基础海洋学第6章-潮汐2

1、基基 础础 海海 洋洋 学学 Fundamental Oceanography 第七章第七章 潮汐潮汐 牛顿牛顿 Newton 牛顿潮汐静力学理论（平衡潮理论）牛顿潮汐静力学理论（平衡潮理论） 万有引力万有引力 拉普拉斯拉普拉斯 Laplace 潮汐动力学理论潮汐动力学理论 强迫振动强迫振动 第五节第五节 潮汐动力理论潮汐动力理论 第五节第五节 潮汐动力理论潮汐动力理论 一、潮汐动力理论的基本思想一、潮汐动力理论的基本思想 潮汐动力理论是从潮汐动力理论是从动力学动力学观点出发来研观点出发来研 究海水在引潮力作用下产生潮汐的过程。究海水在引潮力作用下产生潮汐的过程。 1 1、对于海水运动来说，只

2、有水平引潮力、对于海水运动来说，只有水平引潮力 才是重要的；铅直引潮力远小于重力。才是重要的；铅直引潮力远小于重力。 2 2、海洋潮汐实际上指的是海水在月球和、海洋潮汐实际上指的是海水在月球和 太阳水平引潮力作用下的一种太阳水平引潮力作用下的一种潮波潮波运动。运动。 第五节第五节 潮汐动力理论潮汐动力理论 二、各种形态海区中潮波特性二、各种形态海区中潮波特性 1 1、长海峡中的潮汐和潮流、长海峡中的潮汐和潮流 地转效应可使潮波发生变形。地转效应可使潮波发生变形。 在北半球的长海峡中，沿潮波在北半球的长海峡中，沿潮波 传播方向看，右岸的潮差大于传播方向看，右岸的潮差大于 左岸，而在南半球则相反。

3、此左岸，而在南半球则相反。此 外，当断面的海面处于半外，当断面的海面处于半 潮面时，即意味着潮波的节点潮面时，即意味着潮波的节点 传到该断面，水平方向上的潮传到该断面，水平方向上的潮 流流速为零。流流速为零。 2 2、窄长半封闭海湾、窄长半封闭海湾 中的潮汐和潮流中的潮汐和潮流 第五节第五节 潮汐动力理论潮汐动力理论 sin 2/2 /sin 2/2 / sin(2/ )cos(2 / ) axt Taxt T Axt T 原点 入射波反射波 流速方程 潮位方程 ) cos(2/sin(2/ ) /cos(2/ )sin(2/ ) uTh Axt T A g hxt T 3 3、半封闭宽海湾中

4、的潮汐和潮流、半封闭宽海湾中的潮汐和潮流 因科氏力对潮波运动的影响不能忽略，因科氏力对潮波运动的影响不能忽略， 这种潮波称为旋转潮波。这种潮波称为旋转潮波。 第五节第五节 潮汐动力理论潮汐动力理论 t=0t=T/4 t=T/2 t=3T/4 长海峡（北半球）长海峡（北半球） 窄长半封闭海湾窄长半封闭海湾 ( (长度长度/4/4，宽度，宽度) 半封闭宽海湾半封闭宽海湾 （北半球）（北半球） 潮波潮波前进波前进波驻波（因湾顶全反射形成）驻波（因湾顶全反射形成）两驻波的叠加（湾顶反两驻波的叠加（湾顶反 射与地转效应）射与地转效应） 潮流潮流 来复流来复流 高潮：流向与潮波传向相高潮：流向与潮波传向相

5、 同同 低潮：流向与潮波传向相低潮：流向与潮波传向相 反反 高、低潮时流速最大高、低潮时流速最大 半潮面时流速为半潮面时流速为0 0 来复流来复流 涨潮向里，高潮时流速为涨潮向里，高潮时流速为0 0 退潮向外，低潮时流速为退潮向外，低潮时流速为0 0 半潮面时流速最大半潮面时流速最大 湾顶处潮流始终为湾顶处潮流始终为0 0 旋转流旋转流 潮流矢量反时针旋转潮流矢量反时针旋转 矢量末端连线为椭圆矢量末端连线为椭圆 无潮点潮流始终为最大无潮点潮流始终为最大 各地潮流始终不为各地潮流始终不为0 0 等潮等潮 时线时线 一组与潮波传向垂直的直一组与潮波传向垂直的直 线各地高潮的发生时刻取线各地高潮的发

6、生时刻取 决于潮波的波速和波向决于潮波的波速和波向 一条与潮波传向相同的直线一条与潮波传向相同的直线 各地同时达到高潮各地同时达到高潮 绕无潮点反时针旋转绕无潮点反时针旋转 潮差潮差 沿潮波方向看右岸大于左沿潮波方向看右岸大于左 岸，不存在无潮线岸，不存在无潮线 湾顶大，湾口小湾顶大，湾口小 存在无潮线（距湾顶存在无潮线（距湾顶/4/4处）处） 岸边大，中间小岸边大，中间小 存在无潮点存在无潮点 各种形态中潮波特性的比较各种形态中潮波特性的比较 第六节第六节 风暴潮风暴潮 一、定义一、定义 风暴潮风暴潮（storm surgesstorm surges）是来自海上的）是来自海上的 一种巨大的自

7、然界的灾害现象，系指由于一种巨大的自然界的灾害现象，系指由于 强烈的大气扰动强烈的大气扰动如强风和气压骤变所如强风和气压骤变所 导致的海面异常升高的现象。导致的海面异常升高的现象。 它结合了通常的天文潮、特别是若恰好它结合了通常的天文潮、特别是若恰好 赶上了高潮阶段，则往往会使其影响所及赶上了高潮阶段，则往往会使其影响所及 的海域水位暴涨，乃至海水浸溢内陆，酿的海域水位暴涨，乃至海水浸溢内陆，酿 成巨灾！成巨灾！ 第六节第六节 风暴潮风暴潮 二、分类二、分类 按照诱发风暴潮的大气扰动的特征分类：按照诱发风暴潮的大气扰动的特征分类： 1 1、热带风暴热带风暴( (热带气旋热带气旋) )：夏秋季常

8、见，一般伴有：夏秋季常见，一般伴有 急剧的水位变化。急剧的水位变化。 三个阶段：先兆波主振阶段余振三个阶段：先兆波主振阶段余振 2 2、温带气旋温带气旋：主要发生于冬春季节，水位变化是：主要发生于冬春季节，水位变化是 持续的而不是急剧的。持续的而不是急剧的。 3 3、风潮（风潮（wind surgewind surge）：渤、黄海特有的，发生：渤、黄海特有的，发生 于春秋过渡季节。水位变化持续而不急剧。于春秋过渡季节。水位变化持续而不急剧。 热带风暴热带风暴 温带气旋温带气旋 第六节第六节 风暴潮风暴潮 三、中国的风暴潮三、中国的风暴潮 中国有验潮记录以来的最高风暴潮记录是中国有验潮记录以来的

9、最高风暴潮记录是5.94m5.94m， 名列世界第三位，是由名列世界第三位，是由80078007号台风（号台风（JoeJoe）在南渡）在南渡 引起的。引起的。 中国风暴潮一般具有以下特点：中国风暴潮一般具有以下特点： 1 1、一年四季均有发生、一年四季均有发生 2 2、发生的次数较多、发生的次数较多 3 3、风暴潮位的高度较大、风暴潮位的高度较大 4 4、风暴潮的规律比较复杂、风暴潮的规律比较复杂 第六节第六节 风暴潮风暴潮 四、预报四、预报 风暴潮预报，一般可分为两大类：风暴潮预报，一般可分为两大类： 1 1、经验统计预报、经验统计预报“经验预报经验预报”：利用线性回：利用线性回 归和统计相

10、关来建立风和气压与特定港口风暴归和统计相关来建立风和气压与特定港口风暴 潮位之间的经验预报方程或相关图标。统计分潮位之间的经验预报方程或相关图标。统计分 析，易于掌握。对中型风暴潮预报精度较高，析，易于掌握。对中型风暴潮预报精度较高， 只适用于特定地区。只适用于特定地区。 2 2、动力数值预报、动力数值预报“数值预报数值预报”：根据海上：根据海上 风场和气压场，计算出风暴潮位和风暴潮流的风场和气压场，计算出风暴潮位和风暴潮流的 时空分布。通过实况天气条件参数用数值计算时空分布。通过实况天气条件参数用数值计算 方式做出预报，更准确。方式做出预报，更准确。 潮汐的观测手段潮汐的观测手段 验潮井：竖

11、管，侧向水平进水口，布设仪器：验潮井：竖管，侧向水平进水口，布设仪器： 浮筒式：与圆轴（变速系统：轴大小有限，与潮差有浮筒式：与圆轴（变速系统：轴大小有限，与潮差有 关关),),记录纸、笔、随时间的拖动系统相连。记录纸、笔、随时间的拖动系统相连。 压力式验潮仪：（可直接在外海船上使用）压力变化压力式验潮仪：（可直接在外海船上使用）压力变化 反映水位，有三种：反映水位，有三种： 两探头：内测水压，外测气压，仪器内部设置订正；两探头：内测水压，外测气压，仪器内部设置订正； 单探头：若有管通水下，不需订正，若无管，则需外单探头：若有管通水下，不需订正，若无管，则需外 测气压，测量后订正。测气压，测量

12、后订正。 超声验潮仪：超声测矩仪，声波打到水面反射。超声验潮仪：超声测矩仪，声波打到水面反射。 以上采样时间是以上采样时间是1 1分钟，采样间隔可设定，一般分钟，采样间隔可设定，一般1010分钟、分钟、 1515分钟，潮汐报表是分钟，潮汐报表是1 1小时，但必须有高、低潮时小时，但必须有高、低潮时 间和潮高。间和潮高。 2 2、水尺（、水尺（water gauge,water gauge,属人工观测）：属人工观测）： 一般一般1 1小时一次，每次小时一次，每次1 1分钟平均（目测），高低潮时分钟平均（目测），高低潮时 加密至加密至1010分钟。分钟。 潮汐对渔业和制盐的影响潮汐对渔业和制盐的影

13、响 准确掌握海水规律对渔业有很大关系。因为海准确掌握海水规律对渔业有很大关系。因为海 洋上大潮流水急，鱼群容易分散排向外海，或栖洋上大潮流水急，鱼群容易分散排向外海，或栖 居于中上层；小潮流水缓慢，鱼群易集中推向内居于中上层；小潮流水缓慢，鱼群易集中推向内 海，并下沉海底，是底拖网渔轮捕捞的好机会。海，并下沉海底，是底拖网渔轮捕捞的好机会。 因此掌握潮情对确定鱼区地点、张网高度、航行因此掌握潮情对确定鱼区地点、张网高度、航行 时间等都是非常必要的。时间等都是非常必要的。 涨潮时，外海高盐度的海水被推向岸边，是提涨潮时，外海高盐度的海水被推向岸边，是提 取海水晒盐的好机会。那时打开盐田闸门，海水

14、取海水晒盐的好机会。那时打开盐田闸门，海水 自然流进盐田，既保证海水质量又可节省人力物自然流进盐田，既保证海水质量又可节省人力物 力。力。 潮汐发电潮汐发电 潮汐发电的原理，和一般水力发电完全相潮汐发电的原理，和一般水力发电完全相 同，就是利用海水涨落及其造成的水位差，同，就是利用海水涨落及其造成的水位差， 来推动水轮机，水轮机再带动发电机发电。来推动水轮机，水轮机再带动发电机发电。 发电站的布置型式通常有三种：发电站的布置型式通常有三种： 单程式（涨潮时把海水放进贮水池，利用涨单程式（涨潮时把海水放进贮水池，利用涨 潮时池内外落差进行发电）潮时池内外落差进行发电） 双程式（贮水池蓄水时和放水

15、时都进行发电）双程式（贮水池蓄水时和放水时都进行发电） 连程式（采用多个贮水池进行连续发电）。连程式（采用多个贮水池进行连续发电）。 国家或地区国家或地区地点地点装机容量装机容量(兆瓦兆瓦) 年发电量年发电量(万兆瓦万兆瓦小时小时) 机组机组(台台) 潮差潮差(米米) 法国法国朗斯朗斯2404.8248 英国英国塞泣河口湾塞泣河口湾720013002309.3 默西河口湾默西河口湾620120216.7 斯特兰福德湾斯特兰福德湾21053303.1 爱尔兰爱尔兰香农河口湾香农河口湾31871.5303.8 印典印典卡奇湾卡奇湾600160435.2 韩国韩国加露林湾加露林湾480120324.6 巴西巴西巴冈加巴冈加305.524.1 美国美国尼克湾尼克湾2220550807.8 加拿大加拿大坎伯兰湾坎伯兰湾11473423710.5 魁北克湾魁北克湾40281260106 12.4 安纳波利斯罗尔安纳波利斯罗尔20516.7 俄罗斯俄罗斯伦博夫斯基伦博夫斯基400 缅珍斯卡亚缅珍斯卡亚1500050008009 品仁品仁8700020000 13.5 国外已投运或设计中的潮汐发电站 浙江省温岭的江厦潮汐电站 法国朗斯潮汐电站 我国正在运行发电的潮汐电站共有8 座：