海洋科學導論 第六章

1、學習目的學習目的 潮汐作為海水的周期性運動潮汐作為海水的周期性運動與人類與海洋生物密切與人類與海洋生物密切相關。相關。 通過該章學習，應該通過該章學習，應該了解潮汐的一些基本要素；了解潮汐的一些基本要素；掌握用來解釋潮汐現(xiàn)象的平衡潮理論和潮汐動力理論的掌握用來解釋潮汐現(xiàn)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基本思想；能夠運用潮汐理論定性解釋一些常見的潮汐現(xiàn)象，認識潮汐運動的一些基本規(guī)律，了解中國海潮汐現(xiàn)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。和潮流的基本特性。 第六章、潮第六章、潮 汐汐 第六章、潮第六章、潮 汐汐 第一節(jié)、潮汐現(xiàn)

2、象第一節(jié)、潮汐現(xiàn)象第二節(jié)、潮汐的成因第二節(jié)、潮汐的成因第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識第四節(jié)、潮汐靜力理論第四節(jié)、潮汐靜力理論第五節(jié)、潮汐動力學理論第五節(jié)、潮汐動力學理論第六節(jié)、潮流第六節(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(xiàn)象第一節(jié)、潮汐現(xiàn)象 海水在月球和太陽引潮力的作用下發(fā)生的海水在月球和太陽引潮力的作用下發(fā)生的周期運動。周期運動。垂直漲落垂直漲落水平流動水平流動潮汐潮汐潮流潮流一、潮汐要素一、潮汐要素 高潮、低潮高潮、低潮潮汐漲落一周期內，最高位置和最低位置潮汐漲落一周期內，最高位置和最低位置一、潮汐要

3、素一、潮汐要素 平潮、停潮平潮、停潮高潮和低潮的海面，持續(xù)不漲不落的狀態(tài)高潮和低潮的海面，持續(xù)不漲不落的狀態(tài)高潮時、低潮時高潮時、低潮時平潮、停潮的中間時刻。平潮、停潮的中間時刻。漲潮漲潮落潮落潮海面由低潮到高潮的上升過程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海面由高潮到低潮下降的過程漲潮所需要的時間漲潮所需要的時間落潮所需要的時間落潮所需要的時間漲潮時漲潮時落潮時落潮時平均海平面平均海平面 多年平均海平面多年平均海平面(18.6年年)：海平面：海平面1959年年9月：我國采用月：我國采用“黃海平均海平面黃海平均海平面”(黃海零面黃海零面)作為全國大地高度的起算面。作為全國大地高

4、度的起算面。1987年年5月：改用月：改用“1985國家高程標準國家高程標準”作為起算面，作為起算面，青島驗潮站青島驗潮站27年觀測的潮位平均值。年觀測的潮位平均值。海圖基準面：海圖基準面：我國我國1956年以后，采用理論深度基準面。年以后，采用理論深度基準面。高潮高、低潮高高潮高、低潮高高潮面和低潮面到潮汐基準面高潮面和低潮面到潮汐基準面（海圖基準面）的距離（海圖基準面）的距離潮差潮差tide range相鄰高、低潮位之差相鄰高、低潮位之差 高潮間隙高潮間隙高潮落后于月中天的時間間隔。高潮落后于月中天的時間間隔。潮升潮升高潮的平均高度高潮的平均高度潮齡潮齡朔、望日到大潮來臨的時間間隔朔、望日

5、到大潮來臨的時間間隔 太陰日太陰日:地球上某定點先后兩次對月位置的時間間隔地球上某定點先后兩次對月位置的時間間隔 約為約為24小時小時48分分二、潮汐類型二、潮汐類型1.正規(guī)半日潮正規(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。的潮高幾乎相等，漲潮時約等于落潮時。一個月中多數(shù)日子里，一個太陰日內只有一次高潮一個月中多數(shù)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。和一次低潮，其余日子一天兩次潮。2. 全日潮全日潮3. 混合潮混合潮 不正規(guī)半日潮不正規(guī)半日潮 在一個太陰日內，有兩次高潮和低潮

6、，但兩相鄰的在一個太陰日內，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。高潮或低潮高度不等，漲潮時和落潮時也不相等。 不正規(guī)日潮不正規(guī)日潮 在半個月中，一個太陰日出現(xiàn)日潮的現(xiàn)象少于七天，在半個月中，一個太陰日出現(xiàn)日潮的現(xiàn)象少于七天，其余天數(shù)均為不正規(guī)半日潮性質其余天數(shù)均為不正規(guī)半日潮性質 第二節(jié)、潮汐的成因第二節(jié)、潮汐的成因一、地月運動和月相變化一、地月運動和月相變化 E(地球質量地球質量)=81.5M(月球質量月球質量)D(地月間距離地月間距離)=60r(地球半徑地球半徑)地月運動公共質心：地月運動公共質心：距地心距地心0.73r朔朔上弦上弦 望望下弦下弦朔朔二、

7、引潮力二、引潮力1、月球對地球單位質量物體的引力、月球對地球單位質量物體的引力 2xfMkpk：萬有引力常數(shù)：萬有引力常數(shù)M：月球質量：月球質量x：月球離地球上任一點的距離：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(chǎn)生的慣性離心、地球繞地月公共質心運動產(chǎn)生的慣性離心力力 作用在地球上各點的慣性離心力大小相等，方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。向相互平行，背離月球。 慣性離心力：慣性離心力：mr2地心單位質量物體的慣性離心力地心單位質量物體的慣性離心力(mr2) =月球對地心的引力月球對地心的引力2DMEK0Ef2DMK0f月球對地球單位質量物體的引力月

8、球對地球單位質量物體的引力地球上各點受慣性離心力地球上各點受慣性離心力3、引潮力定義、引潮力定義 地球上單位質量的物體受到的月球引力與因地球繞地球上單位質量的物體受到的月球引力與因地球繞地月公共質心運動所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。地月公共質心運動所產(chǎn)生的慣性離心力的合力。4、引潮力公式、引潮力公式xP點單位質量物體點單位質量物體所受到的月球引力：所受到的月球引力：p2xfMkpP點的慣性離心力：點的慣性離心力：2DMK0f ：天頂距：天頂距地表觀測點和地心的連線與地月連線的夾角地表觀測點和地心的連線與地月連線的夾角 水平引潮力水平引潮力 cos DMk- )cos(Mk22xFv=垂直引潮力垂直

9、引潮力Fh= sin DMk- )sin(Mk22x223sinDKMr3hF1)-(3cosDKMr23vFErgK2223sinDrEM33gFh1)-(3cosDrEM233 gFv5、引潮力的分布、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）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。中心距離的立方成反比。太陰引潮力太陰引潮力F=2.80l0-8g(6cos2+10)1/2太陽引潮力太陽引潮力F =1.2910-8g(6cos2+10)1/22）月球引潮力隨天頂距的變化而變化）月球引潮力隨天頂距的變化而變化=0、180垂直分量最大，約為垂直分量最大

10、，約為1.1210-7g，方向背離地心。，方向背離地心。=90、270，垂直分量量值為最大值之半，方向指向地心垂直分量量值為最大值之半，方向指向地心=0、90、180、270水平分量為零水平分量為零=45、=135，水平分量達最大值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。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。）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）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。心外，分布規(guī)律與月球引潮力對應相似。5）地球自轉，地面

11、上各點引潮力將出現(xiàn)周期性變化。）地球自轉，地面上各點引潮力將出現(xiàn)周期性變化。 天體的運動，使地面引潮力出現(xiàn)復雜的周期性變化。天體的運動，使地面引潮力出現(xiàn)復雜的周期性變化。第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識第三節(jié)、與潮汐有關的天文知識一、天球和天球坐標一、天球和天球坐標天頂天頂天底天底 ：觀察者所在點與地心連線，：觀察者所在點與地心連線， 向上伸延至天球的點向上伸延至天球的點：向下伸延至天球的點：向下伸延至天球的點 天子午圈：天子午圈： 通過天極和天頂所作的大圓通過天極和天頂所作的大圓時圈時圈 ：通過兩極和天體視位置所作大圓。天體方位圈：天體方位圈： 通過天頂、天體和天底的大圓通過天頂、天體和天底的大

12、圓天頂距：天體與天頂在天體方位圈上所張開的角度天頂距：天體與天頂在天體方位圈上所張開的角度中天：天體通過天子午圈中天：天體通過天子午圈 天體靠近天頂天體靠近天頂上中天上中天 天體靠近天底天體靠近天底下中天下中天天赤道天赤道赤緯：天體沿時圈至天赤道的弧。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黃道：太陽的周年視運動軌道 與天赤道平均交角約為與天赤道平均交角約為2327二分點二分點 ：春分點：南春分點：南北北秋分點：北秋分點：北南南二至點二至點 ： 夏至點：北赤緯最大夏至

13、點：北赤緯最大(+2327)冬至點：南赤緯最大冬至點：南赤緯最大(-2327)夏至點夏至點冬至點冬至點平太陽日和平太陽時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回歸年：太陽相繼兩次通過春分點的時間間隔 =365.2422天天歲差：春分點沿黃道緩慢的向西移動歲差：春分點沿黃道緩慢的向西移動 周期約為周期約為26000年年 近點年近點年 ：地球兩次到達近日點的時間間隔地球兩次到達近日點的時間間隔 =365.2596天天變化周期約變化周期約21000年年三、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白道 ：月球

14、繞地球運動在天球上的投影：月球繞地球運動在天球上的投影 白道與黃道交角平均為白道與黃道交角平均為59升交點升交點降交點降交點 ：由南向北穿過黃道的交點：由南向北穿過黃道的交點：由北向南穿過黃道的交點：由北向南穿過黃道的交點變化周期：變化周期：18.61年年 升交點升交點降交點降交點 平太陰日和平太陰時平太陰日和平太陰時 一平太陰日一平太陰日=24.8412平太陽時平太陽時 朔望月：月相完全更替一輪的周期朔望月：月相完全更替一輪的周期 29.5306天天交點月：月球前后兩次通過升交點或降交點的時間間隔交點月：月球前后兩次通過升交點或降交點的時間間隔 27.2122天天近點月近點月 月球先后兩次到

15、達近地點的時間月球先后兩次到達近地點的時間 27.554551天天 變化周期：變化周期：8.85年年第四節(jié)、潮汐靜力理論第四節(jié)、潮汐靜力理論一、平衡潮理論一、平衡潮理論引潮力的作用，使原來的球形海面，成為引潮力的作用，使原來的球形海面，成為“潮汐橢球潮汐橢球”。地球自轉，對于某一固定地點的海面來說，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。形成周期性漲落的潮汐。二、潮汐橢球與潮汐現(xiàn)象二、潮汐橢球與潮汐現(xiàn)象1、半日周期潮、半日周期潮AA1A2A3月赤緯月赤緯=0 分點潮分點潮 赤道潮赤道潮2、潮汐的日不等現(xiàn)象和日周期潮、潮汐的日不等現(xiàn)象和日周期潮BB1C1C回歸潮回歸潮AA11

16、）南、北半球同緯度潮汐漲落南、北半球同緯度潮汐漲落情況相同。情況相同。2）赤道始終是規(guī)則半日潮。）赤道始終是規(guī)則半日潮。3）高緯度海區(qū)出現(xiàn)全日潮。）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）其他緯度，為周日不等的混合潮，接近赤道，半日潮成分大，潮，接近赤道，半日潮成分大，接近兩極全日潮的成分顯著。接近兩極全日潮的成分顯著。C B A5）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，）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(xiàn)兩次分點潮和回歸潮。出現(xiàn)兩次分點潮和回歸潮。3、大潮和小潮、大潮和小潮 方照小潮方照小潮 朔望大潮朔望大潮4、半月周期潮、月周期潮和年周

17、期潮、半月周期潮、月周期潮和年周期潮半個朔望月周期半個朔望月周期57r63.7r近點月周期潮 近點年周期近點年周期 5、長周期的潮汐現(xiàn)象、長周期的潮汐現(xiàn)象 四、潮汐推算四、潮汐推算1、潮汐表、潮汐表 潮時、潮高潮時、潮高2、八分算潮法求概略潮時、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，月亮：初一或十六日上（下）中天時與太陽大致相同，12：00 或或 0：00八分算潮法的公式：八分算潮法的公式：上半月上半月 高潮時高潮時=高潮間隙高潮間隙+（農歷日期（農歷日期-1）0.8下半月下半月 高潮時高潮時=高潮間隙高潮間隙+（農歷日期（農歷日期- 16）0.8例：已知某

18、正規(guī)半日潮性質的港口，高潮間隙為例：已知某正規(guī)半日潮性質的港口，高潮間隙為1020，求農歷，求農歷11月初月初7的高低潮時。的高低潮時。高潮時高潮時=1020+（7-1）0.8=1020+4.8=1020+0448=1508另一高潮時另一高潮時=1508-1224=0244低潮時低潮時=1508-612=0856 另一低潮時另一低潮時=1508+612=2120具有實用價值具有實用價值 缺點：缺點： 淺海、近岸地區(qū)的潮差與理論結果相差較大；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(xiàn)象；無法解釋潮流現(xiàn)象； 無法解釋在一些半封閉的海灣中，出現(xiàn)無潮點，同潮時線無法解釋在一些半封閉的海灣

19、中，出現(xiàn)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(xiàn)象；繞無潮點順時針或反時針旋轉，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，與理論結果差異大；赤道和低緯度地區(qū)出現(xiàn)日潮，與理論結果差異大；(1)高潮間隙及潮齡的出現(xiàn)。高潮間隙及潮齡的出現(xiàn)。五、對潮汐靜力學理論的評價五、對潮汐靜力學理論的評價第五節(jié)、潮汐動力學理論第五節(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與引潮力相同的一種波浪-潮汐波。潮汐波。波峰到達，發(fā)生高潮，波峰到達，發(fā)生高潮，波谷到達，發(fā)生低潮波谷到達，發(fā)生低潮 一、潮差：一、潮

20、差：1、海和灣的潮差大、海和灣的潮差大 的原因的原因原因一原因一:海和灣的潮汐來源：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。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(chǎn)生的振動，）、由外海的傳入，使其中的海水產(chǎn)生的振動， 自由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，海和灣的固有振動周期與強迫振動的周期接近時， - “共振共振” 原因二：深度變淺，波能集中，波高增大原因二：深度變淺，波能集中，波高增大 2、北半球右岸比左岸潮差大、北半球右岸比左岸潮差大北半球無

21、限長的溝渠北半球無限長的溝渠只有前進波只有前進波 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。質點流動方向相反，波谷處自左向右下傾。 二、旋轉潮波二、旋轉潮波北半球的半封閉海灣，北半球的半封閉海灣，長度和寬度都等于潮波波長的一半長度和寬度都等于潮波波長的一半 前進波由于灣頂?shù)姆瓷湫纬神v波前進波由于灣頂?shù)姆瓷湫纬神v波 波腹處水質點只作垂直運動波腹處水質點只作垂直運動水質點通過波節(jié)時只作水平運動水質點通過波節(jié)時只作水平運動波面處于最高、最低位置，水質點速度為零，波面升降速度為波面處于最高、最低位置，水質點速度為零，波

22、面升降速度為零；零；波面處于水平位置時，流速的絕對值最大，波面升降最快。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，潮汐漲落為兩個振動的節(jié)線交點上，潮汐漲落為0 -無潮點。無潮點。無潮點右無潮點右高潮時高潮時t=0，無潮點左無潮點左高潮時高潮時t=1/2T，無潮點前后無潮點前后t=1/4T、3/4T時時發(fā)生高潮發(fā)生高潮 同潮時線：連接同時發(fā)生高潮或低潮的線同潮時線：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等潮差線：潮差相同地點的連線旋轉潮波系統(tǒng)：旋轉潮波系統(tǒng)：等潮差線環(huán)狀分布，同潮時線放射狀等潮差線環(huán)狀分布，同潮時線放射狀旋轉方向：北半球旋轉方向：北

23、半球-反時針反時針 南半球南半球-順時針順時針進行波系統(tǒng)：進行波系統(tǒng)：等潮差線基本平行，同潮時線基本平行。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(xiàn)三、高潮間隙和潮齡的出現(xiàn) 潮波運動受地轉偏向力、慣性、摩擦力、地潮波運動受地轉偏向力、慣性、摩擦力、地形等影響。形等影響。 四、潮汐的性質四、潮汐的性質取決于分潮振幅之比取決于分潮振幅之比 全日分潮的振幅全日分潮的振幅/半日分潮的振幅半日分潮的振幅=0.5-半日潮半日潮全日分潮的振幅全日分潮的振幅/半日分潮的振幅半日分潮的振幅=1；2-混合潮混合潮全日分潮的振幅全日分潮的振幅/半日分潮的振幅半日分潮的振幅=3-全日潮全日潮第六節(jié)、

24、潮流第六節(jié)、潮流固定海區(qū)，潮流流速與潮差的關系：固定海區(qū)，潮流流速與潮差的關系：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、來復流一、來復流潮流流向在一個周期內不遍及潮流流向在一個周期內不遍及360的往復運動，的往復運動， 兩次接近于兩次接近于0 海峽、水道、河口或狹窄港灣海峽、水道、河口或狹窄港灣二、旋轉流二、旋轉流流向作周期性旋轉的潮流。流向作周期性旋轉的潮流。 廣闊海區(qū)廣闊海區(qū)旋轉方向旋轉方向北半球：順時針方向，南半球：逆時針方向北半球：順時針方向，南半球：逆時針方向1. 潮波彼此干涉，順時針或逆時針方向潮波彼此干涉，順時針或逆時針方向第七節(jié)第七節(jié) 、世界大洋近岸及中國近海潮汐、世界大洋近岸及中國近海潮汐一、世界大洋近岸潮汐一、世界大洋近岸潮汐印度洋沿岸主要是半日潮和混合潮，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，大西洋沿岸主要是半日潮，太平洋沿岸日潮和混合潮為主，太平洋沿岸日潮和混合潮為主，二、中國近海潮汐二、中國近海潮汐（一）潮波傳播（一）潮波傳播西太平洋潮波：西太平洋潮波：一支進入東海，一支進入東海，一支進入南海。一支進入南海。1.半日潮半日潮 太陰主要半日分潮太陰主要半日分潮 東海，前進波東海，前進波黃海，旋轉潮波黃海，旋轉潮波旋轉中心：旋轉中心：A:34N，122E附近附近