潮汐学

1. 潮汐静力理论的基本思想是什么？潮汐静力理论的贡献是什么？

假定：

（1）地球为一个圆球，其表面完全被等深的海水所覆盖，不考虑陆地的存在；

（2）海水没有粘性，也没有惯性，海面能随时与等势面重叠；

（3）海水不受地转偏向力和海底摩擦力的作用。

在这些假定下，海面在月球引潮力的作用下离开原来的平衡位置作相应的上升或下降，直到在重力和引潮力的共同作用下，达到新的平衡位置为止。因此海面便产生形变，也就是说，考虑引潮力后的海面变成了椭球形，称之为潮汐椭球，并且它的长轴恒指向月球。

由于地球的自转，地球的表面相对于椭球形的海面运动，这就造成了地球表面上的固定点发生周期性的涨落而形成潮汐。这就是平衡潮理论的基本思想。

贡献：1）潮汐静力理论是建立在客观存在的引潮力之上；

2）根据潮汐静力理论导出的潮高公式所揭示出的潮汐变化周期与实际基本相符；

3）由潮高公式计算出来的最大可能潮差为78cm ， 这一数值与实际大洋的潮差相近。

2. 潮汐动力理论的基本思想是什么？潮汐动力理论的贡献是什么？

基本思想：潮汐动力学理论是从动力学观点出发，来研究海水在引潮力作用下产生潮汐的过程。此理论认为：对于海水运动来说，只有水平引潮力才是重要的，而引潮力的铅直分量（铅直引潮力）和重力相比非常小，因此铅直引潮力所产生的作用只是使重力加速度产生极微小的变化，故不重要。还认为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潮波运动。海洋潮波在传播过程中，除了受引潮力作用之外，还受到海陆分布、海底地形（如水深）、地转偏向力（即科氏力）以及摩擦力等因素的影响。

贡献：1）解释了潮流现象；

2）解释了无潮点和旋转潮波系统；

3）解释了潮差大于平衡潮理论潮差的现象；

4）解释了浅水潮波的产生。

3. 什么是月球引潮力？月球引潮力如何计算？由引潮力公式可以得到什么结论？

地球上的物体，其所受到的月球的引力，与因地球绕地-月公共质心平动所产生的惯性力的合力，是该物体所受的月球引潮力。

根据万有引力定律，地球上任一地点单位质量的物体所受的月球引力为2x

KM f m =，方向都指向月球中心，彼此不平行，x 为所考虑的质点至月球中心的距离。这个力的大小随着质点所在位置的不同而变化。地球绕地月公共质心公转平动的结果，使得地球（表面或内部）各质点都受到大小相等、方向相同的公转惯性离心力的作用。此公转惯性离心力的方向相同且与从月球中心至地球中心联线的方向相同（即方向都背离月球），大小为2

D KM f c =，式中M 为月球的质量，K 是万有引力常数，D 为月地中心距离。 月球引力与地月公转产生的惯性离心力的合力即为月球引潮力，即→→+c m f f 。

得到的结论：

1）由于地月日的周期性运动，产生了周期性的引潮力变化，引起了周期性的潮汐现象；

2）由于地月日的周期性运动的复杂性，引起了周期复杂的潮汐现象；

3）引潮力与天体质量成正比，与天体和地球距离的立方成反比。

4. 分潮的概念是什么？分潮按其产生机制可以分为几类？

我们可以假定真正天体对潮汐所引起的每一种变化，都不是天体本身的作用，而是由一个或几个假想天体所产生的，这些假想天体对海水所引起的潮汐称为“分潮”。

分潮按其产生机制可分为天文分潮、浅水分潮和辐射分潮。

5. Kelvin 波的特点是什么？

Kelvin 波的特点：1） 传播方向的右边必须有边界（右界波）；

2） 波动振幅沿传播方向的左边衰减（左减波）；

3）波速 gh c = ；

4） 地转对自由长波有影响，波峰处沿传播方向右边水位高、左边水位低。

6. 宽矩形海湾中的潮波是什么形式？无潮点的位置在哪里？定性的解释为什么会位于那

个位置？

当矩形海湾的宽度较大时，由于地转效应，很多海湾中的潮波运动表现为旋转潮波系统。 可以定性的用两个Kelvin 波的叠加来说明海湾中远离湾顶部分的潮波。实际海湾的水深往往比较浅，摩擦的影响必须考虑。

无潮点的个数和位置取决于海峡的长度、地理纬度、平均深度、摩擦系量和分潮的角速率。

当0=μ时与无摩擦的情形相同，即无潮点位于海峡的中轴线上，相邻无潮点间的距离为半波长；

当0≠μ时，无潮点不在中央轴线上，向强度较强的Kelvin 波的传播方向的左方偏移。 旋转潮波系统变得不太规则，无潮点附近的等振幅线的形状不再是椭圆，同潮时线也不再是直线。

结论：宽矩形海湾中，无潮点向左下方偏移。

7. 浅水分潮产生的动力学机制是什么？以倍潮波的产生为例说明。

一维的非线性基本方程，并取摩擦项为线性形式，即

最后解得

一个线性潮波在浅水中传播时，产生了角频率为原线性潮波的两倍的浅水潮波，称之为倍潮波。倍潮波的振幅与其在浅水中传播的距离成正比，还与水深有关（水深越浅，振幅越大）。

0])[(=∂+∂+∂∂-∂∂-=∂∂+∂∂x

u h t ku x

g x u u t u ζζζ)14()(2sin 43)(sin 3200c x t x c gR c x t R -+-=σσσζ)15()(2sin 43)(2cos 81)(sin 420232020c x t x c R g c x t c R g c x t R c g u -+-+-=σσσσ

8. 什么是潮汐调和常数？其中的迟角有几种？

天文分潮可表示为 、 其中f i 和（V 0＋u ）地称为交点因子；H i 和K i 通常称之为分潮调和常数，其中H i 称为分潮调和常数振幅，K i 称为分潮调和常数位相。

分潮的调和常数反映了实际海洋对这一频率天体引潮力的响应。这种响应决定于海洋本身的几何形状及其动力学性质。

迟角有 地方迟角K ，区时迟角K ' ，区时专用迟角g 三种。

9. 什么叫差比关系？差比关系在中期观测资料的分析中如何应用？

差比关系：随从分潮与主分潮的迟角差和振幅比，称为差比关系。可将同一群的次要分潮与主分潮分离开来。

通过假定的差比关系由主要分潮的调和常数估计随从分潮的调和常数。随从分潮的引入只是为了消除它们对主要分潮的影响，即更准确地求取主要分潮的调和常数。

通常假定同一群分潮中每个分潮都与相应的平衡潮分潮之间有着相同的振幅比和位相差。换句话说，实际海域的随从分潮与主分潮的振幅比等于理论上相应的两个平衡潮分潮的系数比；而随从分潮与主分潮的迟角差为零。

10. 什么是潮流椭圆要素？

潮流椭圆的长半轴和短半轴是这个分潮流速可能达到的最大和最小潮流，常记作W 和w ，最大分潮流的方向Θ规定为从正北顺时针旋转的角度。最小潮流与最大潮流的比值叫旋转率，记为κ，如果潮流矢量随着时间按逆时针方向旋转则为正，否则为负。最大分潮流流速W 、方向Θ 、发生的时刻τ以及旋转率κ决定了分潮流椭圆的基本特征，叫做潮流的椭圆要素。

11. 海港工程设计中需要哪三种水位参数？

海港工程设计中一般需要三种基本水位参数：设计高(低)水位、校核高(低)水位和乘高(低)潮作业水位。

设计高(低)水位是指该码头在该设计高水位时，能保证设计要求的最大船舶在各种装载情况下，都能够安全靠泊码头进行装卸作业，而且要求码头结构及地基强度和稳定性等还能满足各种设计荷载。对海港工程中航道的水深，则是以设计低水位为标准，它是在该水位下按设计规定的最大船舶满载吃水及一定的预留深度确定的。

校核高(低)水位一般是沿海工程在非正常天气条件下的极端高(低)潮位。在沿海工程设计中，校核高(低)水位一般采用重现期为五十年一遇的高(低)潮位。

【对港口而言，并不要求]

)(cos[0i i i i i K u V t

H f -++=地ωζ