第四章 海洋
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初振阶段:风暴中心还在远海时,先兆波到达,引起海面缓慢 上升或下降 主振阶段:风暴逼近或过境时,海面急剧升高,潮位达到最大 值. 余振阶段:风暴离境后,水位呈波状下降.
3. 危害
风暴潮到来时,海面急剧上升,伴随巨浪冲击,冲溃 海堤,淹没农田房屋,造成生命财产损失.
第三节
潮汐
一,潮汐及其类型 (一)定义 海水在天体引潮力作用下形成的周期 性垂直运动称为潮汐.由于这种运动是 由天体的周期性引力引起的,故也称天 文潮.与潮汐现象相对应的海水的水平 运动,称为潮流.
D D1
2. 月变化 (1)半月周期潮(大小潮): 朔或望时,日,月,地三者大致在一条直线上,月, 日引潮力叠加;形成的高潮特高,低潮特低,称大潮. 上,下弦时,日,月,地三者大致成直角,引潮力抵 消,称低潮.
(2)月周期潮:月球公转轨道近地点潮差大,远地点小.
四,潮汐理论
(一)平衡潮理论: 根据牛顿静力学理论分析得出, 假设:①地球完全被海水覆盖,海底平坦;②海水没有惯 性;③忽略地转偏向力和摩擦力 论点:在没有引潮力作用时,重力与压强梯度力互相平 衡,海面为一圆球形,海水深度处处相等,没有潮汐涨 落.当有引潮力作用时,需要引潮力,压强梯度力和重 力三个力相平衡,才能使海面保持稳定,这就需要海面 重新调整,发生变形,才能稳定.
1. 引力
地球上不同地点的物体所受月球引力大小 不同,离月球近所受引力大,离月球远所受引 力小,方向均指向月球.
2. 地月运动所产生的惯性离心力: 地月运动是地球和月球围绕它们的公共质心 所作的公转运动,公共质心位于0.73r处.而且地 月绕公共质心的运动是平动运动. 平动运动: 物体在运动过程中,其上任意两 点的连线在各个时刻的位置始终平行的运动(如 升降机的运动,火车车厢的运动).
η-波面某点相对于静止水面的高度,a-振幅,k-波数(2π距离 内包含的波个数),σ-园频率(2π秒内所经过 的波个数)
(2)小振幅前进波波速:
c= gλ 2πH th λ 2π
式中, th
2πH
λ
为双曲线正切函数,公式为:
e x e x thx = x x e +e
当x很大时,th x近似等于1;当x很小时,th x近似等于x (x≥0). ① 当为短波时,深度远大于波长, 所以短波波速为: 由于λ=ct,所以: 对于短波:
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
2. 波浪要素
波高 h,波长 λ,周期 τ,波速 c = λ/ τ
(二)波浪的分类
1 . 按波的周期分:短周期波,长周期波 2 . 按成因分:风浪和涌浪,内波,潮汐波 ,海啸 3 . 按水深分:深水波(短波),浅水波( 长波) 4 . 按波形传播性质分:前进波,驻波
五. 潮流
(一) 定义 海水在天体引潮力作用下形成的周 期性水平流动,称为潮流. 随涨潮产生的潮流称涨潮流,随落 潮产生的潮流称落潮流.当高潮或低潮 时,各有一段时间潮流流速很小,接近 停止,称憩流.
(二)类型
潮流的运动形式可以分为二 种: 回转流:发生在广阔外海, 潮流受地转力的作用,呈回转形 式,北半球顺时针,南半球逆时 针;半日潮流一个太阴日回转二 次,全日潮流一个太阴日回转一 次. 往复流:在海峡或河口内, 由于受地形限制,不能形成回 转,只能往复流动.涨潮时,向 湾内流;落潮时,向外海流.
c= gλ 2π
gt 2 2πH th λ= 2π λ
gt 2 λ= 2π
th
2πH
λ
=1
②当为长波时: 长波波速:
2πH
λ
很小,因此:
ห้องสมุดไป่ตู้
th
2πH
λ
≈
2πH
λ
c = gH
(3)小振幅前进波的水质点运动 ①短波:水质点运动轨迹为一正园,园轨迹半径(振幅) 随深度增加按指数规律减小:
r = r0 e kz
三. 风浪和涌浪
(一)风浪的形成:根据流体力学的观点,当两种 密度不同介质相互接触,并发生相对运动时, 在分界面上就要产生波动.
风速增加压力减小
风速减小压力加大
风速增加压力减小
波浪形成后,风作 用于波浪的迎风面.风 力可以分解为切应力和 压应力;切应力使波浪 不断加高,压应力推动 波浪向前运动. (二)风浪的发展阶段(与风速有密切关系) 初期:0.5-1m/s 风浪形成:0.7-1.3m/s 发展阶段:C/W<0.3-0.4 最大高度:C/W=0.7-0.8 稳定阶段: C/W>0.8 涟波
(二)潮汐要素
平潮,停潮-当潮汐达到低潮或高潮时,一段时间海面 既不上升也不下降. 高潮时,低潮时-平潮和停潮的中间时刻. 高潮间隙,低潮间隙-月球上中天到其后第一个高潮时 和低潮时
(三)潮汐类型
1,半日潮 1) 正规半日潮:在一个太阴日(约24时50分)内有两 次高潮和两次低潮,且涨,落潮时及涨,落潮差分 别几乎相等.相应港口则为正规半日潮港. 2) 不正规半日潮:在一个太阴日内,有两次高潮和两次 低潮,但涨,落潮时及涨,落潮差分别不相等. 2,全日潮 1) 正规全日潮:在一个朔望月中,大多数太阴日内 ,只有一次高潮和一次低潮,少数天数里出现两 次高潮和两次低潮. 2) 不正规全日潮:在一个朔望月中,不足半数的太 阴日内,只有一次高潮和一次低潮,其余天数则 出现两次高潮和两次低潮.
二. 波浪理论
小振幅波动理论 所谓小振幅波是指波高远小于波长(h<<λ)的简单波动. 可分为小振幅前进波和驻波. 1. 小振幅前进波 观测表明液体表面出现的前进波,当波高很小时( h/λ<1/100),其波形接近于一条不断向前移动的简谐曲线 (1)波剖面方程为:
η = a cos(kx σt )
由于地球上任一点的速度和半径都相同,所以地球上 各点的离心力都相等.由于: F离=F引 根据万有引力公式: 单位质量所受离心力:
f 离 E1= f 离= KME1 R
2 2
KM R
因此,地球单位质量物体所受离心力都相等,等于地 心处所受的月球引力
地球上的离心力分布
地-月系统中,地球上在任一点所受惯性 离心力都相等,等于月球对地心的引力,但 方向背离月球,且互相平行.
E1 E
M
物体平动运动,可 以是直线运动,也可以 是园运动.要满足既是 园运动又是平动运动的 条件是:物体各点不能 同时围绕某一点作园运 动,而是各点以相同的 半径围绕各自的中心作 园运动.
整个地球所受离心力:
E1v 2 F离 = 0.73r v2 f 离= 0.73r
地球上单位质量物体所受离心力:
第二节 波浪
一,概述
(一)波浪及其要素 1. 波浪:实际上波浪是水质点 的圆周运动的结果.当在外力 (风,地震等)作用下,水质 点离开原来的平衡位置.但在 内力(重力,表面张力,水压 力等)的作用下,水质点又有 回到原来位置的趋势.其结果 是水质点在其平衡位置附近作 圆周运动,使水面呈周期性起 伏,称为波浪运动.
(三)地形对潮汐的影响
1. 对潮汐类型的影响: 海水的潮汐现象可以看作是一种振动 海水的振动周期如果与引潮力的周期一致,称为强迫振动 物体还有它的自由振动,其振动周期是自然周期,海水的自 然周期与海区形态和深度有关:
T∝ L H
当外力作用周期与物体自然周期一致时,振动就特别强烈, 称共振 可以把自然界引潮力分解为全日潮引潮力和半日潮引潮力. 如果某一海区,按其所属的纬度位置应该属半日潮型,但如 果其自然周期较长,与全日潮引潮力周期接近,产生共振; 那么该海区就为全日潮型. 2. 使某些河口区出现涌潮现象
第四章 海洋
海洋是地理环境中水圈的主体,是一个巨大的水源 地,地球表面的水循环其主要水汽是由海洋提供的.同时 海洋还是一个巨大的资源宝库,蕴藏着丰富的生物,矿产, 化学,动力资源.
第一节
海洋概述
一. 海陆分布 二. 海洋的分类 (一)洋:远离大陆,面积广阔,深度大,水文要素不受 大陆影响,具有稳定的理化性质和独立的潮汐,洋流系统. (二) 海:是大洋的边缘部分,靠近大陆,深度浅,面积 小,受大陆影响,理化性质不稳定.受海底地形影响,潮 汐现象显著.海通常可以分为:地中海,边缘海,海湾, 海峡等.
r-某深度处水质点运动轨迹半径,r0-表面水质点运 动轨迹半径,k-波数(2π/λ),z-深度 ②长波:水质点运动轨迹为一椭圆,短轴随深度迅速递 减,当到达一定深度后,水质点运动变为直线往复运动.
波浪传播方向
2. 小振幅驻波
波形不向前传播,只有波峰和波谷在固定点不断 升降交替看的波浪.一般是由前进波在传播过程中, 遇到海岸等反射,与后来的波干涉形成驻波.
三. 潮汐的变化
(一)潮汐周期现象 1. 日变化 (1)月球赤纬为零时:全球为正规半日潮(赤道潮)
C
C1
A
A1
A2
(2) 月球赤纬不为零时: 高纬度地区:为全日潮 赤道上:为正规半日潮 中低纬其它地区:混合潮 出现潮汐日不等现象: 包括:潮高周日不等和潮时周日不 等. 当月球赤纬最大时,潮汐日不等现 象最显著,称回归潮.
FH ( N ) =
3 KMr sin 2θ 3 2 R
FV ( N ) =
3 KMr 1 (cos 2θ + ) 2 R3 3
也可以据上式算出太阳对任意点的引潮力,只要把 式中的月球质量,地月距离,月球天顶距换成太阳质量, 天顶距及距离. 还可以根据上式比较太阳引潮力与月球引潮力的大 小.式中,引潮力与天体质量的一次方成正比;却与到 天体距离的三次方成反比.由于月球质量虽小,但月地 距离比日地距离小的多,因此月球引潮力大于太阳引潮 力,计算可得月球引潮力是太阳引潮力的2.17倍.
(二)潮汐的动力学理论
主要观点(拉普拉斯于1775年提出潮汐动力理论) : 对于潮汐运动,水平引潮力作用最重要,垂直引潮力并 不重要 大洋海水受水平引潮力作用下发生流动,某处因海水增 加,堆积使海面上升,形成波峰;某处因海水流失而下 降,形成波谷. 当波峰到达某地时,形成高潮;波谷到达时发生低潮. 潮波的波长应该等于当地纬圈长度的一半. 存在问题: 潮汐动力学说消除了静力学理论的主要缺点,即海 水是静止的这一假说.但也不能解释所有的潮汐现象: 动力理论认为不存在半日潮不等现象,但却普遍存在. 动力学理论略去摩擦力和地形的影响,不符合实际情况
3. 危害
风暴潮到来时,海面急剧上升,伴随巨浪冲击,冲溃 海堤,淹没农田房屋,造成生命财产损失.
第三节
潮汐
一,潮汐及其类型 (一)定义 海水在天体引潮力作用下形成的周期 性垂直运动称为潮汐.由于这种运动是 由天体的周期性引力引起的,故也称天 文潮.与潮汐现象相对应的海水的水平 运动,称为潮流.
D D1
2. 月变化 (1)半月周期潮(大小潮): 朔或望时,日,月,地三者大致在一条直线上,月, 日引潮力叠加;形成的高潮特高,低潮特低,称大潮. 上,下弦时,日,月,地三者大致成直角,引潮力抵 消,称低潮.
(2)月周期潮:月球公转轨道近地点潮差大,远地点小.
四,潮汐理论
(一)平衡潮理论: 根据牛顿静力学理论分析得出, 假设:①地球完全被海水覆盖,海底平坦;②海水没有惯 性;③忽略地转偏向力和摩擦力 论点:在没有引潮力作用时,重力与压强梯度力互相平 衡,海面为一圆球形,海水深度处处相等,没有潮汐涨 落.当有引潮力作用时,需要引潮力,压强梯度力和重 力三个力相平衡,才能使海面保持稳定,这就需要海面 重新调整,发生变形,才能稳定.
1. 引力
地球上不同地点的物体所受月球引力大小 不同,离月球近所受引力大,离月球远所受引 力小,方向均指向月球.
2. 地月运动所产生的惯性离心力: 地月运动是地球和月球围绕它们的公共质心 所作的公转运动,公共质心位于0.73r处.而且地 月绕公共质心的运动是平动运动. 平动运动: 物体在运动过程中,其上任意两 点的连线在各个时刻的位置始终平行的运动(如 升降机的运动,火车车厢的运动).
η-波面某点相对于静止水面的高度,a-振幅,k-波数(2π距离 内包含的波个数),σ-园频率(2π秒内所经过 的波个数)
(2)小振幅前进波波速:
c= gλ 2πH th λ 2π
式中, th
2πH
λ
为双曲线正切函数,公式为:
e x e x thx = x x e +e
当x很大时,th x近似等于1;当x很小时,th x近似等于x (x≥0). ① 当为短波时,深度远大于波长, 所以短波波速为: 由于λ=ct,所以: 对于短波:
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
2. 波浪要素
波高 h,波长 λ,周期 τ,波速 c = λ/ τ
(二)波浪的分类
1 . 按波的周期分:短周期波,长周期波 2 . 按成因分:风浪和涌浪,内波,潮汐波 ,海啸 3 . 按水深分:深水波(短波),浅水波( 长波) 4 . 按波形传播性质分:前进波,驻波
五. 潮流
(一) 定义 海水在天体引潮力作用下形成的周 期性水平流动,称为潮流. 随涨潮产生的潮流称涨潮流,随落 潮产生的潮流称落潮流.当高潮或低潮 时,各有一段时间潮流流速很小,接近 停止,称憩流.
(二)类型
潮流的运动形式可以分为二 种: 回转流:发生在广阔外海, 潮流受地转力的作用,呈回转形 式,北半球顺时针,南半球逆时 针;半日潮流一个太阴日回转二 次,全日潮流一个太阴日回转一 次. 往复流:在海峡或河口内, 由于受地形限制,不能形成回 转,只能往复流动.涨潮时,向 湾内流;落潮时,向外海流.
c= gλ 2π
gt 2 2πH th λ= 2π λ
gt 2 λ= 2π
th
2πH
λ
=1
②当为长波时: 长波波速:
2πH
λ
很小,因此:
ห้องสมุดไป่ตู้
th
2πH
λ
≈
2πH
λ
c = gH
(3)小振幅前进波的水质点运动 ①短波:水质点运动轨迹为一正园,园轨迹半径(振幅) 随深度增加按指数规律减小:
r = r0 e kz
三. 风浪和涌浪
(一)风浪的形成:根据流体力学的观点,当两种 密度不同介质相互接触,并发生相对运动时, 在分界面上就要产生波动.
风速增加压力减小
风速减小压力加大
风速增加压力减小
波浪形成后,风作 用于波浪的迎风面.风 力可以分解为切应力和 压应力;切应力使波浪 不断加高,压应力推动 波浪向前运动. (二)风浪的发展阶段(与风速有密切关系) 初期:0.5-1m/s 风浪形成:0.7-1.3m/s 发展阶段:C/W<0.3-0.4 最大高度:C/W=0.7-0.8 稳定阶段: C/W>0.8 涟波
(二)潮汐要素
平潮,停潮-当潮汐达到低潮或高潮时,一段时间海面 既不上升也不下降. 高潮时,低潮时-平潮和停潮的中间时刻. 高潮间隙,低潮间隙-月球上中天到其后第一个高潮时 和低潮时
(三)潮汐类型
1,半日潮 1) 正规半日潮:在一个太阴日(约24时50分)内有两 次高潮和两次低潮,且涨,落潮时及涨,落潮差分 别几乎相等.相应港口则为正规半日潮港. 2) 不正规半日潮:在一个太阴日内,有两次高潮和两次 低潮,但涨,落潮时及涨,落潮差分别不相等. 2,全日潮 1) 正规全日潮:在一个朔望月中,大多数太阴日内 ,只有一次高潮和一次低潮,少数天数里出现两 次高潮和两次低潮. 2) 不正规全日潮:在一个朔望月中,不足半数的太 阴日内,只有一次高潮和一次低潮,其余天数则 出现两次高潮和两次低潮.
二. 波浪理论
小振幅波动理论 所谓小振幅波是指波高远小于波长(h<<λ)的简单波动. 可分为小振幅前进波和驻波. 1. 小振幅前进波 观测表明液体表面出现的前进波,当波高很小时( h/λ<1/100),其波形接近于一条不断向前移动的简谐曲线 (1)波剖面方程为:
η = a cos(kx σt )
由于地球上任一点的速度和半径都相同,所以地球上 各点的离心力都相等.由于: F离=F引 根据万有引力公式: 单位质量所受离心力:
f 离 E1= f 离= KME1 R
2 2
KM R
因此,地球单位质量物体所受离心力都相等,等于地 心处所受的月球引力
地球上的离心力分布
地-月系统中,地球上在任一点所受惯性 离心力都相等,等于月球对地心的引力,但 方向背离月球,且互相平行.
E1 E
M
物体平动运动,可 以是直线运动,也可以 是园运动.要满足既是 园运动又是平动运动的 条件是:物体各点不能 同时围绕某一点作园运 动,而是各点以相同的 半径围绕各自的中心作 园运动.
整个地球所受离心力:
E1v 2 F离 = 0.73r v2 f 离= 0.73r
地球上单位质量物体所受离心力:
第二节 波浪
一,概述
(一)波浪及其要素 1. 波浪:实际上波浪是水质点 的圆周运动的结果.当在外力 (风,地震等)作用下,水质 点离开原来的平衡位置.但在 内力(重力,表面张力,水压 力等)的作用下,水质点又有 回到原来位置的趋势.其结果 是水质点在其平衡位置附近作 圆周运动,使水面呈周期性起 伏,称为波浪运动.
(三)地形对潮汐的影响
1. 对潮汐类型的影响: 海水的潮汐现象可以看作是一种振动 海水的振动周期如果与引潮力的周期一致,称为强迫振动 物体还有它的自由振动,其振动周期是自然周期,海水的自 然周期与海区形态和深度有关:
T∝ L H
当外力作用周期与物体自然周期一致时,振动就特别强烈, 称共振 可以把自然界引潮力分解为全日潮引潮力和半日潮引潮力. 如果某一海区,按其所属的纬度位置应该属半日潮型,但如 果其自然周期较长,与全日潮引潮力周期接近,产生共振; 那么该海区就为全日潮型. 2. 使某些河口区出现涌潮现象
第四章 海洋
海洋是地理环境中水圈的主体,是一个巨大的水源 地,地球表面的水循环其主要水汽是由海洋提供的.同时 海洋还是一个巨大的资源宝库,蕴藏着丰富的生物,矿产, 化学,动力资源.
第一节
海洋概述
一. 海陆分布 二. 海洋的分类 (一)洋:远离大陆,面积广阔,深度大,水文要素不受 大陆影响,具有稳定的理化性质和独立的潮汐,洋流系统. (二) 海:是大洋的边缘部分,靠近大陆,深度浅,面积 小,受大陆影响,理化性质不稳定.受海底地形影响,潮 汐现象显著.海通常可以分为:地中海,边缘海,海湾, 海峡等.
r-某深度处水质点运动轨迹半径,r0-表面水质点运 动轨迹半径,k-波数(2π/λ),z-深度 ②长波:水质点运动轨迹为一椭圆,短轴随深度迅速递 减,当到达一定深度后,水质点运动变为直线往复运动.
波浪传播方向
2. 小振幅驻波
波形不向前传播,只有波峰和波谷在固定点不断 升降交替看的波浪.一般是由前进波在传播过程中, 遇到海岸等反射,与后来的波干涉形成驻波.
三. 潮汐的变化
(一)潮汐周期现象 1. 日变化 (1)月球赤纬为零时:全球为正规半日潮(赤道潮)
C
C1
A
A1
A2
(2) 月球赤纬不为零时: 高纬度地区:为全日潮 赤道上:为正规半日潮 中低纬其它地区:混合潮 出现潮汐日不等现象: 包括:潮高周日不等和潮时周日不 等. 当月球赤纬最大时,潮汐日不等现 象最显著,称回归潮.
FH ( N ) =
3 KMr sin 2θ 3 2 R
FV ( N ) =
3 KMr 1 (cos 2θ + ) 2 R3 3
也可以据上式算出太阳对任意点的引潮力,只要把 式中的月球质量,地月距离,月球天顶距换成太阳质量, 天顶距及距离. 还可以根据上式比较太阳引潮力与月球引潮力的大 小.式中,引潮力与天体质量的一次方成正比;却与到 天体距离的三次方成反比.由于月球质量虽小,但月地 距离比日地距离小的多,因此月球引潮力大于太阳引潮 力,计算可得月球引潮力是太阳引潮力的2.17倍.
(二)潮汐的动力学理论
主要观点(拉普拉斯于1775年提出潮汐动力理论) : 对于潮汐运动,水平引潮力作用最重要,垂直引潮力并 不重要 大洋海水受水平引潮力作用下发生流动,某处因海水增 加,堆积使海面上升,形成波峰;某处因海水流失而下 降,形成波谷. 当波峰到达某地时,形成高潮;波谷到达时发生低潮. 潮波的波长应该等于当地纬圈长度的一半. 存在问题: 潮汐动力学说消除了静力学理论的主要缺点,即海 水是静止的这一假说.但也不能解释所有的潮汐现象: 动力理论认为不存在半日潮不等现象,但却普遍存在. 动力学理论略去摩擦力和地形的影响,不符合实际情况
