海洋科学导论第六章课件

大家好大家好1学习目的学习目的 潮汐作为海水的周期性运动潮汐作为海水的周期性运动与人类与海洋生物密切与人类与海洋生物密切相关。相关。通过该章学习，应该通过该章学习，应该了解潮汐的一些基本要素；了解潮汐的一些基本要素；掌握用来解释潮汐现象的平衡潮理论和潮汐动力理论的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。和潮流的基本特性。第六章、潮第六章、潮汐汐 2第六章、潮第六章、潮 汐汐 第一节、潮汐现象第一节、潮汐现象第二节、潮汐的成因第二节、潮汐的成因第三节、与潮汐有关的天文知识第三节、与潮汐有关的天文知识第四节、潮汐静力理论第四节、潮汐静力理论第五节、潮汐动力学理论第五节、潮汐动力学理论第六节、潮流第六节、潮流第七节、世界大洋近岸及中国近海潮汐和潮流第七节、世界大洋近岸及中国近海潮汐和潮流3第一节、潮汐现象第一节、潮汐现象海水在月球和太阳引潮力的作用下发生海水在月球和太阳引潮力的作用下发生的周期运动。的周期运动。垂直涨落垂直涨落水平流动水平流动潮汐潮汐潮流潮流4一、潮汐要素一、潮汐要素 高潮、低潮高潮、低潮潮汐涨落一周期内，最高位置和最低位置潮汐涨落一周期内，最高位置和最低位置5一、潮汐要素一、潮汐要素 平潮、停潮平潮、停潮高潮和低潮的海面，持续不涨不落的状态高潮和低潮的海面，持续不涨不落的状态高潮时、低潮时高潮时、低潮时平潮、停潮的中间时刻。平潮、停潮的中间时刻。6涨潮涨潮落潮落潮海面由低潮到高潮的上升过程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海面由高潮到低潮下降的过程涨潮所需要的时间涨潮所需要的时间落潮所需要的时间落潮所需要的时间涨潮时涨潮时落潮时落潮时7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：我国采用月：我国采用“黄海平均海平面黄海平均海平面”(黄海零面黄海零面)作为全国大地高度的起算面。作为全国大地高度的起算面。1987年年5月：改用月：改用“1985国家高程标准国家高程标准”作为起算面，作为起算面，青岛验潮站青岛验潮站27年观测的潮位平均值。年观测的潮位平均值。海图基准面：海图基准面：我国我国1956年以后，采用理论深度基准面。年以后，采用理论深度基准面。8高潮高、低潮高高潮高、低潮高高潮面和低潮面到潮汐基准面（海高潮面和低潮面到潮汐基准面（海图基准面）的距离图基准面）的距离潮差潮差tide range相邻高、低潮位之相邻高、低潮位之差差 高潮间隙高潮间隙高潮落后于月中天的时间间隔。高潮落后于月中天的时间间隔。潮升潮升高潮的平均高度高潮的平均高度潮龄潮龄朔、望日到大潮来临的时间间隔朔、望日到大潮来临的时间间隔 9太阴日太阴日:地球上某定点先后两次对月位置的时间间隔地球上某定点先后两次对月位置的时间间隔约为约为24小时小时48分分二、潮汐类型二、潮汐类型101.正规半日潮正规半日潮 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。潮高几乎相等，涨潮时约等于落潮时。11一个月中多数日子里，一个太阴日内只有一次高潮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。和一次低潮，其余日子一天两次潮。2.全日潮全日潮123.混合潮混合潮 不正规半日潮不正规半日潮 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。潮或低潮高度不等，涨潮时和落潮时也不相等。13不正规日潮不正规日潮 在半个月中，一个太阴日出现日潮的现象少于七天，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其余天数均为不正规半日潮性质 14第二节、潮汐的成因第二节、潮汐的成因一、地月运动和月相变化一、地月运动和月相变化 E(地球质量地球质量)=81.5M(月球质量月球质量)D(地月间距离地月间距离)=60r(地球半径地球半径)地月运动公共质心：地月运动公共质心：距地心距地心0.73r15朔朔上弦上弦 望望下弦下弦朔朔1617二、引潮力二、引潮力1、月球对地球单位质量物体的引力、月球对地球单位质量物体的引力 k：万有引力常数：万有引力常数M：月球质量：月球质量x：月球离地球上任一点的距离：月球离地球上任一点的距离 182、地球绕地月公共质心运动产生的惯性离心、地球绕地月公共质心运动产生的惯性离心力力 作用在地球上各点的惯性离心力大小相等，方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。向相互平行，背离月球。惯性离心力：惯性离心力：mr219地心单位质量物体的惯性离心力地心单位质量物体的惯性离心力(mr2)=月球对地心的月球对地心的引力引力20月球对地球单位质量物体的引力月球对地球单位质量物体的引力21地球上各点受惯性离心力地球上各点受惯性离心力223、引潮力定义、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。地月公共质心运动所产生的惯性离心力的合力。234、引潮力公式、引潮力公式xP点单位质量物体点单位质量物体所受到的月球引力：所受到的月球引力：pP点的惯性离心力：点的惯性离心力：天顶距地表观测点和地心的连线与地月连线的夹角地表观测点和地心的连线与地月连线的夹角 24水平引潮力水平引潮力 Fv=垂直引潮力垂直引潮力Fh=25265、引潮力的分布、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）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。中心距离的立方成反比。太阴引潮力太阴引潮力F=2.80l0-8g(6cos2+10)1/2太阳引潮力太阳引潮力F=1.2910-8g(6cos2+10)1/2272）月球引潮力随天顶距的变化而变化）月球引潮力随天顶距的变化而变化=0、180垂直分量最大，约为垂直分量最大，约为1.1210-7g，方向背离地心。，方向背离地心。=90、270，垂直分量量值为最大值之半，方向指向地心垂直分量量值为最大值之半，方向指向地心28=0、90、180、270水平分量为零水平分量为零=45、=135，水平分量达最大值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。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。293）地心受到的引潮力为零。）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）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。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。）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。天体的运动，使地面引潮力出现复杂的周期性变化。30第三节、与潮汐有关的天文知识第三节、与潮汐有关的天文知识一、天球和天球坐标一、天球和天球坐标31天顶天顶天底天底：观察者所在点与地心连线，：观察者所在点与地心连线，向上伸延至天球的点向上伸延至天球的点：向下伸延至天球的点：向下伸延至天球的点 天子午圈：天子午圈：通过天极和天顶所作的大圆通过天极和天顶所作的大圆32时圈时圈：通过两极和天体视位置所作大圆。天体方位圈：天体方位圈：通过天顶、天体和天底的大圆通过天顶、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天顶距：天体与天顶在天体方位圈上所张开的角度33中天：天体通过天子午圈中天：天体通过天子午圈天体靠近天顶天体靠近天顶上中天上中天天体靠近天底天体靠近天底下中天下中天34天赤道天赤道赤纬：天体沿时圈至天赤道的弧。赤纬：天体沿时圈至天赤道的弧。35二、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36二、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黄道：太阳的周年视运动轨道与天赤道平均交角约为与天赤道平均交角约为2327二分点二分点：春分点：南春分点：南北北秋分点：北秋分点：北南南37二至点二至点：夏至点：北赤纬最大夏至点：北赤纬最大(+2327)冬至点：南赤纬最大冬至点：南赤纬最大(-2327)夏至点夏至点冬至点冬至点38平太阳日和平太阳时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回归年：太阳相继两次通过春分点的时间间隔=365.2422天天岁差：春分点沿黄道缓慢的向西移动岁差：春分点沿黄道缓慢的向西移动周期约为周期约为26000年年 39近点年近点年：地球两次到达近日点的时间间隔地球两次到达近日点的时间间隔=365.2596天天变化周期约变化周期约21000年年40三、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41三、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白道：月球绕地球运动在天球上的投影：月球绕地球运动在天球上的投影白道与黄道交角平均为白道与黄道交角平均为59升交点升交点降交点降交点：由南向北穿过黄道的交点：由南向北穿过黄道的交点：由北向南穿过黄道的交点：由北向南穿过黄道的交点变化周期：变化周期：18.61年年 升交点升交点降交点降交点424344平太阴日和平太阴时平太阴日和平太阴时 一平太阴日一平太阴日=24.8412平太阳时平太阳时 朔望月：月相完全更替一轮的周期朔望月：月相完全更替一轮的周期29.5306天天交点月：月球前后两次通过升交点或降交点的时间间隔交点月：月球前后两次通过升交点或降交点的时间间隔27.2122天天45近点月近点月月球先后两次到达近地点的时间月球先后两次到达近地点的时间27.554551天天变化周期：变化周期：8.85年年46第四节、潮汐静力理论第四节、潮汐静力理论一、平衡潮理论一、平衡潮理论引潮力的作用，使原来的球形海面，成为引潮力的作用，使原来的球形海面，成为“潮汐椭球潮汐椭球”。地球自转，对于某一固定地点的海面来说，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。形成周期性涨落的潮汐。47二、潮汐椭球与潮汐现象二、潮汐椭球与潮汐现象1、半日周期潮、半日周期潮AA1A2A3月赤纬月赤纬=0 分点潮分点潮赤道潮赤道潮482、潮汐的日不等现象和日周期潮、潮汐的日不等现象和日周期潮BB1C1C回归潮回归潮AA1491）南南、北北半半球球同同纬纬度度潮潮汐汐涨涨落落情况相同。情况相同。2）赤道始终是规则半日潮。）赤道始终是规则半日潮。3）高纬度海区出现全日潮。）高纬度海区出现全日潮。4）其他纬度，为周日不等的混合）其他纬度，为周日不等的混合潮，接近赤道，半日潮成分大，潮，接近赤道，半日潮成分大，接近两极全日潮的成分显著。接近两极全日潮的成分显著。C B A505）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，）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。出现两次分点潮和回归潮。513、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524、半月周期潮、月周期潮和年周期潮、半月周期潮、月周期潮和年周期潮半个朔望月周期半个朔望月周期5357r63.7r近点月周期潮54近点年周期近点年周期 555、长周期的潮汐现象、长周期的潮汐现象 56四、潮汐推算四、潮汐推算1、潮汐表、潮汐表潮时、潮高潮时、潮高572、八分算潮法求概略潮时、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，月亮：初一或十六日上（下）中天时与太阳大致相同，12：00 或或 0：0058八分算潮法的公式：八分算潮法的公式：上半月上半月 高潮时高潮时=高潮间隙高潮间隙+（农历日期（农历日期-1）0.8下半月下半月 高潮时高潮时=高潮间隙高潮间隙+（农历日期（农历日期-16）0.859例例：已已知知某某正正规规半半日日潮潮性性质质的的港港口口，高高潮潮间间隙隙为为1020，求农历，求农历11月初月初7的高低潮时。的高低潮时。高潮时高潮时=1020+（7-1）0.8=1020+4.8=1020+0448=1508另一高潮时另一高潮时=1508-1224=0244低潮时低潮时=1508-612=0856 另一低潮时另一低潮时=1508+612=212060具有实用价值具有实用价值 缺点：缺点：(1)(1)浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差较大；浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差较大；(2)(2)无法解释潮流现象；无法解释潮流现象；(3)(3)无法解释在一些半封闭的海湾中，出现无潮点，同潮时线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；绕无潮点顺时针或反时针旋转，两岸的潮差不等的现象；(4)(4)赤道和低纬度地区出现日潮，与理论结果差异大；赤道和低纬度地区出现日潮，与理论结果差异大；(5)(5)高潮间隙及潮龄的出现。高潮间隙及潮龄的出现。五、对潮汐静力学理论的评价五、对潮汐静力学理论的评价61第五节、潮汐动力学理论第五节、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与引潮力相同的一种波浪-潮汐波。潮汐波。波峰到达，发生高潮，波峰到达，发生高潮，波谷到达，发生低潮波谷到达，发生低潮 62一、潮差：一、潮差：1、海和湾的潮差大、海和湾的潮差大 的原因的原因原因一原因一:海和湾的潮汐来源：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。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，）、由外海的传入，使其中的海水产生的振动，自由振动自由振动63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，海和湾的固有振动周期与强迫振动的周期接近时，-“共振共振”64原因二：深度变浅，波能集中，波高增大原因二：深度变浅，波能集中，波高增大 652、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无限长的沟渠北半球无限长的沟渠只有前进波只有前进波 6667地转偏向力的作用，波峰自左向右堆积，波谷处水地转偏向力的作用，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。质点流动方向相反，波谷处自左向右下倾。68二、旋转潮波二、旋转潮波北半球的半封闭海湾，北半球的半封闭海湾，长度和宽度都等于潮波波长的一半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前进波由于湾顶的反射形成驻波 69波腹处水质点只作垂直运动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；零；波面处于水平位置时，流速的绝对值最大，波面升降最快。波面处于水平位置时，流速的绝对值最大，波面升降最快。70两个振动的节线交点上，潮汐涨落为两个振动的节线交点上，潮汐涨落为0 -无潮点。无潮点。71无潮点右无潮点右高潮时高潮时t=0，无潮点左无潮点左高潮时高潮时t=1/2T，无潮点前后无潮点前后t=1/4T、3/4T时时发生高潮发生高潮 72同潮时线：连接同时发生高潮或低潮的线同潮时线：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等潮差线：潮差相同地点的连线73旋转潮波系统：旋转潮波系统：等潮差线环状分布，同潮时线放射状等潮差线环状分布，同潮时线放射状旋转方向：北半球旋转方向：北半球-反时针反时针 南半球南半球-顺时针顺时针进行波系统：进行波系统：等潮差线基本平行，同潮时线基本平行。等潮差线基本平行，同潮时线基本平行。74三、高潮间隙和潮龄的出现三、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、地潮波运动受地转偏向力、惯性、摩擦力、地形等影响。形等影响。四、潮汐的性质四、潮汐的性质取决于分潮振幅之比取决于分潮振幅之比 75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76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77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78第六节、潮流第六节、潮流固定海区，潮流流速与潮差的关系：固定海区，潮流流速与潮差的关系：79一、来复流一、来复流潮流流向在一个周期内不遍及潮流流向在一个周期内不遍及360的往复运动，的往复运动，两次接近于两次接近于0 海峡、水道、河口或狭窄港湾海峡、水道、河口或狭窄港湾80二、旋转流二、旋转流流向作周期性旋转的潮流。流向作周期性旋转的潮流。广阔海区广阔海区旋转方向旋转方向1.1.北半球：顺时针方向，南半球：逆时针方向北半球：顺时针方向，南半球：逆时针方向2.2.潮波彼此干涉，顺时针或逆时针方向潮波彼此干涉，顺时针或逆时针方向81第七节第七节、世界大洋近岸及中国近海潮汐、世界大洋近岸及中国近海潮汐一、世界大洋近岸潮汐一、世界大洋近岸潮汐82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为主，太平洋沿岸日潮和混合潮为主，83二、中国近海潮汐二、中国近海潮汐（一）潮波传播（一）潮波传播西太平洋潮波：西太平洋潮波：一支进入东海，一支进入东海，一支进入南海。一支进入南海。84851.半日潮半日潮 太阴主要半日分潮太阴主要半日分潮 东海，前进波东海，前进波黄海，旋转潮波黄海，旋转潮波旋转中心：旋转中心：A:34N，122E附近附近B:成山头外成山头外反时针反时针861.半日潮半日潮 太阴主要半日分潮太阴主要半日分潮 渤海，渤海，旋转潮波旋转潮波旋转中心旋转中心：A:渤海海峡中央偏西南渤海海峡中央偏西南;B:辽东湾湾口偏西辽东湾湾口偏西.反时针反时针87黄海黄海、渤海、渤海旋转潮波中心：旋转潮波中心：黄海南部黄海南部渤海海峡渤海海峡反时针反时针2.日潮日潮太阳全日分潮太阳全日分潮88(二二二二)潮汐性质潮汐性质潮汐性质潮汐性质秦皇岛附近：日潮秦皇岛附近：日潮，外围：不正规日潮，外围：不正规日潮莱州湾西北黄河口外莱州湾西北黄河口外,不正规日潮。不正规日潮。渤海湾不正规半日潮。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。渤海海峡、黄海北部海岸、黄海沿岸：半日潮和不正规半日潮。纪姆角纪姆角-威海：半日潮威海：半日潮成山头附近：全日潮成山头附近：全日潮周围环抱混合潮周围环抱混合潮海州湾外侧：不正规半日潮海州湾外侧：不正规半日潮，潮差很小潮差很小。东海，台湾西：半日潮，东：不正规半日潮东海，台湾西：半日潮，东：不正规半日潮宁波附近：不正规半日潮。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：全日潮北部湾和海南岛西北：全日潮89(二二二二)潮汐性质潮汐性质潮汐性质潮汐性质90(三三)沿海潮差情况沿海潮差情况1.渤海渤海中部中部2m，近岸约，近岸约3m，辽东湾顶部、渤海湾顶部辽东湾顶部、渤海湾顶部4m2.黄海黄海中央及山东半岛北岸中央及山东半岛北岸2-3m，辽宁南岸辽宁南岸3-8m，山东南岸及江苏沿岸山东南岸及江苏沿岸 4m。3.东海东海浙江、福建沿岸浙江、福建沿岸7m以上以上4.南海南海广州湾附近约广州湾附近约3.5m海南岛东岸海南岛东岸1.8m北部湾潮差最大北部湾潮差最大,3-5m，顶部顶部5-6m。91