海洋潮汐课件

1、海洋潮汐学,（TIDES AND CURRENTS）,制作：肖付民 海测教研室,2000.9.1,结束,开始,目录,绪论 第一章 潮汐和潮流现象及其观测 第二章 潮汐静力学 第三章 分潮 第四章 潮汐动力学理论基础 第五章 潮汐分析 第六章 潮汐非调和常数 第七章 潮汐预报 第八章 潮流分析 第九章 平均海面 第十章 深度基准面 第十一章 验潮站有效范围 第十二章 水位改正,结束,绪论,1。什么是海洋潮汐？ 我国古代人民定义：白天里出现的海水涨落称为“潮”，而把夜晚出现的海水涨落称为“汐”。 准确定义：地球上各处的海水受到月球和太阳的引力，而使海水产生周期性上升和下降，这种海水的物理现象称之为

2、海洋潮汐，以后简称为“潮汐”。 *潮汐的分类：海洋潮汐.大气潮汐.固体潮。 潮汐的特点: 长时间 周期性,继续,返回,2。为什么要研究海洋潮汐？ 海洋潮汐在军事上.海洋工程上.科研上等各个方面都存在及其重要的意义。随着现代利用海洋和开发海洋的需要对海洋潮汐有深刻的了解和认识。（举例） 众所周知，海道测量是在运动的海面上进行的。测量载体利用测深仪器或其他测深工具在测深时，在同一地点不同的时刻得到的水深值是不同的值。这主要是载体在运动的海面上受到各种因素的影响，特别是海洋潮汐的影响。如何获取稳定的水深值，供使用着使用而不产生误解，是我们海道测量人员工作中一项重要工作。所以，需要系统地学习它。,继续

3、,返回,. 海洋潮汐研究的内容与方法？ 本书学习的主要目的是； 研究，了解潮汐运动的规律，掌握其规律性。 本书学习的主要内容是： 进行潮汐分析和预报 计算深度基准面 求取水位改正值,绪论结束,返回,第一章 潮汐和潮流现象及其观测,继续,返回,1.描述潮汐现象的有关术语？ 潮高 潮高（低）潮 、涨（落）潮 、 平潮与潮时 、 潮差与周期、涨（落）潮时间 、月中天 高（低）潮 间隙,继续,见上图,见图,返回,月相（朔、望、弦）,太阳,继续,月球的阴阳圆缺与潮汐的涨落,继续,大潮与小潮,继续,潮差,上图,返回,B,A,回归潮,N,返回,返回,分点潮与回归潮 当月球在赤道附近，发生潮汐的两次高或低潮的

4、潮高约相等，此时的潮汐称为分点潮 当月球在最大赤纬附近时，所产生的日潮不等为最大，此时的潮汐称为回归潮 半日潮龄、日潮龄、视差潮龄 半日潮龄-从朔望至发生大潮的时间间隔； 日潮龄-从月球最大赤纬至发生回归潮的时间间隔； 视差潮龄-由近地点到发生最大潮差的时间间隔；,继续,见图,见图,认真观看数天的潮汐记录曲线，则可以看出每一天的潮差是不等的，而且是逐日改变的。较明显的现象是两相临的高潮或低潮的高度并不相等，此现象称不等现象，原因是地球与太阳、月球的相对位置的变化和月球赤纬的变化。 特例：大（小）潮、潮龄、分点潮、回归潮、年不等,继续,2 不等现象,3 验潮站,验潮站按观测时间长短分类： 长期验

5、潮站（=2年） 短期验潮站（约30天） 临时验潮站（至少与长期验潮站同步3天） 海上定点站（3次大潮24小时观测） 步设原则 能够控制测区的潮汐变化（特别注意：潮汐变化较大的海区，湾顶、河口、水道口、无潮点处）,继续,验潮站的站址选择 应该设在能反映测区大部分海区潮汐变化规律的地方。 如何设立一验潮站？ 1。 选址 2。选择观测手段 3。固定仪器 4。 联测（建立主要水准点、工作水准点） 5。调试、做标志物、观测,继续,水尺和水准点基本示意图,工作水准点： 是在作业中检查水尺零点的变化，保证观测精度用。,主要水准点： 是为了把水位观测成果长期固定用。选择比较坚固和鲜明地理标志的地方。,有时两者

6、可合而为一,继续,验潮手段 验潮又称水位观测 水尺、验潮井、压力验潮仪、 水声验潮仪、 GPS定位仪、 卫星测高等,见下图,水尺,继续,电缆,继续,验潮仪器的安置方法（以水尺为例）,见下图,泥沙海底,继续,码头壁,继续,峭壁,水位观测要求？ 观测精度、观测时间间隔、时间误差（参见规范） 观测数据的换算？ 不同水尺观测数据 水准点（基准面） 水位曲线的绘制？ 计算机绘图、厘米方格纸,继续,潮流现象,动力机制-地球引力 潮流的基本形式： 往复式潮流、回旋式潮流 往复式潮流的特点： 潮流的方向只有两个（N、S），大小随时间而改变。 回旋式潮流的特点： 潮流的大小和方向随时间而改变；一般北半球是逆时针

7、，南半球是顺时针旋转。,如下图,继续,0h,11,10,9,8,4,6,5,7,1,2,3,倒流现象,继续,5,7,验流方法,测流板测流 浮筒法 海流计 多普勒测流仪（最新、高效率、高精度测流仪器） 潮流表示方法 矢量图（玫瑰图）、立体表示、数字形式,第一章结束返回,见上图,第二章 潮汐静力学,1.天文基础知识 天球、大圆天极（南、北）、天顶(底）、子午圈、时圈、天赤道 黄道、白道、春分点、秋分点、夏至点、冬至点 升交点、降交点 时圈、时角,继续,返回,天体坐标与时间系统,继续,时间系统分为恒星时系统和太阳时系统 月球、太阳的运动周期 恒星月 朔望月 回归月 交点月 近点月 恒星年 回归年 近

8、点年,见上图,返回,2.引潮力,万有引力定律（牛顿1687年） 地、月相对运动与惯性离心力 公共质心： 当两个物体当为一个物体时，其质心为公共质心，地-月公共质心，地-日公共质心。,继续,E,M,X,r,返回,物体运动=公转+平动,地球、月球运动,继续,物体的运动,返回,月球引潮力的定义,即地球上的单位质量的海水质点所受到的月球引力和因地球绕公共质心运动所产生的惯性离心力的合力。,矢量表示,继续,返回,月球潮引力的标量表示,引潮力的标量分解,继续,返回,公式,X点所受惯性离心力： X点所受月球引力：,继续,上一页,垂直分量,水平分量,返回,引潮力 与 引潮力势,特点：引潮力为矢量、引潮力势为标

9、量 引潮力与引潮力势的关系： 地球表面任意点X所受月球引潮力势为：,引力势,惯性离心力势,返回,继续,3 平衡潮理论（潮汐静力学理论）,平衡潮理论的三个假设： 1 地球表面被等深的海水覆盖； 2 不考虑海水的惯性、粘性和海底摩擦； 3 忽略地球自转所产生的偏向力（科氏力） 达尔文通过平衡潮理论建立了潮高与引潮力势的关系 潮高与引潮力势的关系,继续,上一页,返回,4 引潮力势的展开,为什么要展开引潮力势？ 为了将数学模型进行理论计算。 引潮力势展开的思路 基本思想： 1 用均匀变化的天文变量表示数学模型中的非均匀变化天文变量 2 应用泰勒级数展开变量,继续,上一页,返回,勒让德尔展开,拉普拉斯展

10、开,达尔文展开,杜德逊展开,引入勒让德尔多项式表示 1/D（cos的函数）,引入=（地理纬度 、月球赤纬、 T1月球时角） 展成长周期族、全日周期族、半日周期族三种类型,根据当时的月理和平衡潮理论，建立(r/r 、 T1)与（T S h p p ）的关系，将完全展开准调和项-分潮,1921年杜德逊根据布朗月理，建立(r/r 、 T1)与（T S h p pN n/2）六个天文变量的关系，将完全展开为纯调和项-分潮,1883年,返回,继续,分 潮,Doodson展开式,K为分潮系数,常数称为相对幅度分别乘以Ao A1A2得分潮振幅(见书P38中), 内为分潮相角.,5 潮高公式的展开,潮高与引潮

11、力势的关系 分潮定义及字符的意义： 达尔文对展开式的每一项进行命名,因此对一些主要的项起了各自独立的名字,而且这些已被国际上认可.杜德逊也采用此取名。 一般：M表示月球分潮，S表示太阳分潮、 表示合成分潮，多个字母表示浅海分潮。 其下标 a、sa、m、f、1、2、3、4等分别表示分潮的大概周期为一年、半年、一个月、半个月、一天、半天、三分之一天、四分之一天等,上一页,第二章结束返回,返回,第三章 分 潮,重点： 分潮的构成、参数的求解。 分潮的构成 分潮的系数 分潮的幅角 分潮系数的求解？,继续,返回,分潮的构成,与均匀天文变量有关的 量V,非均匀天文变量有关的量u,各分潮公共因子,与验潮站地

12、理纬度有关的量 G2,与天体运动轨道参数倾斜因子I和椭圆因子(e、m） G3,以M2分潮为例,继续,返回,分潮系数 = G1 G2（） G3（I） 分潮幅角=V+u V=2T-2S+2h u=2-2v 分潮（潮高）一般表达式：,继续,返回,分潮系数的计算,G1、 G2（）可根据公式直接计算 G3（I）与cos（u）同有18.61年的周期变化，通常求其平均值。 交点因子 f 由于上述计算是计算的系数平均值,它与实际分潮的振幅有异,但存在正比关系.则规定:18.61年的平均振幅H与某时刻的振幅R之比称为交点因子f.,继续,返回,分潮的相角和周期,相角V= 1 +2s+ 3h + 4 P+5 N+6

13、P Doodson展开式中的纯调和分潮的角速率或V值与同符号的Darwin分潮的平均角速率或V相同，故在计算V值时可直接利用Doodson法计算。 用平太阳时:相角V= 1 +（2-1）s+ (3+1）h + 4 P+5 N+6P (=t+h-S) 角速率q= 1qT +(2-1)qs+(3+1)qh+ 4qP+5 qN+6qP 相角V=qt+VO VO为零时天文初相角 周期 T = 1/q,继续,返回,合成分潮,频率相同的两个分潮合成为一个分潮 如：K1分潮 浅海分潮 当大洋中的潮波传至浅水海区时，受浅海自然地理条件(海区形状、海水深度、海底摩擦）的影响作用，波速从C=（gh）1/2-C=g

14、(R+h)1/2)，其波形发生变形，从而产生许多附加谐和波，这些谐和波称为浅海分潮. 如: M4、MS4、MN4,继续,返回,常用潮高的一般表达式,(t) = f H cos(qt+Vo+u - K) K称为迟角,是实际潮汐变化落后理论潮汐变化而产生的角度延迟. 将 H、K（或 g ）称为潮汐的调和常数,继续,返回,分潮的分群,V= 1 +2S+ 3h + 4 P+5 N+6P,1,2,3,潮族,群,亚群,按不同,按不同,按不同,(1, -1)群 (1, -2)群.,(1, -1, 0)亚群 (1, -2, 1)亚群.,1,2,2,1,3,返回,第三章 结束返回,第四章 潮汐动力学理论基础,继

15、续,返回,第五章 潮汐分析,长期观测资料分析法 中期观测资料的分析 短期期观测资料的分析,继续,返回,长期观测资料的分析,思路 最小二乘法,中期观测资料的分析,思路 达尔文调和分析法 杜德逊分析法,短期观测资料的分析,思路,第六章 潮汐非调和常数,继续,返回,第七章 潮汐预报,继续,返回,第八章 潮流分析,继续,返回,第九章 平均海面,继续,返回,第十章 深度基准面,定义：是作为海图深度的起算基准面。 确定的基本原则：考虑航行安全性 航道的使用率 深度基准面的特点： 不同的地方其值也不同，因地而异，但是一般一个国家采用统一计算基准面的方法。不同的国家采用不同的计算公式。,继续,返回,世界各国所采用的深度基准面,平均大潮低潮面（意大利、南斯拉夫、德国等）（半日） 最低潮面（法国、西班牙、巴西等）（半日） 平均低潮面（美国大西洋沿岸、荷兰等）,继续,平均低低潮面（美太平洋沿岸、菲律宾等） 略最低低潮面（印度、日本等） 理论深度基准面（俄、中国等）,95%的保证率,继续,我国深度基准面的求解,第十一章 验潮站有效范围,定义：验潮站有效范围是指某验潮站所能控制的