海洋潮汐课件

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
g
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4 引潮力势的展开
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• 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
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勒让德尔展开
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。
有时两者可合而为一
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• 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
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正 常 水位
电缆
电 缆 声 学 型 验 潮 仪 探头
• 周期 T = 1/q
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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(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
• 地球表面任意点X所受月球引潮力势为： 1 1 cos 0M( ) 2 D r r
引力势 惯性离心力势
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3 平衡潮理论（潮汐静力学理论）
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）
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• 平衡潮理论的三个假设：
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2 不等现象
• 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
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3 验潮站
• 验潮站按观测时间长短分类： 长期验潮站（》=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
0M(
1 1 cos ) 2 D r r
引入勒让德尔多项式表示 1/D（cos的函数）
拉普拉斯展开
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
达尔文展开
1883年
根据当时的月理和平衡潮理论，建立 (r/r’ 、、 T1)与（T S h p p’ ）
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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
矢量表示
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月球潮引力的标量表示
A
Mv
R
X

+
FM
Mh
D
E
r
M
• 引潮力的标量分解
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公式

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• X点所受惯性离心力：
NV NH
0 0
M co s r M sin 2 r
垂直分量
FV M V NV FH M H M H
水平分量
• X点所受月球引力：
的关系，将完全展开准调和项-----分潮
杜德逊展开
1921年杜德逊根据布朗月理，建立(r/r’ 、、 T1)与 （T S h p p’N n/2）六个天文变量的关系，将 完全展开为纯调和项--------分潮
分 潮
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Doodson展开式
K
COS 1 2s 3h 4P 5N' 6P' 123456 SIN
b2 •Oc
b3
a1 2
物 体 的 运 动
c3
• 地球、月球运动
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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。
F月 FM FN M D M r F 0 0 2 2 D D r r
《海洋潮汐学》
制作：肖付民
海测教研室
2000.9.1
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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
B
A
回归潮
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B
A A
分点潮
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潮高约相 等，此时的潮汐称为分点潮 见图 • 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 见图
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；
0h
1
11
10
往复式潮流
2 3
9
8 7 5
0h 1 11 10 9 8
4
回 转 式 潮 流
倒 流 现 象
2 3 4
6
`
7 7
5 5
6
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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
见上图
矢量图（玫瑰图）、立体表示、数字形式
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• 用平太阳时:相角V= µ 1 + （ µ 2-1）s+ (µ 3+1）h +µ (=t+h-S) 4 P+µ 5 N ’+ µ 6P ’ • 角速率q= µ 1qT +(µ 2-1)qs+(µ 3+1)qh+ µ 4q P+ µ 5 qN’+µ 6q P’ • 相角V=qt+VO VO为零时天文初相角
f
G 3 (I )G 2G1 G 3 (I )'0 G 2G1
G 3 (I ) R (G 3 ( I ) cosu )0 H
R f H
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分潮的相角和周期
• 相角V= µ 1 + µ 2s+ µ 3h + µ 4 P+µ 5 N ’+ µ 6P ’
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。
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2.引潮力
EM r F o r2 r
万有引力定律（牛顿1687年） 地、月相对运动与惯性离心力
E X
r
M
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。
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物体运动=公转+平动 c1 •Ob •Oa 3 a3 1 b1
c2 a2
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３. 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
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第一章 潮汐和潮流现象及其 观测
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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
与天体运动轨 道参数倾斜因 子I和椭圆因 子(e、m） G3
与均 匀天 文变 量有 关的 量V
非均 匀天 文变 量有 关的 量u
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• 分潮系数 = G1 G2（） G3（I）
G1 G3 3 M 3 ( r ) ; G 2 c os2 ; 4 E 5 2 4 I (1 e ) c os 2 2
最 低 水位
码 头
压 力 型 验 潮 仪 水 下 部分
最小0.5m 探 头 套 管
最 高 水位 正 常 水位 最 低 水位
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码 头
• 验潮仪器的安置方法（以水尺为例）
泥沙海底
见下图
码头壁
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峭壁
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• 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）


• 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.
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5 潮高公式的展开
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• 潮高与引潮力势的关系 g • 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
地 球 轨 道 A”
见图 见上图
B” 50‘
B’ B
月 球 轨 道
A 太阳 地球 A
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月中天
• 月相（朔、望、弦）
上弦
月球
地球
太 阳
望 下弦 朔
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月球的阴阳圆缺与潮汐的涨落
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上图
大潮与小潮
潮差
太阳 太阳 月球
高 潮
地球 低 潮 高 潮 低 潮
满月（望）
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N
B
A
A
X
月中天
S
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N
M V 0 M H 0 M co s( ) 2 D M sin ( ) 2 D
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引潮力 与
引潮力势
• 特点：引潮力为矢量、引潮力势为标量
• 引潮力与引潮力势的关系：
U U U FX ; FY ; FZ X Y Z F gr adU
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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。
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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 北天极 PN 升交点、降交点 X 时圈、时角
O r


南天极PS
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天体坐标与时间系统
时间系统分为恒星时系统和太阳时系统
见上图
月球、太阳的运动周期
恒星月 恒星年 朔望月 回归年 回归月 近点年 交点月 近点月
• 分潮幅角=V+u V=2T-2S+2h
u=2-2v
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• 分潮（潮高）一般表达式：
G1G 2 ()G 3 (I ) cos(V u)
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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.
变化较大的海区，湾顶、河口、水道口、无潮 点处）
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• 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
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水尺和水准点基本示意图
Baidu Nhomakorabea
工作水准点：
• 水位曲线的绘制？
计算机绘图、厘米方格纸
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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：
如下图
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，南半球是顺时针旋转。
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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？
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分潮的构成
以M2分潮为例
I 5 2 G1 cos cos [(1 e ) cos(2T 2S 2h 2 2 v ) 2 2
2 4
各 分 与验 潮 公 潮站 共 因 地理 纬度 子 有关 的量 G2