海洋潮汐课件

《海洋潮汐学》制作：肖付民海测教研室2000.9.1结束开始目录绪论第一章潮汐和潮流现象及其观测第二章潮汐静力学第三章分潮第四章潮汐动力学理论基础第五章潮汐分析第六章潮汐非调和常数第七章潮汐预报第八章潮流分析第九章平均海面第十章深度基准面第十一章验潮站有效范围第十二章水位改正结束绪论1。什么是海洋潮汐？•我国古代人民定义：白天里出现的海水涨落称为“潮”，而把夜晚出现的海水涨落称为“汐”。•准确定义：地球上各处的海水受到月球和太阳的引力，而使海水产生周期性上升和下降，这种海水的物理现象称之为海洋潮汐，以后简称为“潮汐”。*潮汐的分类：海洋潮汐.大气潮汐.固体潮。•潮汐的特点:长时间周期性继续返回2。为什么要研究海洋潮汐？•海洋潮汐在军事上.海洋工程上.科研上等各个方面都存在及其重要的意义。随着现代利用海洋和开发海洋的需要对海洋潮汐有深刻的了解和认识。（举例）•众所周知，海道测量是在运动的海面上进行的。测量载体利用测深仪器或其他测深工具在测深时，在同一地点不同的时刻得到的水深值是不同的值。这主要是载体在运动的海面上受到各种因素的影响，特别是海洋潮汐的影响。如何获取稳定的水深值，供使用着使用而不产生误解，是我们海道测量人员工作中一项重要工作。所以，需要系统地学习它。继续返回３.海洋潮汐研究的内容与方法？本书学习的主要目的是；研究，了解潮汐运动的规律，掌握其规律性。本书学习的主要内容是：进行潮汐分析和预报计算深度基准面求取水位改正值绪论结束返回第一章潮汐和潮流现象及其观测继续返回1.描述潮汐现象的有关术语？潮高潮高（低）潮、涨（落）潮、平潮与潮时、潮差与周期、涨（落）潮时间、月中天高（低）潮间隙继续见上图太阳地球地球轨道月球轨道50‘AA”B’B”AB月中天见图返回•月相（朔、望、弦）朔上弦下弦望地球月球太阳继续月球的阴阳圆缺与潮汐的涨落继续大潮与小潮太阳月球地球满月（望）高潮低潮太阳高潮低潮继续潮差上图BAA月中天NXS返回BA回归潮N返回BAA分点潮返回分点潮与回归潮•当月球在赤道附近，发生潮汐的两次高或低潮的潮高约相等，此时的潮汐称为分点潮•当月球在最大赤纬附近时，所产生的日潮不等为最大，此时的潮汐称为回归潮半日潮龄、日潮龄、视差潮龄•半日潮龄--从朔望至发生大潮的时间间隔；•日潮龄-----从月球最大赤纬至发生回归潮的时间间隔；•视差潮龄---由近地点到发生最大潮差的时间间隔；继续见图见图•认真观看数天的潮汐记录曲线，则可以看出每一天的潮差是不等的，而且是逐日改变的。较明显的现象是两相临的高潮或低潮的高度并不相等，此现象称不等现象，原因是地球与太阳、月球的相对位置的变化和月球赤纬的变化。特例：大（小）潮、潮龄、分点潮、回归潮、年不等继续2不等现象3验潮站•验潮站按观测时间长短分类：长期验潮站（》=2年）短期验潮站（约30天）临时验潮站（至少与长期验潮站同步3天）海上定点站（3次大潮24小时观测）•步设原则能够控制测区的潮汐变化（特别注意：潮汐变化较大的海区，湾顶、河口、水道口、无潮点处）继续•验潮站的站址选择应该设在能反映测区大部分海区潮汐变化规律的地方。•如何设立一验潮站？1。选址2。选择观测手段3。固定仪器4。联测（建立主要水准点、工作水准点）5。调试、做标志物、观测继续水尺和水准点基本示意图工作水准点：是在作业中检查水尺零点的变化，保证观测精度用。主要水准点：是为了把水位观测成果长期固定用。选择比较坚固和鲜明地理标志的地方。有时两者可合而为一继续•验潮手段验潮又称水位观测水尺、验潮井、压力验潮仪、水声验潮仪、GPS定位仪、卫星测高等见下图水尺继续最高水位正常水位声学型验潮仪探头码头最低水位最小0.5m探头套管电缆最低水位正常水位压力型验潮仪水下部分码头电缆继续•验潮仪器的安置方法（以水尺为例）见下图泥沙海底继续码头壁继续峭壁•水位观测要求？观测精度、观测时间间隔、时间误差（参见《规范》）•观测数据的换算？不同水尺观测数据水准点（基准面）•水位曲线的绘制？计算机绘图、厘米方格纸继续潮流现象•动力机制------地球引力•潮流的基本形式：往复式潮流、回旋式潮流往复式潮流的特点：潮流的方向只有两个（N、S），大小随时间而改变。回旋式潮流的特点：潮流的大小和方向随时间而改变；一般北半球是逆时针，南半球是顺时针旋转。如下图继续往复式潮流0h1110984675321回转式潮流0h1110984657123`倒流现象继续57验流方法•测流板测流•浮筒法•海流计•多普勒测流仪（最新、高效率、高精度测流仪器）潮流表示方法矢量图（玫瑰图）、立体表示、数字形式第一章结束返回见上图第二章潮汐静力学1.天文基础知识天球、大圆天极（南、北）、天顶(底）、子午圈、时圈、天赤道黄道、白道、春分点、秋分点、夏至点、冬至点升交点、降交点时圈、时角继续返回北天极PN南天极PSOrX天体坐标与时间系统继续时间系统分为恒星时系统和太阳时系统月球、太阳的运动周期恒星月朔望月回归月交点月近点月恒星年回归年近点年见上图返回2.引潮力万有引力定律（牛顿1687年）地、月相对运动与惯性离心力公共质心：当两个物体当为一个物体时，其质心为公共质心，地--月公共质心，地-日公共质心。继续rrrEMFo2EMXr返回物体运动=公转+平动•地球、月球运动继续3b3b2b1a3a2a1c3c2c1•Ob•Oa•Oc21物体的运动返回月球引潮力的定义•即地球上的单位质量的海水质点所受到的月球引力和因地球绕公共质心运动所产生的惯性离心力的合力。rrrMDDDMFFFFNM2020月矢量表示继续返回月球潮引力的标量表示•引潮力的标量分解继续MERXDMvMhAr+FM返回公式•X点所受惯性离心力：•X点所受月球引力：继续上一页sincos200rMNrMNHV)sin()cos(2020DMMDMMHVHHHVVVMMFNMF垂直分量水平分量返回引潮力与引潮力势•特点：引潮力为矢量、引潮力势为标量•引潮力与引潮力势的关系：•地球表面任意点X所受月球引潮力势为：gradUFZUF;YUF;XUFZYX)rcosr1D1(M20引力势惯性离心力势返回继续3平衡潮理论（潮汐静力学理论）•平衡潮理论的三个假设：1地球表面被等深的海水覆盖；2不考虑海水的惯性、粘性和海底摩擦；3忽略地球自转所产生的偏向力（科氏力）达尔文通过平衡潮理论建立了潮高与引潮力势的关系•潮高与引潮力势的关系继续上一页g返回4引潮力势的展开•为什么要展开引潮力势？为了将数学模型进行理论计算。•引潮力势展开的思路基本思想：1用均匀变化的天文变量表示数学模型中的非均匀变化天文变量2应用泰勒级数展开变量继续上一页返回勒让德尔展开拉普拉斯展开达尔文展开杜德逊展开)rcosr1D1(M20引入勒让德尔多项式表示1/D（cos的函数）引入=（地理纬度、月球赤纬、T1月球时角）展成长周期族、全日周期族、半日周期族三种类型根据当时的月理和平衡潮理论，建立(r/r’、、T1)与（TShpp’）的关系，将完全展开准调和项-----分潮1921年杜德逊根据布朗月理，建立(r/r’、、T1)与（TShpp’Nn/2）六个天文变量的关系，将完全展开为纯调和项--------分潮1883年返回继续分潮Doodson展开式•K为分潮系数,常数称为相对幅度分别乘以AoA1A2得分潮振幅(见书P38中),{}内为分潮相角.'P6'N5P4h3s21COSSIN654321K5潮高公式的展开•潮高与引潮力势的关系•分潮定义及字符的意义：达尔文对展开式的每一项进行命名,因此对一些主要的项起了各自独立的名字,而且这些已被国际上认可.杜德逊也采用此取名。一般：M表示月球分潮，S表示太阳分潮、[]表示合成分潮，多个字母表示浅海分潮。其下标a、sa、m、f、1、2、3、4等分别表示分潮的大概周期为一年、半年、一个月、半个月、一天、半天、三分之一天、四分之一天等上一页g第二章结束返回返回第三章分潮重点：分潮的构成、参数的求解。分潮的构成分潮的系数分潮的幅角分潮系数的求解？继续返回分潮的构成)v22h2S2T2cos()e251[(2IcoscosG2421与均匀天文变量有关的量V非均匀天文变量有关的量u各分潮公共因子与验潮站地理纬度有关的量G2与天体运动轨道参数倾斜因子I和椭圆因子(e、m）G3以M2分潮为例继续返回•分潮系数=G1G2（）G3（I）•分潮幅角=V+uV=2T-2S+2hu=2-2v•分潮（潮高）一般表达式：2Icos)e251(G;cosG;)(EM43G423223r1)uVcos()I(G)(GG321继续返回分潮系数的计算•G1、G2（）可根据公式直接计算•G3（I）与cos（u）同有18.61年的周期变化，通常求其平均值。交点因子f由于上述计算是计算的系数平均值,它与实际分潮的振幅有异,但存在正比关系.则规定:18.61年的平均振幅H与某时刻的振幅R之比称为交点因子f.HfRHR)ucos)I(G()I(GGG)I(GGG)I(Gf033120'3123继续返回分潮的相角和周期•相角V=µ1+µ2s+µ3h+µ4P+µ5N’+µ6P’Doodson展开式中的纯调和分潮的角速率或V值与同符号的Darwin分潮的平均角速率或V相同，故在计算V值时可直接利用Doodson法计算。•用平太阳时:相角V=µ1+（µ2-1）s+(µ3+1）h+µ4P+µ5N’+µ6P’(=t+h-S)•角速率q=µ1qT+(µ2-1)qs+(µ3+1)qh+µ4qP+µ5qN’+µ6qP’•相角V=qt+VOVO为零时天文初相角•周期T=1/q继续返回合成分潮•频率相同的两个分潮合成为一个分潮如：[K1]分潮浅海分潮•当大洋中的潮波传至浅水海区时，受浅海自然地理条件(海区形状、海水深度、海底摩擦）的影响作用，波速从C=（gh）1/2-------------C=[g(R+h)]1/2)，其波形发生变形，从而产生许多附加谐和波，这些谐和波称为浅海分潮.如:M4、MS4、MN4继续返回常用潮高的一般表达式•(t)=fHcos(qt+Vo+u-K)•K称为迟角,是实际潮汐变化落后理论潮汐变化而产生的角度延迟.•将H、K（或g）称为潮汐的调和常数继续返回分潮的分群•V=µ1+µ2S+µ3h’+µ4P+µ5N’+µ6P’µ1µ2µ3潮族三分日分潮半日周期全日周期长周期3210群亚群按不同按不同按不同(1,-1)群(1,-2)群….(1,-1,0)亚群(1,-2,1)亚群…...µ1µ2µ2µ1µ3返回第三章结束返回第四章潮汐动力学理论基础继续返回第五章潮汐分析•长期观测资料分析法•中期观测资料的分析•短期期观测资料的分析继续返回长期观测资料的分析•思路•最小二乘法中期观测资料的分析•思路•达尔文调和分析法•杜德逊分析法短期观测资料的分析•思路第六章潮汐非调和常数继续返回第七章潮汐预报继续返回第八章潮流分析继续返回第九章平均海面继续返回第十章深度基准面•定义：是作为海图深度的起算基准面。•确定的基本原则：考虑航行安全性航道的使用率•深度基准面的特点：不同的地方其值也不同，因地而异，但是一般一个国家采用统一计算基准面的方法。不同的国家采用不同的计算公式。继续返回世界各国所采用的深度基准面•平均大潮低潮面（意大利、南斯拉夫、德国等）（半日）•最低潮面（法国、西班牙、巴西等）（半日）•平均低潮面（美国大西洋沿岸、荷兰等）)(220SMHHAL)(2.12220KSMHHHAL20MHAL继续•平均低低潮面（美太平洋沿岸、菲律宾等）•略最低低潮面（印度、日本等）•理论深度基准面（俄、中国等）)45cos)((2120OKMHHHAL