1、航海学（）,次数：第21次时间：08000940日期：2003年3月24日 星期一地点：02B0407,第五章 潮汐与潮流,潮汐（tide）即海面周期性的升降运动。其中，海面上升的过程称为涨潮（flood tide），当海面升到最高时，称为高潮（high water，HW）； 海面下降的过程称为落潮（ebb tide），当海面降到最低时，称为低潮（low water，LW）。 伴随海水周期性涨落现象，还同时产生海水周期性的水平方向流动，即潮流（tidal stream）。,第一节 潮汐的基本成因和潮汐术语 地球表面上任一水质点除受到地心引力和地球自转惯性离心力的作用外，还要受到其他天体的引潮力
2、（tide-generating force）的作用。由于地球上某一固定点所受的地心引力和地球自转惯性离心力的大小和作用方向都是恒定的，所以地心引力和地球自转运动对潮汐不产生影响。潮汐产生的原动力是天体的引潮力，即天体的引力和地球一天体相对运动所需的惯性离心力的向量和。其中主要是月球的引潮力，其次是太阳的引潮力。,平衡潮理论是牛顿创立的，所谓平衡潮是指海水在引潮力和重力作用下达到平衡时的潮汐。为了使问题简化，平衡潮理论有两个假设：1整个地球被等深的大洋所覆盖，所有自然地理因素对潮汐不起作用。2海水没有摩擦力和惯性力，外力使海水在任何时候都处于平衡状态。,一、月球的引潮力与潮汐的形成1月球的引力
3、根据万有引力定律，若以mM表示月球质量，以mE表示地球质量，及表示地月中心距离，则地球和月球之间的引力为： k是为万有引力系数。而地球表面上至月球中心距离为x的单位质点P所受的引力为： 即：地球表面各点所受引力的大小和方向均不相同，其大小取决于该点至月球中心的距离，方向均指向月球中心,月球的引力,2惯性离心力月球绕地球的公转是在一个平衡引力系统下的运动，确切地说，这种运动是月球和地球绕着它们的公共质心（G）运动（见图）。 地球质心所受到的惯性离心力必定等于月球引力f（= ），否则，月球引力就会把地球吸引过去。 地球中心单位质量的惯性离心力与月球对其的引力（ ），大小相等、方向相反，方向背离月球
4、，背离公共质心。,月-地系统的运动,地球的平动运动,地球表面任一单位水质点与质心正处单位质量一样受到一个相同的惯性离心力，大小相等，背离月球，互相平行。,3月引潮力和月潮椭圆体 地球上各点在任何时刻均同时受到月球引力和地球绕公共质心进行平动运动所产生的惯性离心力的作用，这两个力的矢量和即为月引潮力。 (如图所示) 在地球中心，引力和惯性离心力大小相等，方向相反，处于力的平衡状态，引潮力等于零。但是，在地球表面上各点，引力和惯性离心力不会相互抵消，从而产生了引潮力。虽然各点引潮力的大小和方向皆不相同，但对整个地球而言，仍处于一种平衡状态。然而，对地球表面上的水质点来说，将受到这种引潮力的作用而产
5、生潮汐现象。,月引潮力,根据假设，整个地球表面被等深的海水所覆盖，则在引潮力的作用下，形成了长轴与月-地连线重合的椭圆体，称为月潮椭圆体（图），其上所受引潮力指向球心的各点所组成的水圈称为照耀圈。,月潮椭圆体,4潮汐的形成 (上图)假定月球赤纬为零时的月潮椭圆体，P为地极，A1，A2，A3，A4分别表示地球表面上任意一点A随着地球自转中的4个位置。这个潮汐椭圆体的长轴在月、地中心的连线上。 月球连续两次上（下）中天的时间间隔称为一个太阴日，约为24h50min。相邻两个高潮（低潮）的时间间隔（约为12h25min）称为潮汐周期。可见，我们所讨论的潮汐是以半个太阴日为周期的，故称为半日潮（sem
6、i-diurnal tide）。,二、潮汐不等1潮汐的周日不等 在同一太阴日中所发生的两次高潮或两次低潮的潮高以及相邻的高、低潮的时间间隔并不相等，这种现象称为潮汐周日不等（diurnal inequality of tide）。 当月球赤纬不等于零时，纬度不为零的地方存在潮汐的周日不等现象；月球的赤纬越高，这种现象越显著；某点的纬度越高，这种现象也越严重；纬度等于或大于90与月球赤纬之差的地方，一天只有一次高潮一次低潮。(如图所示),月赤纬不等于零时的潮汐椭圆体,2潮汐的半月不等 仅以月球引潮力为例说明了潮汐的成因及潮汐的周日不等。虽然太阳的引潮力是月球的引潮力的l2.17，但同样会产生太阳
7、潮汐椭圆体。由于太阳两次上（下）中天的时间间隔为一个视太阳日，约为24h，太阳潮的半日潮周期约为12h。同样，当太阳的赤纬不等于零时，也会发生潮汐的周日不等现象。太阳潮的存在增加了潮汐现象的复杂性，由于月球、太阳和地球在空间周期性地改变着它们的相对位置，从而产生了潮汐半月不等现象。,设太阳和月球的赤纬均等于零的情况。当月球处在新月（朔）或满月（望）时，太阳、月球潮汐椭圆体的长轴在同一个子午圈平面内，即太阳潮汐椭圆体与月球潮汐椭圆体的长轴方向一致，互相叠加，出现高潮最高，低潮最低的现象，称为大潮（spring tide）。,当月球在上弦或下弦时，太阳、月球潮汐椭圆体的长、短轴在同一个子午圈平面内
8、，即太阳潮汐椭圆体与月球潮汐椭圆体的长轴方向相互垂直，因此引潮力互相抵消，出现了高潮最低，低潮最高的现象，称为小潮（neap tide）。,从朔（新月）、望（满月）到两弦，从两弦到朔、望潮差在不断地变化着。具体地说，就是从新月到上弦，潮差逐渐变小；从上弦到满月潮差逐渐变大，到满月时潮差与新月时一样又达到最大。从满月到下弦从下弦到新月又产生同样的反复。显然潮差是以半个朔望月（约14.5日）为周期而变化的，称为潮汐的半月不等（semi-menstrual inequality of tide）。,3潮汐的视差不等 月球是沿椭圆轨道绕地球转动的，地球在椭圆轨道的一个焦点上。当月球位于近地点时（距离约
9、为57个地球半径）其引潮力要比位于远地点（距离约为63.7个地球半径）时大40，这种由于地球和月球距离变化而产生的潮汐不等，称为潮汐视差不等（parallax inequality of tide），其周期为一个恒星月，约27.3日。太阳潮中也同样存在视差不等的现象。每年1月3日前后，地球离太阳最近，此点为近日点，而每年7月4日前后，地球离太阳最远，此点为远日点，近日点的引潮力比远日点的引潮力大10，其周期为一个回归年，约365.24日。,上述对潮汐成因、潮汐不等问题的讨论，都是根据牛顿的潮汐静力学理论，在理想的假设条件下进行的。事实上，高潮并不发生在月上（下）中天之时，而是滞后一个高潮间隙；
10、大潮也不发生在朔、望之日，而是滞后l天3天（潮龄）。各地的潮差不等，甚至相差非常悬殊；相距很近的两个地区却发生性质不同的潮汐现象。,由于大陆对海洋的阻隔，这便阻碍了海水在引潮力的作用下形成理想的潮汐椭圆体；并且海洋深浅不一，海底崎岖不平，使海水的运动受到很大摩擦力的影响；加之由于海水粘滞性、惯性的影响，造成了潮汐“迟到”现象，也就是出现高潮间隙和潮龄的原因。沿岸海区地理条件较大洋更加复杂。其水深变化大，海底地形复杂、岸线曲折，尤其是浅滩和狭窄海湾的存在等地理特点不仅能改变潮差，而且能改变潮汐性质。例如：我国“钱塘怒潮”就是由于漏斗状河口，越往上游深度越小，涌入的潮波形成相当大的潮差；加拿大东南
11、芬地湾潮差最大可达18m；我国秦皇岛港的潮汐有别于渤海湾内的邻近港口；墨西哥湾中相距很近的两个地区出现性质完全不同的潮汐现象，均是由于沿岸特殊的地理条件造成的。,三、潮汐类型、潮汐术语 1潮汐类型 （1）正规半日潮：在一个太阴日内发生两次高潮和低潮。两次高潮和两次低潮的高度都相差不大，涨落潮时也很接近。正规半日潮港如青岛、巴拿马等。 （2）不正规半日潮混合潮：它基本上还具有半日潮的特性，但在一个太阴日内相邻的高潮或低潮的潮位相差很大，涨潮时和落潮时也不等。如浙江镇海港和亚丁港等。,（3）不正规日潮混合潮：其在半个月中，日潮的天数不超过7天，其余天数为不正规半日潮。如鄂霍次克海的马都加和南海暹罗
12、湾等。 （4）正规日潮：其在半个月中有连续l2以上天数是日潮，而在其余日子则为半日潮。我国南海有许多地点（北部湾、红岛、德顺港等）潮汐涨落情况，都属于正规日潮型。,2潮汐术语 （潮汐图解）平均海面（mean sea level，MSL）：根据长期潮汐观测记录算得的某一时期内的海面平均高度。海图深度基准面（chart datum，CD）：计算海图水深的起算面。潮高基准面（tidal datum，TD）：计算潮高的起算面，一般即为海图深度基准面。如两者不一致时，则应进行订正，才能将潮高应用到海图上。,涨潮时间（duration of rise）：从低潮时到高潮时的时间间隔。落潮时间（duratio
13、n of fall）：从高潮时到低潮时的时间间隔。平潮（slack）与停潮（stand）：当高潮发生后，海面有一段时间呈现停止升降的现象，称为平潮。低潮发生后，海面也有一段时间呈现停止升降的现象，称为停潮。潮差（tidal range）：相邻高、低潮潮高之差。,大潮升（spring rise，SR）：从潮高基准面到平均大潮高潮面的高度。小潮升（neap rise，NR）：从潮高基准面到平均小潮高潮面的高度。回归潮（tropic tide）：当月球赤纬最大时（此时月球在北回归线或南回归线附近）的潮汐称为回归潮。此日寸，潮汐周日不等现象最显著。分点潮（equinoctial tide）：当月球赤纬
14、最小时的潮汐称为分点潮。此时潮汐周日不等现象最小。,高高潮（higher high water，HHW）：在一个太阴日中发生的两次高潮中潮高较高的高潮。低高潮（lower high water，LHW）：在一个太阴日中发生的两次高潮中潮高较低的高潮。高低潮（higher low water，HLW）：在一个太阴日中发生的两次低潮中潮高较高的低潮。低低潮（lower low water，LLW）：在一个太阴日中发生的两次低潮中潮高较低的低潮。潮龄（tidal age）：由朔望至实际大潮发生的时间间隔称为潮龄。潮龄一般为1天3天。平均高（低）潮间隙（mean highlow water inter
15、val，MHWIMLWI）：每天月中天时刻至高（低）潮时的时间间隔的长期平均值称为平均高（低）潮间隙。,潮汐图解,小结,月球引潮力是潮汐形成的主要原因； 当月球赤纬等于零时的潮汐成为分点潮,高(低)潮高、涨潮和落潮的时间也基本相等； 当月球的赤纬不等于零时，产生潮汐的周日不等现象，赤纬越大，周日不等现象越明显；同时周日不等现象还和测者的纬度有关，当测者位于赤道时没有该现象的发生； 当测者纬度90月亮的赤纬时，形成日潮现象即一天只有一次高潮和一次低潮； 潮汐的半月不等是由于月亮、地球、太阳在空间周期性的改变他们之间的相对位置，使月球处于新月或满月时，太阳和月球的引潮互相叠加，形成高潮相对最高、低潮相对最低，即大潮；而在月球位于上、下弦时，太阳、月亮的引潮力相互抵消一部分，形成小潮。,
