海洋要素计算复习

1、第一章潮汐：地球上的海水受到太阳和月球等天体作用产生的一种规律性的上升下降运动（完全由太阳、月球、地球的相对位置决定）重力潮：引潮力引起的海面升降。辐射潮：太阳辐射强度的周期变化引起气象条件的周期性变化，从而间接引起海面的周期性升降增减水：气象条件的非周期变化引起的水位的非周期升降。当增减水由风暴引起则为风暴潮潮汐（决定于天气条件）高潮间隙：月中天到高潮时的时间间隔回归潮：由月球赤纬变化引起，月球在最南或最北附近时，产生的日潮不等最大，此时的潮汐称作回归潮分点潮：当月球在赤道附近时，两次高潮或低潮的高度大致相等，此时潮汐叫作分点潮1、牛顿平衡潮理论的贡献和缺陷分别是什么？贡献：在理想条件下天体

2、引力使海洋表面形成一个平衡潮面，即潮汐椭球，对着和背着天体的点形成高潮天体偏离赤道导致日潮不等；潮汐大小与天体成正比，与天体到地球距离的三次方成反比。由此算出月球引潮力大于太阳引潮力。缺陷：忽略的海水惯性，水深和岸线的复杂性，以及摩擦力。2、月中天，平太阳日和平太阴日月中天：月球经过该地的子午线圈时刻，离天顶较近月上中天，离天顶较远月下中天平太阳日：假想的太阳连续两次上中天的时间间隔，为24平太阳时平太阴日：月球两次上中天的时间间隔，24时50分3、潮汐类型的划分标准半日潮型：一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮，前一次高潮和低潮的潮差与后一次高潮和低潮的潮差大致相同，涨潮过程和落潮过程的时间也

3、几乎相等（6小时12.5分）我国渤海、东海、黄海的多数地点为半日潮型，如塘沽、青岛、厦门等全日潮型：一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮。如南海汕头、渤海秦皇岛等。南海的北部湾是世界上典型的全日潮海区混合潮型：一月内有些日子出现两次高潮和两次低潮，但两次高潮和低潮的潮差相差较大，涨潮过程和落潮过程的时间也不等；而另一些日子则出现一次高潮和一次低潮。我国南海多数地点属混合潮型。如榆林港4、简述潮汐不等现象及其产生原因？现象：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、低潮的时间间隔相等，这种现象称为潮汐日不等由于月球、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

4、不等现象。由于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。由于地球和月球距离变化而产生的潮汐不等，称为潮汐视差不等气候的季节变化和太阳与地球距离的变化是引起年周期不等的原因长周期不等原因：月球引力和太阳引力的合力是引起海水涨潮落潮的引潮潮力大洋底部地壳弹性才才塑性潮汐形变气潮在海潮之上，他的作用引起其附加的运动5、往复流和旋转流的特征，以及旋转流的形成原因往复流：流速随时间变化，转向时较小；多发生在海峡，水道、湾口，河海交界处，近岸地区等受地形限制的水域回转流：潮流方向和速度随时间不断变化；多发生在江河入海的外方，外海或广阔水域回转流的成因：几个潮波同时存在，从而产生互相干涉作用

5、两个往复流，叠加形成回转流较宽的海峡也可出现回转流，高潮和低潮的中间时刻，垂向潮流停止，潮位继续变化，海峡中央有横向流动6、图形描述高低潮与转流的关系？潮流运动：水质点椭圆轨道运动，往复较短距离；潮波的传播：波形和能量传播，速度大，距离远前进波：转流时间发生在高潮与低潮的中间时刻驻波：潮波前进传播时为海岸所阻，形成反射波，反射波与入射波起干涉现象腹点处的水质点只有垂向运动，无水平运动；节点处的水质点水平运动最大，无上下运动驻波转流发生在高潮时和低潮时（如塘沽新港）第二章天球：假想的以地球为中心，半径为无限长的球面视位置：我们对天体的视线在球面上的投影就是该天体在天球上的视位置大圆：通过球心的平

6、面在球面上的截口角距离：球面上任意两点的距离以大圆弧段最短，角距离就是大圆弧段所对的圆心角的大小球面角：两个大圆弧相交所成的角称为球面角，交点和大圆弧本身分别称为球面角的顶点和边，球面角的大小用两个大圆弧在顶点的切线的夹角来量度天极：地轴无限延伸与天球交于两点，地球北极对应着北天极，南极对应着南天极天轴：通过天球中心而与地球自转轴平行的直线称为天轴，是一条直观的假想直线天赤道：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。天顶，天底：将观察点的铅垂线无限延伸后与天球交于两点，向上于天球的交点称为天顶，而正相对向下延伸与天球的交点，成为天底。天子午圈：通过南北天极和天顶天

7、底的大圆天顶距：天顶与任一天体的角距离天体视运动：太阳、月球等天体的真实运动反映在天球上的运动情形便叫做天体视运动上、下中天：天体在子午圈的天顶位置时叫做上中天，在子午圈的天底位置时叫做下中天天体时圈：通过南北天极和天体的大圆称为时圈时角：天子午圈和天体时圈在天赤道所张的角度，上中天时时角0º，下中天时时角180º黄道：太阳在天球上的周年视运行的轨道称为黄道，黄道与赤道交角为23°27春分点：太阳由南向北穿过赤道时的交点 秋分点：太阳由北向南穿过赤道时的交点。夏至点：是黄道最北边的点，冬至点：是黄道最南边的点赤纬：由天赤道起算，向北为正，南为负 赤经：由春分点起算

8、，向东为正，西为负，黄纬：黄道坐标系上由黄道起算，北为正南为负黄经：黄道坐标系上由春分点起算，向东为正，向西为负近地点是指太阳离地球最近时，它在天球上的位置叫太阳近地点；远地点是指太阳离地球最远时，它在天球上的位置平太阳：假想的一个在黄道上匀速运动的辅助点A与太阳同时经过近地点和远地点；另外假想一个在赤道上匀速运动的辅助点B与A同时通过春分点，则B称为平太阳平正午（子夜）：平太阳经过某地上（下）中天时，时角为0º（180º）。连续两个平正午(子夜)的时间间隔称为平太阳日区时系统：在一个经度相差不大的区域采用统一的时间称为区时系统。划分的原则是以每隔15º的经线将地

9、球划分24个时区，规定西经7.5º到东经7.5º为0时区回归年：太阳在黄道上运行一周的时间，约为365.2422平太阳日格里年：即现在采用的公历，规定平年365天，闰年366天，世纪年只有世纪数能被4整除时才是闰年，因此格里年的平均长度为365+（100-3）/400=365.2425天，与回归年每3300年差一天白道：月球在天球上的运行轨道。白道与黄道的平均交角为5º09白道与黄道的交点的变化周期为18.61年，月球由南向北穿越黄道时的交点为升交点，由北穿南时的交点为降交点升交点在春分点时白道和赤道的交角为：23º27+ 5º09= 28&#

10、186;36升交点在秋分点时白道和赤道的交角为：23º27-5º09= 18º18近地点、远地点太阳的远、近地点相对于春分点是移动的，大约2万年自西向东运行一周月球的远、近地点移动速度较快，大约8.85年自西向东移行一周回归月：月球在白道上运行一周的时间，约为27.32平太阳日朔望月：月相变化的周期，月球相对于太阳运动的周期，约为29.53平太阳日太阴日：月球接连两次上中天的时间间隔，由于月球运行速度比太阳快，所以太阴日比太阳日平均长约50分钟1、为什么回归潮日潮不等最显著，分点潮时不存在日潮现象日潮不等主要是由月球赤纬产生的，赤纬越大，不等现象越显著，当月球在南

11、、北赤纬最大的位置附近时，潮汐不等现象最大。由于分点潮时，月球在赤道附近；在一个交点月内，将有两次穿越天球赤道，这时引潮力场与通过地轴的一个平面对称，因此潮汐椭球也与通过地州的一个平面对称，由于地球自转，地球上个点的海面在一个太阴日内分别发生两次最高和两次最低，两次高潮(低潮)的潮高约相等，并且从最高值到最低值及从最低值到最高值的时间间隔也相等。因此分点潮时不出现潮汐不等现象。2、潮汐谱线：横线作为频率轴，纵线作分潮的振幅轴，可以看出潮汐振动有哪些分振动，其频率是多少3、潮族、潮群的划分依据首先按1=0，1，2，3分成四个潮丛，称为潮族0，1，2，3，分别对应长周期分潮，全日潮，半日潮和1/3

12、日分潮在同一潮族内按2值的不同又可分为更小的丛，称为潮群同理，在群中根据3的大小又可分为亚群4、引潮势和平衡潮的含义引潮势：自地心移动单位质量物体至地表面任一点克服引潮力所做的功（引力场为保守力场，故为有势场）平衡潮：假定地球表面全被海水覆盖，且假定海面在任一瞬间仍然能够保持与重力和引潮力的合力处处垂直，则这样海面状态称为平衡潮；平衡潮面为重力和引潮力合力场的一个等势面。第三章实际潮位的可预测部分：引力潮（天文潮）、气象潮、天文气象复合潮、浅水潮气象天文复合潮：气象条件改变不仅可以直接引起气象分潮，还可以通过改变天文潮波在海洋中的运动状况，从而使得海洋对引潮力的响应发生改变，主要表现为实际分潮

13、的振幅和迟角产生季节变化，即形成天文气象复合潮，如MB2，SA2浅水潮：天文潮进入浅水区由于海底摩擦或天文分潮的非线性耗散所产生的分潮，如M4，MS4噪声：气象扰动引起水位的不规则变化，会造成分析结果的误差从属分潮：由天文或气象源分潮复合得到的天文气象复合潮或浅水分潮统称为从属分潮分潮的命名方法达尔文主要分潮的表示法：下标a，sa，m，f，1，2，3分别代表的大概周期为一年，半年，一月，半月，一天，半天，1/3天等。有的分潮加方括号，表示展开式中具有这一角频率的项不只一个，这些项合起来可以看成一个分潮。有写分潮名称上加圆括号，如（M1）（Ssa）它表示海洋中观测到的这个分潮实际上主要不是由引潮

14、力直接作用引起的，只不过他的频率刚好与引潮力的这一项相同。重要分潮的含义M2：主要太阴半日分潮S2：主要太阳半日分潮，约为M2的一半N2：主要太阴椭率半日分潮，略小于M2的1/5K2：太阴太阳合成半日分潮，略小于M2的1/10K1：太阴太阳合成全日分潮O1：主要太阴全日分潮，略大于K1的2/3P1：主要太阳全日分潮，略小于K1的1/3Q1：主要太阴椭率全日分潮，略小于K1的1/5从属分潮的命名（1）字母下标代表周期，如a、sa、m、f分别代表一年、半年、一月、半月（2）大部分从属分潮的源分潮用单独一个字母表示，如M2、Sa、O1，例外的是2Q1、2N2、OO1三个小分潮（3）从属分潮中倍潮只用

15、一个字母表示，如M4、O3、M6 ，复合分潮则由构成它的所有源分潮表示，如MS4、MSN6，（4）天文气象复合潮由源分潮加上字母A或B构成地方迟角：实际分潮与垂直引潮力的位相差，可写为，反映了在某一定地点实际分潮对于天文分潮的位相落后格林威治迟角：，其中实际分潮采用区时，天文分潮采用世界时两种迟角的转换：，其中杜德森数，角频率，系指东经和东时区潮流：引潮力引起的海水的水平运动非潮流：非潮汐原因引起的流动海流：海水运动的总称余流：海流中扣除潮流之后剩余的部分，主要成分是非潮流，但也可能包含一些引起长周期或定常的流动，后者称为潮汐余流潮汐余流又分为拉格朗日余流和欧拉余流潮流的量度：流向 和流速 ，

16、常常分解为北分量u= cos和东分量= sin1、潮汐、潮流的调和常数是什么 振幅H和迟角（格林威治迟角）称作实际分潮的调和常数， 潮流也可以表示为许多分潮流之和其中为余流，为北分流的调和常数，为东分流的调和常数单纯进行潮流预报，公式（2）足够了，但是调和常数不能直观揭示该地点潮流变化的特征，因此需要引入其它参数。考虑一个分潮的情况2、潮流的椭圆要素，它与潮流的调和常数如何换算 从椭圆要素到调和常数 潮流椭圆：潮流分量 u、 的矢量端划出的轨迹，椭圆长半轴和短半轴就是这个分潮流速可能达到最大值和最小值，分别叫做该分潮最大最小潮流，记作 W、 旋转率：，逆时针为正 k=W分潮流的椭圆要素：最大分

17、潮流流速、方向、发生的时间以及旋转率决定了分潮流椭圆的基本特征，叫做分潮流的椭圆要素 换算：将 u、 坐标轴旋转一个角，与椭圆的长短轴重合，记为xy坐标轴，则u、在xy上的投影可写为（如下 图1）又因为xy轴分别有椭圆的长轴和短轴重合，因此椭圆的参数方程可写为（如下 图2）综合上以上可得 解上面变换后四元一次方程组可得到由椭圆要素计算调和常数的公式：公式（3） 3、最小二乘法在潮汐分析中的应用（P69）水位可以看成许多调和分潮的叠加，但实际处理时只选取有限个主要分潮。实际潮位可以写为其中如果在 t=t1，t=t2， ，t=tN时刻对潮位进行观测，所测得的潮高分别为 h=h1，h2， ，hN可以

18、建立包含m个未知数的 N 个方程的方程组，其中N>m。我们知道，当方程组的方程数超过方程组所包含的未知变量数，这样方程组成为矛盾方程组，或超定方程组，可用最小二乘法求解。对于超定方程组N>M 的情况，一般不存在一组解(x1,x2,xN)可以同时使各等式两边都相等，即差值全为零的情况。但可以选取 x1,x2,xN，使得差值尽可能小，选取反映所有差值累加和大小的特征数，若为最小，则认为对应的一组 x1,x2,xN为最好，即为最优解对于等时间间隔连续观测序列（t=tn-tn-1与n无关）的法方程的系数，假定观测记录数为N，去中间时刻 12(N-1)t ,计算可以进一步简化。令N=12(N

19、-1) 则观测时刻一次为Nt，···，t，0，t，···，Nt，对应水位依次为hN，···，h-1，h0，h1， ，hN ，则法方程可写为根据法方程系数运算规则，可以求出A00，Aii，Aij，Aji，Bii，Bij，Bji，F0，Fi，Fj（由于所有系数C和D都为0）所以实际可以分为两个方程 和 上面两个方程组的系数行列式对称左边方程组包含K+1个方程，可以解出S0,x1,x2,xK；右边方程组包含K个方程，可以解出y1,y2,yK。再根据式和式求出调和常数4、矛盾方程组的法方程各项系数的确定 5、分潮

20、的选取与观测记录的时间间隔以及观测时段长度的关系 实际潮汐分析中通常采用时间间隔为1小时的样本，此时只有角速率等于或高于/小时或周期等于小于2小时的振动才可能与较低频率的振动相混淆实际海洋的高频潮汐振动一般都很微弱，不需特别考虑6、分潮选区原则分潮的选取必须与观测时段长度适应，即任意两个分潮的角速率之差要大于2Nt，或观测时段长度大于两个分潮的会合周期 判断方法：把所有要考虑的分潮角速率从小到大排列起来，其中平均水位可以看作角速率为零的分潮，同时如果有的分潮角速率大于t,则取它的虚像的角速率,然后观察每相邻两个分潮的角速率之差，若差值都大于2Nt则认为观测时段足够长6、浅水分潮的交点因子和交点订正角7、数据平滑、间断记录和不合理数据的舍弃数据平滑间断记录 不合理数据的舍弃第四章1、什么是中期观测资料分析和短期观测资料分析，以及调和常数求解的实际步骤中期观测资料分析：不同亚群分潮之间的会合周期为1年，通常把1年以上观测记录称为长期观测资料；同样，属于不同群的分潮的会合周期最长为1个月，因此把长度长于一个月但不足一年的观测记录称为中期观测资料分析长期观测资料时引入交点因子和交点订正角以消除同一亚群其他