基础海洋学第6章-潮汐1

1、基基 础础 海海 洋洋 学学Fundamental Oceanography第七章第七章 潮汐潮汐第一节第一节 潮汐现象潮汐现象 潮汐现象潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐潮汐（“潮潮”指白天海水上涨，指白天海水上涨，“汐汐”指晚上海水上指晚上海水上涨涨），而海水在水平方向的流动称为而海水在水平方向的流动称为潮流潮流。一、潮汐要素一、潮汐要素 潮位高度、时间，平潮高潮时、停潮潮位高度、时间，平潮高潮时、停潮低潮时，涨潮时、落潮时，高潮

2、高、低低潮时，涨潮时、落潮时，高潮高、低潮高、潮差。潮高、潮差。高潮高高潮高高潮高潮高潮高潮潮差潮差低潮高低潮高落潮时落潮时涨潮时涨潮时低潮低潮落潮落潮涨潮涨潮时间时间高度高度基准面基准面潮汐要素示意图潮汐要素示意图第一节第一节 潮汐现象潮汐现象二、潮汐不等与潮汐类型二、潮汐不等与潮汐类型 1 1、潮汐的类型、潮汐的类型 1 1）正规半日潮）正规半日潮 2 2）不正规半日潮）不正规半日潮 3 3）正规日潮）正规日潮 4 4）不正规日潮）不正规日潮 2 2、潮汐的不等现象、潮汐的不等现象 一天之中两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也一天之中两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也不等的现象称为不等的现象

3、称为潮汐的日不等现象潮汐的日不等现象。 高高潮、低高潮、低低潮、高低潮；大潮潮差、高高潮、低高潮、低低潮、高低潮；大潮潮差、小潮潮差。小潮潮差。第一节第一节 潮汐现象潮汐现象大潮大潮潮差潮差小潮小潮潮差潮差第二节第二节 与潮汐有关的天文学知识与潮汐有关的天文学知识一、某些天文学的基本概念一、某些天文学的基本概念1 1、天球：天球：是一个以是一个以地球为中心地球为中心，以无限长为，以无限长为半径，内表面分布着各种各样的天体的球半径，内表面分布着各种各样的天体的球面。这是一个假想的圆球。所有天体在天面。这是一个假想的圆球。所有天体在天球上的位置就是它们沿视线方向在天球内球上的位置就是它们沿视线方向

4、在天球内表面的投影。表面的投影。天轴：天轴：将地轴无限延长的所得到的假想轴将地轴无限延长的所得到的假想轴天极：天极：天轴与天球的交点天轴与天球的交点北天极：北天极：天轴与地球上的北极所对应的那一点天轴与地球上的北极所对应的那一点南天极：南天极：天轴与地球上的南极所对应的那一点天轴与地球上的南极所对应的那一点第二节第二节 与潮汐有关的天文学知识与潮汐有关的天文学知识天顶：天顶：若将观测点的垂直直线无限延伸后也可与天若将观测点的垂直直线无限延伸后也可与天球交与两点，向上与天球的交点为天顶，向下延球交与两点，向上与天球的交点为天顶，向下延伸与天球的交点为天底。伸与天球的交点为天底。天子午圈：天子午圈

5、：在天球上，以地心为圆心，通过天极和在天球上，以地心为圆心，通过天极和天顶所作的大圆圈天顶所作的大圆圈天体时圈：天体时圈：通过天极和天体所作的大圆圈通过天极和天体所作的大圆圈天体方位圈：天体方位圈：通过天顶、天底和天体的大圆圈通过天顶、天底和天体的大圆圈中天：中天：天体通过子午圈。由于地球作周日旋转，每天体通过子午圈。由于地球作周日旋转，每个天体一昼夜内有两次中天，即天体的时圈在一个天体一昼夜内有两次中天，即天体的时圈在一昼夜内有两次与天子午圈重叠。天体靠近天顶时昼夜内有两次与天子午圈重叠。天体靠近天顶时叫上中天，靠近天底时称下中天。叫上中天，靠近天底时称下中天。第二节第二节 与潮汐有关的天文

6、学知识与潮汐有关的天文学知识2 2、天赤道、黄道与白道、天赤道、黄道与白道 1 1）天赤道：天赤道：将地球的赤道面无限延伸后和天将地球的赤道面无限延伸后和天球相交的大圆圈，叫做天赤道，或天球赤道。球相交的大圆圈，叫做天赤道，或天球赤道。 2 2）黄道：黄道：太阳的周年视运动轨道太阳的周年视运动轨道 3 3）白道：白道：月球绕着地球月球绕着地球 公转的结果使得月球在公转的结果使得月球在 天球上也有一个视运动天球上也有一个视运动 的轨道，这个轨道称为白道。的轨道，这个轨道称为白道。第二节第二节 与潮汐有关的天文学知识与潮汐有关的天文学知识春分点、秋分点、升交点及降交点春分点、秋分点、升交点及降交点

7、1 1）春分点春分点：太阳从南向北穿过天赤道的点：太阳从南向北穿过天赤道的点2 2）秋分点秋分点：太阳从北向南穿过天赤道的点：太阳从北向南穿过天赤道的点3 3）升交点升交点：月球由南向北和黄道相交的点：月球由南向北和黄道相交的点4 4）降交点降交点：月球由北向南和黄道相交的点：月球由北向南和黄道相交的点第二节第二节 与潮汐有关的天文学知识与潮汐有关的天文学知识4 4、赤纬、时角和天顶距、赤纬、时角和天顶距 1 1）赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体）赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体所张的角度称为该天体的所张的角度称为该天体的赤纬赤纬。常用。常用表表示。示。 2 2）时角：观测者所在的天子午圈

8、与天体时）时角：观测者所在的天子午圈与天体时圈在天赤道上所张的角度称为圈在天赤道上所张的角度称为时角时角。 3 3）天顶距：在天体方位圈上，天体与天顶）天顶距：在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度称为之间所张的角度称为天顶距天顶距。第二节第二节 与潮汐有关的天文学知识与潮汐有关的天文学知识二、时间单位二、时间单位 1 1、平太阳日和平太阳时、平太阳日和平太阳时 2 2、平太阴日和平太阴时、平太阴日和平太阴时 1 1平太阴日平太阴日24.841224.8412平太阳时（约等于平太阳时（约等于24h50min24h50min） 3 3、朔望月（盈亏月）、朔望月（盈亏月） 月球从新月（或满月）位

9、置出发再回到新月球从新月（或满月）位置出发再回到新月（或满月）位置的时间间隔。月（或满月）位置的时间间隔。第三节第三节 引潮力引潮力一、引潮力的定义一、引潮力的定义 1 1、公转惯性离心力（、公转惯性离心力（fcfc）：）：绕绕地月公共质地月公共质心心公转平动的结果公转平动的结果, ,地球各点受力大小相等、地球各点受力大小相等、方向相同。各质点力的方向背离月球，彼方向相同。各质点力的方向背离月球，彼此平行。此平行。 2 2、月球引力（、月球引力（fmfm）：）：力随位置不同而变化。力随位置不同而变化。各质点力的方向指向月球中心，不平行。各质点力的方向指向月球中心，不平行。惯性离心力&

10、地-月公共质心& 地球各点惯性离心力 地球的平动运动 地心E： 地面各点：相等、平行、背离月球MEG0 73.r21RmkfME月球引力& 月球对地球的吸引力：& 地球表面某水质点所受引力 公式： 特点：v大小v方向2RmmkfEM21xmkfMpMERx& 月球引力EBAMCD第三节第三节 引潮力引潮力& 月球引力& 惯性离心力EBAMCD第三节第三节 引潮力引潮力& 月球引力& 惯性离心力& 月引潮力 地心： 地面：EBAMCD第三节第三节 引潮力引潮力第三节第三节 引潮力引潮力二、引潮力公式二、引潮力公式 P P点的

11、引潮力点的引潮力F:F:F Ff fpmpm（月球引力）（月球引力）f fcmcm（公转离心力）（公转离心力） 其量值与天体的质量成正比，与天体到地球中心距其量值与天体的质量成正比，与天体到地球中心距离的离的3 3次方成反比。月球的引潮力是太阳的次方成反比。月球的引潮力是太阳的2.172.17倍。倍。17. 233DDSMFFVV三、引潮力势三、引潮力势第三节第三节 引潮力引潮力第四节第四节 平衡潮平衡潮一、潮汐静力理论一、潮汐静力理论 1 1、等势面：从地心移动单位质量物体到某、等势面：从地心移动单位质量物体到某一点，克服重力和引潮力所作的功，叫做一点，克服重力和引潮力所作的功，叫做这一点的

12、位势，位势相等的点连成的面称这一点的位势，位势相等的点连成的面称为为等势面等势面。不考虑引潮力的情况下，等势。不考虑引潮力的情况下，等势面为圆球面，考虑引潮力后等势面为一椭面为圆球面，考虑引潮力后等势面为一椭球面。球面。第四节第四节 平衡潮平衡潮2 2、潮汐静力理论、潮汐静力理论 1 1）理论假定：地球为一个圆球，表面被等深海）理论假定：地球为一个圆球，表面被等深海水覆盖；海水没有粘质性、没有惯性；海水不受水覆盖；海水没有粘质性、没有惯性；海水不受地转偏向力、摩擦力的作用。地转偏向力、摩擦力的作用。 2 2）基本思想：考虑引潮力后的海面变成了椭球）基本思想：考虑引潮力后的海面变成了椭球形。由于

13、地球的自转，地球的表面相对于椭球形形。由于地球的自转，地球的表面相对于椭球形的海面运动，这就造成了地球表面上的固定点发的海面运动，这就造成了地球表面上的固定点发生周期性的涨落而形成潮汐。生周期性的涨落而形成潮汐。 3 3）结论：潮汐类型与纬度密切相关。赤道半）结论：潮汐类型与纬度密切相关。赤道半日潮，两极全日潮日潮，两极全日潮新月/满月时潮汐现象v太阳引潮力和月引潮力相互叠加v高潮最高，低潮最低-大潮满月P新月太阳太阳潮椭圆体月潮椭圆体太阳引潮力月引潮力大潮上弦/下弦时潮汐现象v月引潮力与太阳引潮力部分抵销v高潮最低，低潮最高-小潮（END）太阳地球上弦月下弦月太阳引潮力月引潮力太阳潮椭圆体月

14、潮椭圆体小潮第四节第四节 平衡潮平衡潮二、平衡潮潮高公式二、平衡潮潮高公式 1 1、潮高公式、潮高公式 2 2、潮汐的不等现象、潮汐的不等现象 1 1）日不等现象（月球的影响）日不等现象（月球的影响）半日周期与日周期半日周期与日周期 2 2）半月不等现象（月日的影响）半月不等现象（月日的影响）朔望大潮和两弦小潮朔望大潮和两弦小潮 3 3）月不等现象（地月椭圆轨道）月不等现象（地月椭圆轨道）月球近地点的月变化月球近地点的月变化 4 4）年不等现象（地日椭圆轨道）年不等现象（地日椭圆轨道）地球近日点年变化地球近日点年变化 5 5）多年不等现象（多年周期）多年不等现象（多年周期）月赤纬月赤纬18.6

15、118.61年的变化周年的变化周期，月球近地点期，月球近地点8.858.85年的变化周期年的变化周期第四节第四节 平衡潮平衡潮三、推算潮时的简易方法三、推算潮时的简易方法八分算潮法八分算潮法 表达式：表达式： 高潮时高潮时0.8h0.8h 农历日期农历日期1 1（或（或1616） 高潮间高潮间隙隙（高潮间隙：月中天时至下一个高潮发生时刻的时间间隔）（高潮间隙：月中天时至下一个高潮发生时刻的时间间隔） 实际潮汐不可能与月中天时马上发生高潮，而实际潮汐不可能与月中天时马上发生高潮，而有一个滞后时间，因此实际的高潮时应满足：有一个滞后时间，因此实际的高潮时应满足： 高潮时月中天时高潮间隙高潮时月中天

16、时高潮间隙第四节第四节 平衡潮平衡潮四、对潮汐静力理论的评价四、对潮汐静力理论的评价1 1、实用价值、实用价值 - - 其理论是建立在客观存在的引潮力之上；其理论是建立在客观存在的引潮力之上； 由此导出的潮高公式计算潮汐周期结果与实际由此导出的潮高公式计算潮汐周期结果与实际基本相符；基本相符； 由潮高公式计算出的最大可能潮差与实际大洋由潮高公式计算出的最大可能潮差与实际大洋相近。相近。第四节第四节 平衡潮平衡潮四、对潮汐静力理论的评价四、对潮汐静力理论的评价2 2、缺点、缺点 假定地球完全被海水包围，与实际差距大；假定地球完全被海水包围，与实际差距大； 没有考虑海水的运动；没有考虑海水的运动；

17、 浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差大；浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差大； 无法解释无法解释“潮流潮流”现象；现象； 无法解释半封闭海湾的潮汐现象；无法解释半封闭海湾的潮汐现象； 与某些地区的潮汐规律不符；与某些地区的潮汐规律不符； 无法解释大潮的滞后现象。无法解释大潮的滞后现象。第四节第四节 平衡潮平衡潮五、假想天体和分潮五、假想天体和分潮 1 1、假想天体：人们为了计算太阳、月球的引潮力、假想天体：人们为了计算太阳、月球的引潮力所引起的海洋潮汐，就把具有复杂周期的潮汐看所引起的海洋潮汐，就把具有复杂周期的潮汐看作是许多周期长短各异的潮汐叠加而成的，而且作是许多周期长短各异的潮汐叠加而成的，而且假设与每一个这样周期的潮汐都对应有一个天体，假设与每一个这样周期的潮汐都对应有一个天体，即即假想天体假想天体。 2 2、分潮：我们可以假定真正天体对潮汐所引起的、分潮：我们可以假定真正天体对潮汐所引起的每一种变化，都不是天体本身的作用，而是由一每一种变化，都不是天体本身的作用，而是由一个或几个假想天体所产生的，这些假想天体对海个或几个假想天体所产生的，这些假想天体对海水所引起的潮汐称为水所引起的潮汐称为分潮分潮。常用分潮及其周期、相对振幅常用分潮及其周期、相对振幅