潮汐现象与引潮力课件

平衡潮
平衡潮潮高
利用关系式CosqSinj· Sind+Cosj· Cosd· CosT 并令a=3/2· M/E· (r/D)3· r 可将太阴平衡潮潮高zm 展开如下zm=z0+z1+z2 其中 z0=1/2· a(3Sin2j-1)(Sin2d-1) z1=1/2· Sin2j· 2d· a· Sin CosT
月球 C B A
赤道
z
A B
0 月赤纬不为0时的潮汐椭球面及其潮汐 C 太阴日
t
高潮
低潮
平衡潮
平衡潮
主要结论
如同时考虑月球和太阳潮汐椭球，则在每月朔、望日(即农历初一、十 五)，月球和太阳潮汐椭球长轴方向相同，太阴和太阳潮汐相互叠加，形 成朔望大潮；上、下弦之日，月球和太阳潮汐椭球长轴相互垂直，太阴 和太阳潮汐部分相互抵消，形成上、下弦小潮。
Earth
南天极
与潮汐有关的天文学知识
天体视运动
以地球为中心，仰望天空，取任意长为半径的假想球
体称为天球，而太阳、月球....等统称为天体，天体 之真实运动反映在天球上的运动情形便叫做视运动。
与潮汐有关的天文学知识
天体视运动轨道
太阳在天球上的周年视运动 轨道称为黄道；月球在天球上 的月视运动轨道称为白道。 太阳从南向北穿越天赤道时 的交点为春分点(3月22-23日)、 从北向南穿越天赤道时的交点 则为秋分点(9月22日)；
尽管S>>M，由于D’ >>D，月球引潮力要比太阳引潮力大得多，两者 最大值之比约2.17。故可认为潮汐主要是由月球引潮力引起的。
引潮力
引潮力
F
fm
fc
地球引潮力分布图

潮汐现象对海洋生态系统产生重要影响，如影响海洋生物 的繁育和迁徙等，需要采取保护和恢复生态环境的措施， 如设立海洋保护区、加强污染治理等。
THANKS
感谢观看
VS
航道选择
在航海中，潮汐会影响水流速度和方向， 从而影响船只的航行。了解潮汐现象可以 帮助船只在航行中选择最佳的航道，提高 航行效率。
潮汐现象在海洋渔业中的应用
捕捞时间选择
潮汐现象可以帮助渔业人员预测 鱼群的活动规律，选择最佳的捕 捞时间，提高捕捞效率。
养殖业与种苗
潮汐现象对于海洋养殖业和水产 种苗的繁育具有重要影响。了解 潮汐可以帮助养殖人员公道安排 养殖计划和优化种苗培养条件。
潮汐现象的特点
潮汐现象具有周期性，每次涨 潮和退潮的时间间隔是固定的 。
潮汐现象的幅度和频率会因地 理位置和时间而异，不同地区 的潮汐现象具有不同的特征。
潮汐现象还受到其他因素的影 响，如风力、气压、地球自转 等。
潮汐现象的重要性
潮汐现象对于海洋生 态系统、渔业、港口 运输等方面都有重要 的影响。
现代预测方法通常基于数学模型和计算机技术，如海洋动力学模型、潮汐分析软件等。这种方法精度 高、速度快，能够提供更加准确、及时的潮汐预测数据。
04
潮汐现象的应用与价值
潮汐现象在航海中的应用
潮汐预测
航海中，了解潮汐现象可以帮助船只安 全通过浅水区域和避免海难事故。通过 预测潮汐，船员可以确定何时通过特定 水域最为安全。
潮汐现象在海洋能源开发中的应用
波浪能利用
潮汐现象引起的波浪是海洋能源开发的重要 来源之一。了解潮汐可以帮助能源开发人员 公道利用波浪能资源，提高能源利用效率。
潮流能利用
潮汐现象引起的潮流也是海洋能源开发的重 要来源之一。了解潮汐可以帮助能源开发人 员公道利用潮流能资源，提高能源利用效率 。

)
s
in
sin ]
gM E
r2 D2
3 r cos sin3 D3
sin 2
FV
gr2 E
M x2
(cos cos
sin sin )
gr2 E
M D2
c os
cos cos sin sin cos D r cos sin r sin D cos r
x
xx
x
而垂直分量FV
§5.4 平衡潮理论
■朔望大潮 新月/满月时潮汐现象
[(1
3
r D
cos
)(cos
r ) cos ]
D
gM E
r2 D2
[cos
r D
3 r cos2
D
3
r2 D2
c
os
cos ]
可见月球引潮力的铅直分量和水平分量为
FV
gM E
( r )3(3cos2
D
1)
FH
3 2
gM E
( r )3 sin 2
D
gM E
r2 D2
(3 r cos2
但由于海潮现象十分明显，且与人们的生活、经济活动、交通运输等关系密切， 因而习惯上将潮汐（tide）一词狭义理解为海洋潮汐
第五章 潮汐
本章主要内容：
➢潮汐现象 ➢天体知识 ➢引潮力 ➢平衡潮理论 ➢潮汐动力理论
一、某些天文学 的基本概念
§5.2 天体知识
◆黄道
§5.2 天体知识
●B
●C
e● ●Earth
第五章 潮汐
本章主要内容：
➢潮汐现象 ➢天体知识 ➢引潮力 ➢平衡潮理论 ➢潮汐动力理论

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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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
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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。

潮 流 预 报 表 仅 预 报 海 流 中 的 潮 流 部 分 . （END）
二、利用《潮汐表》推算潮汐

1、求主港高、低潮的潮时和潮高
主港潮汐预报表主要内容： 站名、经纬度、日期、时区、TD、高(低)潮潮时 与潮高


资料格式： 潮时 潮高 时分

cm
69 536 150 518

• 潮差（tidal range）：相邻高、低潮潮高之差。 • 大潮升（spring rise，SR）：从潮高基准面到平均大潮高潮面的高度。 • 小潮升（neap rise，NR）：从潮高基准面到平均小潮高潮面的高度。 • 回归潮（tropic tide）：当月球赤纬最大时（此时月球在北回归线或南 回归线附近）的潮汐称为回归潮。此日寸，潮汐周日不等现象最显 著。 • 分点潮（equinoctial tide）：当月球赤纬最小时的潮汐称为分点潮。此 时潮汐周日不等现象最小。 • 高高潮（higher high water，HHW）：在一个太阴日中发生的两次高潮 中潮高较高的高潮。

地面各点惯性离心力 大小相等，相互平行 且皆背离月球 （END） M
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A4 E4 A1 G1 E3 E1 G A2 E2 M1 A3
3
M4
地球的平动运动6
4、月引潮力与月潮椭圆体
D

月球引力
A M
E
B
C
D
月球引力

惯性离心力
A M E B
C
D

月球引力 惯性离心力 月引潮力 地心： 地面：
A M
E
B
C

潮汐变化对海岸工程的安全和稳 定性产生影响，如海堤、码头等
。
04
观潮安全须知
观潮的最佳时间和地点
总结词
选择合适的时间和地点是确保观潮安全的前提。
详细描述
观潮的最佳时间通常是在大潮汛期间，此时潮水壮观，观赏价值高。而观潮的 地点应选择在宽阔、平坦且地势较高的地方，避免低洼地带和陡峭岸边，以确 保安全。
安全注意事项
总结词
遵循安全规定和要求是保障观潮人员生命安全的重要措施。
详细描述
观潮人员应遵守景区规定，在指定区域内活动，不得擅自进 入危险区域。同时，要留意潮汐变化，避免在潮水上涨时滞 留。此外，注意保管好个人物品，以防丢失或被潮水冲走。
遇到危险时的应对措施
总结词
了解应对危险的方法和措施，有助于在紧急情况下迅速采取正确的行动。
食物链
潮汐变化影响海洋生物的 食物来源，进而影响整个 食物链。
栖息地选择
潮汐变化影响海洋生物的 栖息地选择，如一些生物 更倾向于在潮流较缓的地 方栖息。
潮汐对人类生活的影响
渔业
潮汐变化影响渔民的捕鱼时间和 地点，影响渔业生产。
港口运输
潮汐变化影响船舶进出港口的时 间和航道安全，影响港口运输。
海岸工程
• 形成原因：钱塘江大潮的形成与月球引力、地球自转和钱塘江特殊的地形有关。月球的引力使海水向岸边移动，形成高 潮。同时，地球自转的作用使海水在月球引力作用下加速向岸边涌去。加上钱塘江口呈喇叭口形状，使得潮水在江口聚 集，形成壮观的大潮。
• 最佳观赏时间：每年的农历八月十八前后是观赏钱塘江大潮的最佳时间。此时，潮水最为壮观，吸引大量游客前来观赏 。
利用潮汐能推动水轮机或涡轮机 转动，进而发电，为人类提供可

波浪要素图
水质点在其平衡位置附近做
近似封闭的圆周运动，便产
生了波浪，并引起了波形的
传播。因此，波浪的传播仅
是波形的传播，而不是水质
点的向前移动。组成波浪的
基本要素有：波峰、波谷、
H
波高、波长、周期、波速等。
三、洋面流和水团运动
（一）洋流的成因和分类 按照成因，洋流可分为摩擦流、重力—气压梯度流和
总结：海水的运动
波浪：每个水质点作周期性运动，所有水质点相继振动，引 起水面呈周期性的起伏。 潮汐：由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升 降运动。 潮流：海水受月球和太阳引力而发生周期性的流动。 洋流：指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个 海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。 分为风海流；密度流；补偿流。
• 潮汐的分类：根据涨潮周期不同，潮汐分为：半日潮、全日潮、不规
则半日潮、不规则全日潮。
• 潮汐发生的机理：天体的引力与地球绕地月公共质心旋转时所产生的
惯性力离心力组成的合力，叫做引潮力；
• 引潮力在不同时间、不同地点都不相同，在地球上处于月球直射点的
位置，吸引力大于惯性离心力，所涨的潮称为顺潮；在地球上处于月 球对趾点的位置（下中天），则离心力大于引力，亦同时涨潮，称为 对潮。
• 月、日、地三个天体中心大致位于同一直线上时，所涨的潮为大潮，
当月、日、地三个天体位置成直角时，所涨的潮为小潮。
• 月球位于近地点时，所涨的潮大，月球位于远地点时，所涨的潮小。
引潮力及潮汐成因
潮汐是由月球和太阳的引潮力所产生的，由于它们产生潮汐的过程相似 ，现只讨论月球的引潮力。
倘若只考虑月球的作用时，可把地球和月球视为一个引力系统，它们相 互吸引着。为了保持系统内的平衡，即为了使地月中心的平均距离不变，作 用于地球上的力的矢量和必须分别为零。就地球而言，作用于地球上的力有 两个：其一是月球的引力，大小与地月二球质量的乘积成正比，与它们的距 离的平方成反比，方向指向月心。该力在地球上各点的大小和方向都是不同 的。其二为地月运动所产生的惯性离心力。为理解这个力，首先就应了解地 月的相互运动过程。一般认为，地球是绕太阳运动的，而月球则作为地球的 卫星绕地球旋转，其实，按椭园轨道绕太阳运动的并非地球的中心，而是地 球——月球中心，即地——月公共质心，月球绕公共质心运动既有公转又有 自转，周期均为一个月，而地球绕公共质心的运动则是一种平移运动。在这 种状况下，地球各点所产生惯性离心力的大小均相等，方向亦相同，并与月 球对地心引力的方向相反。由于地球的质量为月球质量的倍；故公共质心位 于地球内部的地方(R为地球半径)。

称为海洋潮汐。习惯上把白天的涨潮现象称为"潮 "，夜间的涨潮现象称为"汐"，合称"潮汐"。
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10
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11
潮汐所表现的海水周期性的涨落，在垂直 方向上表现为潮位周期性的升降；在水平 方向上表现为海水周期性的流动，称为潮 流。
当海水前进上升叫涨潮；海水后退下降叫 做落潮。
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海水在垂直方向上升降时的水位叫潮位。海 水升得最高时叫高潮，降得最低时叫低潮。
Ff1f0(dG m r)2G dm 2
Gm
d 2 (d r)2 (d r)2 d 2
Gm
(2d (d
r)r r)2 d 2
与d相比，r值是很小的。为简便起见，分子 分母 均略去括号内的r，使得
F 2Gmr d3
F 同理反垂点：
'
2Gmr d3
-
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East China Normal University
图5-8 引潮力及其分布
细箭头为平均引力，粗箭头为实际引力，双线箭头为引潮
力。引潮力=实际引力– 平均引力。正反垂点的引潮力最大。
-
31
图 5-9 引潮力的水平分力都 指向正反二个垂点，并在那 里形成二个潮汐隆起，使地 球由正球体变成长球体。
East China Normal University
第十二节 海洋天文潮汐
一、潮汐现象 二、引潮力 三、海洋潮汐的规律性 四、海洋潮汐的作用
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1
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钱 塘 江 之 水 天 上 来
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满廓人争江上望
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我国古书上说：“大海之水，朝生为潮， 夕生为汐。

潮汐周期：一般为0.5d或1d。
什么是潮汐？
几个术语
停潮：低潮前后，潮位处于停滞状态，叫停潮。 低潮时：停潮一般有几十分钟，它的中间时刻
叫低潮时。 低潮高：停潮时的潮位高。 平潮：高潮前后有一段时间，潮位也处于停滞
状态，叫平潮。同样有高潮时，高潮高。 涨潮时：从低潮时到高潮时这一段时间间隔叫
KM ( 1 L
1 D

1 D2
cos )
引潮力势
什么是潮汐？ 潮汐的形成与引潮力 潮汐静力学理论
潮汐静力学理论
假定：
地球为一个圆球，表面完全被等深海水覆盖； 海水无粘、无惯性，海面随时与等势面重叠； 海水不受地转偏向力和摩擦力的作用；
海面在引潮力作用下离开原来的平衡位置 作相应的上升或下降，直到在重力场和引潮力 场中达到新的平衡位置为止，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 的长轴总是指向月球。
引潮力：
F
fc
fg


KM L2

L L

KM D2
D D
潮汐的形成与引潮力
惯性离心力相同而引力不同，形成潮汐
A 点受力比 B 点 (地球中心)大，潮水吸引向月球，涨潮； C 点受力比 B 点小，相对于 B 点水位也会涨起； D 点和 E 点水位降低形成退潮。
潮汐的形成与引潮力
什么是潮汐？
人们对潮汐的直观认识
高潮、低潮时的青岛栈桥
什么是潮汐？
人们对潮汐的直观认识
南宋·吴自牧·《梦梁录》：“每岁八月内， 潮怒胜于常时，都人自十一日起，便有观者， 至十六、十八日倾城而出，车马纷纷，十八日 最为繁盛，…自庙子头直至六和塔，…，尽为 贵戚内侍等雇赁作看位观潮”。其时有“不惜 性命之徒，各系绣色缎子满秆，伺潮出海门， 百十为群，执旗泅水上…”

各质点力的方向指向月球中心，不平行。
惯性离心力
地-月公共质心
M
0.73r
GE
地球各点惯性离心力
➢ 地球的平动运动
➢ 大小：
fc
k
mM 1 D2
➢ 地面各点：相等、平行、背离月球
月球引力
月球对地球的吸引力：f k 地球表面某水质点所受引力mMΒιβλιοθήκη mE R2➢ 大小 ❖ 方向
fm
k
mM 1 x2
1）春分点：太阳从南向北穿过天赤道的点 2）秋分点：太阳从北向南穿过天赤道的点 3）升交点：月球由南向北和黄道相交的点 4）降交点：月球由北向南和黄道相交的点
第二节 与潮汐有关的天文学知识
二、时间单位
1、平太阳日和平太阳时 2、平太阴日和平太阴时
1平太阴日＝24.8412平太阳时（约等于 24h50min）
新月/满月时潮汐现象
月潮椭圆体
太阳潮椭圆体
满月
月引潮力
大潮 P
新月
太阳引潮力
太阳
❖太阳引潮力和月引潮力相互叠加 ❖高潮最高，低潮最低->大潮
上弦/下弦时潮汐现象
❖ 月引潮力与太 阳引潮力部分 抵销
❖ 高潮最低，低 潮最高->小潮
上弦月
小潮
太阳潮椭圆体
太阳引潮力
地球
月引潮力
太阳
月潮椭圆体
下弦月
大潮与小潮
第四节 平衡潮
2、潮汐静力理论 1）理论假定：地球为一个圆球，表面被等深海水 覆盖；海水没有粘质性、没有惯性；海水不受地 转偏向力、摩擦力的作用。 2）基本思想：考虑引潮力后的海面变成了椭球形。 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。 3）结论：潮汐类型与纬度密切相关。赤道－半日 潮，两极－全日潮