结果(1)设有一个等深h的半封闭窄海湾，长度为/2，宽度b.取XOZ坐标系，X轴指向湾口，坐标系原点取在离湾顶/4处的平均海平面上，如图所示b/4zox(2)令湾顶低潮时刻为t=0(3)海湾的潮位)2