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09-2-第五章-海流-第一节-海洋潮汐概述(更新)

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第五章海浪——精选推荐

第五章海浪——精选推荐

第五章海浪第五章海浪海浪的类型海浪要素海浪．．是发⽣在海洋中的⼀种波动现象,⼜称波浪海浪要素：周期：T= λ/c频率．． f=1/T波陡δ：δ=波⾼/波长深⽔中δ≯1/7，波峰线：通过波峰且垂直于波浪传播⽅向波向线：垂直于波峰线⼆.海浪运动机理深⽔：⽔质点以近似于圆形的轨道作圆周运动运动半径：随着⽔深的增加⽽减⼩h=λ/2时;r↓→4% r0（r0=a）浅⽔：（h＜λ/20）运动波及海底。

三.海浪的分类1.按海⽔深度分深度深: 表⾯波（深⽔波）：h↑→r↓深度浅: 长波（浅⽔波h＜λ/20）运动波及海底。

2.按周期分3.按⽣成原因分：．．．．．．．风浪、潮波、海啸4.按受⼒情况分：⾃由波：涌浪受迫波：潮波5.按波形前进与否分：进⾏波；驻波。

6.按边界条件分①微⼩振幅波H/λ很⼩，H可忽略所有运动⽅程式都是线性的。

②有限振幅波：H不可忽略a.斯托克斯波有“质量运移”b.孤⽴波H/λ＜1/10; 运动集中在波峰附近c.摆线波7.内波§5—2 海浪的形成⼀.海浪形成假说(1)形成⽑细波(2)风以法向压⼒形式给波浪传递能量(3)空⽓⼩涡流加强了⽔质点的运动(4) 波长较短的波由风取得能量转给波长较长的波⼆、海浪的消衰1.分⼦粘滞性消耗的能量2.涡动消耗能量3.空⽓的阻⼒4.海底摩擦5.波浪破碎三.海浪的状态1.海浪三要素风速：⼤于0风时：状态相同的风作⽤的时间风区：状态相同的风作⽤的海区风⼤不⼀定浪⼤．．．．．．．2.定常状态风区⼀定，海浪达最⼤；风区增加，海浪⾼度增加；风区是限制因素。

3.过渡状态风区⼀定，海浪未达最⼤；时间增加，海浪⾼度增加；风时是限制因素。

4.海浪的充分成长状态能量收⽀平衡；海浪达最⼤；风区、时间增加，海浪⾼度不增加。

5.判断海浪状态的标准a.最⼩风时成长⾄最⼤海浪所需的时间；未达最⼩风时：过渡状态b.最⼩风区成长⾄最⼤海浪所需的风区。

达最⼩风时，未达最⼩风区：定常状态最⼩风时、风区均满⾜：充分成长状态四. 涌浪离开风区的海浪称为涌浪1.涌浪的特点：(1)波长⼩的浪衰减快(2)传播中涌浪的周期和波长都在增加原因：选择消衰作⽤，使周期⼩的波消衰得快.(3)波长⽐波⾼⼤40～100倍；先头涌可达1000倍以上有时是台风来临的征兆(4)传播距离远:可达10000公⾥以上2. 涌浪传播速度：Cg =λπ23.涌浪波⾼消衰原因(1) 粘滞性消耗：空⽓的阻⼒和海⽔的涡动粘滞性消耗(2)离散：各个波的波速不同⽽引起；(3)⾓散：侧向散开五. 观测到的⼤洋中的最⼤海浪北太平洋：波⾼34m，周期14.8s，波速为28.3m/s印度洋：观测到24.9m的波⾼；及波长超过350m的风暴波⼤西洋：观测到波长824m，周期为23s的⼤浪，其波速达35.8m/s。

05第五章 海洋及湖沼地质作用

05第五章 海洋及湖沼地质作用
Waverip
第二节 海洋的沉积作用
•基本特点：海洋是地球表面最大和最终的积水 盆地和沉积场所。海洋沉积物大部分为陆源物 质（碎屑物、溶解物），其次为海洋内源物质 （生物碎屑、海洋化学物）及火山喷发物等。 沉积岩中绝大部分是海洋环境下形成的。
~ 70% of terrigenous suspended load provided by SE Asia Milliman and Meade, 1983
海蚀崖
波切台
海蚀凹槽
2、海蚀作用
• 海岸类型：基岩海岸、砂质海岸、泥质 海岸。
b.砂质海岸：地形较为平坦，波浪和潮 汐形成的进流带动沙粒向岸运动，退流又 把部分沙粒带回海中。
中立点：进流和推流带动的沙粒往返数量相 等，处于动态平衡状态。
沙质海岸平衡剖面的形成过程
• 在中立点上，进流和退流动力与沙粒重力 沿斜坡的切向的分力大小相等、方向相反， 沙粒只绕各自的平衡点作往复运动。
陆源碎屑物多，生物丰富。
浅海
外陆架 内陆架海域 海域 高潮面 低潮面 浪基面
滨海
前滨
后滨
3、半深海：水深200~2000m的海域，是大陆坡分布地带。
地形坡度大，平均坡度>4.3°, 平均宽度仅为20~40 km。大陆 坡上发育有大峡谷、地形崎岖、浊流发育。透光性差、水温 低、生物以浮游为主。
4、深海：水深>2000 m，包括洋盆和洋中脊的广阔水域。
根据波浪运动特点的不同，可分为浅水波和深水波。 •深水波：深度大于1/2波长的水域，水质点作 规则的圆周运动。波浪规则对称，不发生变形。 •浅水波：海水深度<1/2波长的海域。海浪中水 质点的运动轨迹受海水与海底岩石摩擦力的影响， 呈椭圆形，波形不对称。

第五章 海洋环流201401107

第五章 海洋环流201401107

7
6
5
4
西
补偿流
五、洋流对地理环境的影响
对高、低纬度间的热量输送和交换,调节全球热量平衡有重 要意义； 如西欧海洋性气候的形成 暖流 增温增湿 对沿岸气候影响 如澳大利亚西海岸 寒流 降温减湿
秘鲁太平洋沿岸
对海洋生物分布的影响
寒暖流交汇 上升流
秘鲁渔场；
对海洋污染和海洋航运的影响。

海洋中的浮游生物随着洋流漂流，暖流和寒流相遇，有机 物质十分丰富。因为寒暖流交汇，把热带和寒带的浮游生 物混合在一起，使海水中有机营养物质大量增加，吸引着 大批鱼群向这里集中寻饵，形成大渔场。

三、海流的分类

按水温分类可分为：

暖流：若洋流带来的海水温度比到达海区的水温高，这 样的洋流叫暖流。如，由低纬流向高纬的洋流属于暖流。 在洋流表示中，一般用→表示。

热带、亚热带；高T高S；含氧量和营养盐低；生产力低；透明度 大；兰色

寒流：与暖流相反，若洋流所带来的海水温度比到达海 区的水温低，就叫寒流。如，由高纬流向低纬的洋流属 于寒流。一般用→表示。 寒带、亚寒带；低T低S；含氧量和营养盐高；生产力 高；透明度小；暗绿色
风力驱动 风海流 密度流 地转流 主 要 的成因
温盐梯度驱动的密度变化 海水受力情况不同
§5.1 海流的成因及表示方法
什么叫海流(currents)？
海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动 形式之一。 流速和流向比较稳定，少变；季节性变化不明显，流速 一般为0.2 - 1海里； 规模宏大，宽度可达数十至上百公里，深200 - 300米。 习惯上，将水平运动分量狭义地称为海流、洋流，而将 垂直分量命名为上升流或下降流。

中国近海区域海洋学：第五章 中国近海的水团和环流

中国近海区域海洋学：第五章 中国近海的水团和环流

1.2 沿岸水系
黄海
辽南-西朝鲜湾沿岸水：鸭绿江、大洋河、大同 江，冬季偏东岸，夏季偏西岸 江华湾沿岸水：汉江，冬季可南下，夏季堆积 在江华湾 苏北沿岸水：灌溉总渠，冬季贴岸南下，夏季 指向东北，南部被长江冲淡水顶托。水深浅潮 流强，深厚体系
1.2 沿岸水系
东海
长江冲淡水：长江、钱塘江，夏季转向 沪浙闽沿岸水：瓯江、闽江，冬季与长江冲淡 水混合 广东沿岸水：珠江，夏季被上升流截成两部分
水团的扩展可以反映流系 水团还可以指示生物分布，对渔业有指导意义
1.1 概论
中国海主要水团 沿岸水系：径流与海水混合，低盐为主要特征，地理 位置命名
混合水系：二者混合变性产生
外海水系：黑潮水，东海黑潮，菲律宾海入侵，琉球 岛链入侵
T-S点聚图
1.1 概论
夏季代表性水团的TS图
渤黄东海TS图特征
2.3 外海流系
Sverdrup把从台湾南端开始到日本太平洋沿岸 35°N附近的这一段流动称为黑潮，从35°N向东 到160°E附近的流动称为黑潮续流；160°E以东 为北太平洋流。三者合称黑潮流系
2.3 外海流系
黑潮流轴
苏澳-与那国岛之间水道进 入东海
100-1000m等深线大陆坡 NE向
厚度800-1000m
2.1 环流
南海环流
2.1 环流
Dale(1956) 船舶漂流
南海环流
2.1 环流
Wyrtki(1961)
南海中尺度涡
2.1 环流
23.0等密面上的深度分布 1994.08-09，反气旋，150km
南海中尺度涡
2.1 环流
南海环流
风生环流，冬夏季反向 西向强化 中尺度涡
2.1 环流

基础潮汐理论1

基础潮汐理论1

高度
高潮
高潮
潮差
时间
高潮高
低潮 落潮时 低潮高 基准面
涨潮时
潮汐要素示意图
第一节 潮汐现象
二、潮汐不等与潮汐类型
1、潮汐的类型 1）正规半日潮 2）不正规半日潮 3）正规日潮 4）不正规日潮 2、潮汐的不等现象 一天之中两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也 不等的现象称为潮汐的日不等现象。 高高潮、低高潮、低低潮、高低潮；大潮潮差、 八分算潮法
• 表达式： 高潮时＝0.8h×[农历日期－1（或16）]＋高潮间 隙
（高潮间隙：月中天时至下一个高潮发生时刻的时间间隔）
•
实际潮汐不可能与月中天时马上发生高潮，而 有一个滞后时间，因此实际的高潮时应满足： • 高潮时＝月中天时＋高潮间隙
第四节 平衡潮
四、对潮汐静力理论的评价
1、实用价值 - 其理论是建立在客观存在的引潮力之上；
–由此导出的潮高公式计算潮汐周期结果与实际 基本相符； –由潮高公式计算出的最大可能潮差与实际大洋 相近。
第四节 平衡潮
四、对潮汐静力理论的评价
2、缺点
–假定地球完全被海水包围，与实际差距大； –没有考虑海水的运动； –浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差大； –无法解释“潮流”现象； –无法解释半封闭海湾的潮汐现象； –与某些地区的潮汐规律不符； –无法解释大潮的滞后现象。
二、平衡潮潮高公式 1、潮高公式
• • • • •
2、潮汐的不等现象 1）日不等现象（月球的影响）半日周期与日周期 2）半月不等现象（月＋日的影响）朔望大潮和两弦小潮 3）月不等现象（地－月椭圆轨道）月球近地点的月变化 4）年不等现象（地－日椭圆轨道）地球近日点年变化 5）多年不等现象（多年周期）月赤纬18.61年的变化周 期，月球近地点8.85年的变化周期

第5章-海洋波浪

第5章-海洋波浪

第5章海洋波浪5.1海洋波动现象概述海洋中存在着各种形式的波动，它既可发生在海洋的表面，又可发生在海洋内部不同密度层之间，有着不同的波动尺度、机理和特性，各种波动现象复杂。

海洋波动是海水运动的主要形式之一。

海洋表面总被形容为时而波涛汹涌，时而涟漪荡漾，呈现出一种复杂的波动现象。

引起海水表面波动的自然因素有很多，如海洋表面受到风与气压的作用、天体的引潮力及海底地震与火山的作用等，它们引起的波动现象有不同的尺度，造成各种波动的周期、波高、波长等波动特性的不同，各自具有不同的能量范围，对海洋工程结构的作用影响也不同。

如图5-1所示。

周期最小的毛细波(Capillary Wave)是由水的表面张力控制下的波动，其波高≤1～2 mm，波长最大约1.7 cm，相对能量很小，在海洋工程结构物的设计与运动分析中可不需考虑。

对海洋工程结构物影响最大的波动是海面重力波(Surface Gravitational Wave)，它受海面风的作用而引起，然后在重力这个恢复力的作用下做垂直振荡，具有巨大的能量。

根据观测记录，波动周期在1～30 s期间的海浪占到海面观测海浪中的大部分，并且这部分海浪的波动能量极大，是船舶、平台等海洋工程结构物结构受损与变形破坏的主要因素，因此海洋结构物必须设计成能抵御各种风浪作用，海浪成为海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的环境载荷条件之一。

此外，周期长于5 min 的长周期波将带来海面水位较大的垂向升降变化，这主要有由风暴及海底地震等引起的风暴大潮与海啸波以及由天体引潮力引起的潮波( TidalWave)。

潮波等长周期波带来的水位变化主要影响海洋结构物的设计高程，需收集统计资料并作长期预测，是海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的因素之一，风暴潮和海啸波对近海海岸工程还具有极大的冲击能量。

海洋中的海水密度在垂向上分布不均匀就舍产生内波现象，在水下出现水质点的最大运动振幅而不是在海表面。

这种发生在海洋内部不同密度层间的波动就称为海洋内波(Internal Wave)。

中国近海

4.潮汐的性质 半日潮、全日潮、混合潮
5.潮差的分布 外海潮差小,近岸潮差大;湾口潮差向湾顶递增。
第六节 海洋资源
一.海洋生物资源
1.中国海洋渔业资源 (1)概况 A.鱼的种类多 B.高产鱼种类少 C.生长快、成熟早、食性复杂 D.产卵期交错,产卵场广布 E.分布比较集中 (2)主要经济鱼类资源 以鱼类、头足类、虾蟹类为主
第五章 中国近海
第一节 海域
一.渤海
1.范围 以老铁山角和蓬莱角的连线与黄海分开,面 积7.7万平方千米。
2.平面轮廓 半封闭的大陆架浅海,平均水深18米。
3.地貌 海底地貌从三个海湾向中央盆地及渤海海 峡倾斜。
4.水文特征 水温较低,盐度较小,含沙量较大。
二.黄海
1.范围 以启东角和济洲岛的连线与东海为界，面 积38万平方千米。
第五节 近海水文
一.海流
1.两大海流系统 (1)外来洋流系统:黑潮暖流主干及其分支 黑潮是沿着北太平洋西部边缘向东北方 向流动的一支强大且稳定的高温、高 盐海流。 (2)就地形成洋流系统:沿岸流和季风漂流 A.沿岸流:在沿岸海域,由河水和海水混 合形成的冲淡水性质的海流。 B.季风漂流:是路径、方向和强度均随 季节交替而改变的海流。
四.海水的盐度
1.分布特征 表层低、底层高,近岸低、外海高;盐度值自北向南、 自近岸向外海逐渐增大;年变化北大南小。
2.成因 取决于入海河川径流量的多寡、蒸发和降水量、海流 的强弱和水团的变化。
3.四大海区的盐度
(1)渤海:盐度最低,等盐线与海岸平行,内低外高。
(2)黄海:等盐线的分布与海流的走向直接相关。 (3)东海:取决于高盐的黑潮水及低盐的沿岸水的消长。 (4)南海:盐度最高;近岸受沿岸水影响,盐度较低,变化

海水的运动


随冲流而下的是借助于重力的退流。
（二）波浪的折射
波浪在港湾海岸也发生折 波峰线在深水区是和引起 射。港湾海岸附近海底等 波浪的力的方向，即波浪 深线基本上与海岸平行， 前进的方向相垂直的。但 波浪前进方向与海岸 港湾中海浪因水深而保持 当波浪进入浅水区后，波 斜交常常造成水体沿 原速前进，在伸向海中的 浪的传播方向不再垂直于 海岸流动，这种纵向 岬角上则因即仍然与海岸 海岸，而是常与海岸斜交， 水流称为沿岸流。虽 线平行。图中波峰线上的 这样，同一波列两端的水 AB与BC两段分别在 ab与 然沿岸流的流速一般 bc两段相遇，因而bc段即 深就可能有较大差异。近 不超过1-1.5m/s，但 岬角部分所受的力比ab段 岸较浅一端因受摩擦而减 它携带和搬运泥沙， 即湾内部分强。岬角上波 速，离岸远而较深一端在 对海岸地貌的形成发 能集中而港湾内波能分散， 育也有一定影响。 深水处继续保持原速前进， 故港湾成为船舶的庇护所。 最后波峰线将发生转折而 与海岸平行，这种现象称 为波浪的折射。
个太阴日内，水流则往复只有一次。）
（二）潮 流
潮流在一个周期里出现两次最大流速和最小流速。 地形愈狭窄，最大与最小流速的差值愈大。潮流的 一般流速为4-5km/h，但在狭窄的海峡或海湾中， 如我国的杭州湾，时速可达18-22km/h。 喇叭形海湾或河口湾可以激起怒潮，如我国的钱塘 江口、亚洲的波斯湾、南美的麦哲伦海峡、北美的 芬地湾都是以潮高闻名天下，其特点是涨潮时潮波 来势迅猛，潮端陡立，水花飞溅，潮流上涌，声闻 数十里，如万马奔腾，排山倒海，异常壮观。
（二）潮 流
潮汐现象在国民经济中具有重要的意义，各种海洋事 业都与潮汐涨落密切相关。人们根据潮汐涨落的规律， 张网捕鱼，引水晒盐；利用广阔的海涂，发展水产养 殖事业。潮汐还是取之不尽、用之不竭的动力资源， 可以利用它发出强大的、廉价的电力。 潮汐涨落对海洋航运事业至为重要。世界上许多浅水 港口，诸如我国的上海，英国的伦敦和德国的汉堡等， 在很大程度上都是依赖潮汐而存在的。巨型的远洋航 轮，只有利用涨潮时的较高水位，才能进出海港。倘 若月球一旦停止对地球的引潮作用，那么，这些海港 将减低或丧失它们在海运上的地位。

第五章 航路资料

2 S
Z 3 Q 3
（2）潮汐半月不等


成因：太阳引潮力 太阳引潮力特点：
比月引潮力小2.17倍； 半日潮周期约为12h。


现象：

新月/满月：引潮力相互叠加->大潮 上弦/下弦：引潮力部分抵销->小潮

潮汐半月变化规律（END）
新月/满月时潮汐现象1
月潮椭圆体
P 满月 新月 太阳
新月/满月时潮汐现象2
（2）潮汐术语1



平均海面（MSL, Mean sea level）：根据长期潮汐观 测记录算得的某一时期的海面平均高度。 海图深度基准面(chart datum,CD):计算海图水深的起 算面。 潮高基准面（ tidal datum , TD ）：观测和预报潮高 的起算面，从平均海面向下度量。潮高基准面一般与 海图深度基准面（CD）一致。因此，实际水深等于 当时潮高加上海图水深。如两者不一致，求实际水深 时，应对两者的差值进行修正（见本章第二节中的“ 潮汐推算的应用”）。
（END）
A4 E4 A1 G1 E3 M3 E1 G A2 E2 M1 A3
M4
（3）月引潮力与月潮椭圆体

月球引力
D
A M
E
B
C
(3)月引潮力与月潮椭圆体


月球引力 惯性离心力
A M
D
E
B
C
月引潮力与月潮椭圆体


月球引力 惯性离心力 月引潮力

D
地心： 地面：
A M
E
B
C
月引潮力与月潮椭圆体
上弦月
太阳潮椭圆体 太阳引潮力 地球 月引潮力 月潮椭圆体 太阳

海洋工程环境 5-1潮 汐

3
二、潮汐要素
• P125 图6－1
• 潮差是潮汐的重要工程特征值。 P140图6－22 P147表6－5
• 正常使用条件下，设计高、低水位
➢ 分别收集高潮位、低潮位数据，按从大到小排序
➢ 统计m：大于等于某一潮位的次数。n：总数据个数
➢ 计算累积频率：P=(m/n)× 100％
➢ 画出累积频率P－高潮位曲线，定义设计高水位：
xd x PN X
5
高潮累积频率10％的水位
➢ 画出累积频率P－低潮位曲线，定义设计低水位：
低潮累积频率90％的水位
4
• 非正常工作条件下，校核高、低水位：
➢ 利用多年的年最高、最低潮位资料 ➢统计m：大于等于某一潮位的次数。N：总数据个数 ➢计算累积频率：P=(m/ （N＋1）)× 100％ ➢拟和极值Ⅰ型分布曲线 ➢ 根据重现期推算多年一遇的最高、最低潮位第5ຫໍສະໝຸດ 潮汐1一、 潮汐
• 潮汐现象是海洋中自然运动现象，表现 为:
• 潮流：海水在月球、太阳等天体引潮力 的作用下产生周期性的水平运动
• 潮汐：同时伴随着海面的周期性垂直升 降运动。
• 两者互伴互生，遵循同样的规律
2
• 潮汐带来水面高程变化 • 产生的最高水位和最低水位及潮流的大小和方向等与
海洋工程结构物和港湾堤岸等的设计、施工、生产与 安全等密切相关 • 高低潮高度及出现时间关系到进出港口船舶的安全， 也是结构物受海水腐蚀严重影响的敏感部位，需要采 取特别的防腐手段。 • 影响水位变化因素众多，因此需对这些特征水位值进 行统计，提供多年一遇的潮位极值
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§5.1 海洋潮汐概述
5.1.4、潮汐理论 3、潮汐动力理论
775年拉普拉斯提出了潮汐动力学理论，用动力学方法研究海
）概念
在引潮力作用下产生潮汐的运动过程，进而揭示与说明海洋潮
的复杂现象。
受力：在潮汐动力理论中，铅直引潮力较重力小很
多，水平引潮力才对海水运动起主要作用，同时还
作用有地转偏向力和摩擦力。
运动过程：海洋潮汐是海水在月球和太阳水平引潮
力作用下产生的一种长周期潮波运动，潮波周期为
2小时左右或24小时左右，波长达数百上千公里。
垂直方向的潮位涨落和水平方向的潮流变化是反映潮波 运动的两个主要特征，其中潮流的涨落带来了潮位的变化。 潮波运动形态有前进潮波、驻潮波、旋转潮波三种运动形 式。前进潮波和驻潮波是一种较理想状态的潮波运动，实际潮波 运动因受到地形、地转偏向力和摩擦力等的影响而往往呈现为旋 转潮波运动形式。
其潮流流速： 式中：c为潮波波速
长海峡中潮汐运动
结论：不受地球自转影响下的长海峡潮波运动表现 为潮流 u 与潮位 同步变化的前进潮波。
§5.1 海洋潮汐概述
前进潮波与完全反射的反射波 ，叠加而产生驻潮波，其潮位：
流速： 潮位和潮流存在π／2的相位差， 不是同步变化。
驻波演示
§5.1 海洋潮汐概述
§5.1 海洋潮汐概述
概念 1. 潮汐基准面 ，海图基准面 2. 潮高 ，高潮高 ，低潮高 ，潮差 影响潮差因素： 地球、月球、太阳三者间的相对 运动位置
§5.1 海洋潮汐概述
潮位高度是相对于潮汐的基准面定义的，所以潮汐基准面又 称为进行潮位测量的起始面，它一般与海图的基准面相同，起 着朝下定深度、朝上定潮高的作用。 潮高从潮汐基准面算起， 高潮面到潮汐基准面的距离 就定义为高潮高，低潮面到 潮汐基准面的距离就定义为 低潮高，相邻的高、低潮位 之差就称为潮差
c） 旋转潮波 图为一长度和宽度都等于潮波波长一半的半封闭 海湾，它具有等水深h，坐标原点取在海湾中心。假设 有一个前进潮波逆x轴向传入该海湾。
半封闭海湾潮波示意图
前进潮波传入海湾形成驻潮波与由于地转效应，在 垂直于原传播方向形成滞后驻潮波，两个驻波叠加形成 旋转潮波。 在x轴方向和y轴方向形成的两个驻潮波，叠加成旋 转潮波：
§5.1 海洋潮汐概述
§5.1.4、潮汐理论——研究潮汐的发生机理
1）公转惯性离心力(地月公转离心力)
地球的一个显著运动是绕地月公共质心做公转平移运动， 形成一个圆周运动轨迹、使得地球上各点都受公转惯性离心力 作用。
其方向背向月球 式中：M为月球质量；D为月地中心距离；G为万有引力常数. gr 2 r为地球半径，E为地球质量 G
常用分潮符号、名称、周期等
§5.1 海洋潮汐概述
4）潮汐类型判断 ——依据潮型数来判断 潮型数A
AK1 Ao AM 分别表示三个主要分潮的振幅。 2 1
AK1 太阴太阳赤尾日分潮，AO1表主太阴日分潮，AM2表主太阴 半日分潮。 若0<A≤0.5，则为正规半日潮； 若0.5<A≤2.0，属于不正规半日潮； 若2.0 <A≤4.0，属于不正规日潮； 若A>4.0，属于正规日潮。
§5.1 海洋潮汐概述
§5.1.3、潮汐类型 • • • 正规半日潮( Semidiurnal Tide)
周期半日 ,主要特点
正规日潮(Diurnal Tide)
周期一日，特点
混合潮(Mixed Tide)—不正规半日潮、不正规日潮
1）正规半日潮是周期约为半日的潮汐。
主要特点是在每个太阴日内（约24h50min）发生两次高 潮和两次低潮，两个相邻高潮或相邻低潮的潮高相近，相 邻涨、落潮时的时间间隔相近(约为12h24min)，两次相邻 潮差大致相等（青岛，厦门港）
E
§5.1 海洋潮汐概述
2）月球引力（地球上的物体都遵守万有引力定律）
各点引力方向始终指 向月球中心，大小和方 向各不相同，离月球越 近则引力越大。
式中：L 表示对应质点至月球中心的距离
§5.1 海洋潮汐概述
3）月球引潮力
惯性离心力与月球引力的合力 即为月球引潮力 如P点的引潮力表示为：
海水下降 海水上涨
潮汐预报：在现有的长期潮位实测资料基础上，应用平衡 潮理论可对实测点今后的潮位变化规律进行推算与预测。 其中，建立在假想天体和分潮( Tidal Component)概念上
的调和分析法(Harmonic Analysis of Tide)能对潮汐进行准确 的预报，在近岸海区潮汐预报中得到广泛的应用。
不正规半日潮的月过程曲线
4）不正规日潮的特征是在一个朔望月中的大多数日
子里具有日潮型的特征，但有少数日子出现两次高 潮和两次低潮的半日潮特征（海南榆林海区）
潮汐概述
§5.1. 4、潮汐理论——研究潮汐的发生机理
• 两个理论： 1、平衡潮理论 基于静力平衡
由牛顿提出：基于海水的重力与引潮力之间的静力平 衡。 2、动力理论 基于潮波的动力传播
钱塘江大潮
§5.1.1、海洋潮汐现象
概念：
1.潮流与潮汐 2.天文潮（太阴潮、太阳潮） 3.一个潮汐周期 4.能量 5.潮汐—水位—潮位极值
视频
§5.1 海洋潮汐概述
因为潮汐由天体的引潮力引起， 其中月球与太阳起着主要作用，所以 又称之为天文潮(Astronomical Tide) ，其中由月球的引潮力引起的潮汐称 为太阴潮(Lunar Tide)，由太阳的引潮 力引起的潮汐称为太阳潮(Solar Tide) 将海面的一涨一落合称为一个潮汐周期
§5.1 海洋潮汐概述
3）受地形影响的潮波运动特性举例 以下给出北半球海洋潮波在有无地球自转影响下的传 播情况，以在几种简单几何形状海区中的传播情况为例， 来说明潮波中潮位和潮流的运动特性以及旋转潮波、无潮 点( Amphidromic Points)等现象的形成。
§5.1 海洋潮汐概述
a）不考虑地球自转影响 此情况下，可求得定解问题中的潮位为
正规半日潮的月过程曲线
2）正规日潮是周期约为一日的潮汐，亦称正规全日潮。 特点是在一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮（南 海北部湾地区）
正规日潮的月过程曲线
3）不正规半日潮的特点是基本具有半日潮的特征，在一
个朔望月中的大多数日子里，每个太阴日内一般可有两 次高潮和两次低潮，但相邻的高潮或低潮的潮位高度相 差很大。有少数日子的第二次高潮很小，半日潮特征不 明显（浙江镇海，福建诏安，香港海区）
b） 考虑地球自转的影响 此时潮位： 潮流流速 式中：f为科氏力系数，体现地球自转的效应 分析不同位置处的潮位，得出结论： 在地球自转的影响下，顺着潮波的传播方向 ，右岸的潮差将大于左岸。这是北半球长海 峡中潮波运动的一个特性。 在南半球则有相反的特性。 具有以上运动特征的波亦称Kelvin波，它反映 了地球自转影响下的潮波运动特征。
各点引潮力 综合作用使 覆盖地球的 水形成潮汐 球，处于一 平衡状态。
潮汐椭圆示意图
§5.1 海洋潮汐概述
将引潮力投影到水平方向和垂直方向
经整理得到： 月球水平引潮力 月球垂直引潮力 式中：θ表示月球的天顶距，为P点天顶与天体（月 球）在天球上所张的角度。
§5.1 海洋潮汐概述
如对太阳，同理可得： 太阳的水平引潮力 太阳的垂直引潮力 式中：S表示太阳的质量；D’表示日地中心距离； θ表示太阳的天顶距 对月球和太阳的引潮力进行计算比较，得出： 月球的引潮力约为太阳引潮力的2. 17倍 因此 潮汐现象主要由月球引起，其次是太阳。
根据振动周期是否受到外力的控制而可将振动划分为 强迫振动和自由振动。 大洋中的潮波属于强迫振动类型，称为强迫潮波。 大洋周边海域的潮波属于自由振动类型，称为自由潮波。
§5.1 海洋潮汐概述
2）基本方程 ——运动方程和连续性方程 直角坐标系下的运动方程形式为 ：
式中：u、v、w 为沿x、y、z轴方向的流体运动速度 Fx，Fy为分别沿x，y轴方向的水平引潮力
§5.1 海洋潮汐概述
§5.1.4、潮汐理论 2、平衡潮理论
牛顿于1687年首先提出了平衡潮理论 1）平衡潮–概念 牛顿假设地球的表面完全被相同深度的 海水所覆盖，海水没有运动惯性，不考虑地 球自转的效应及海水的粘滞效应，不计海底 摩擦力，海面能随时在重力与引潮力的共同 作用下保持铅直状态的平衡，这种理想状态 的海洋潮汐就是平衡潮
§5.1.2、潮汐要素—描述潮汐涨落的运动特征
空间某一位置观察
§5.1 海洋潮汐概述
潮汐要素用于描述潮汐涨落的运动特征。其中一个潮汐周期 内潮位的上升过程称为涨潮，在潮汐的一个涨落周期内达到的 最高潮位称为高潮。在达到高潮后的一段时间内，海面处在不 涨不落的暂时平衡状态，时间持续各地不等，这称为平潮，平 潮的中间时刻就称为高潮时。高潮过后，潮位出现下降的过 程，这称为落潮，在潮汐涨落的一个周期内潮位降到最低点就 称为低潮。在低潮的一段时间内，海面暂时不涨不落，这称为 停潮，而停潮的中间时刻就称为低潮时。各潮汐要素表示的潮 位曲线，其中从低潮时到高潮时的时间间隔称为涨潮时，从高 潮时到低潮时的时间间隔称为落潮时，这两者之和就是一个潮 汐循环的周期。
《海洋工程环境学》
第五章 海 流
船舶工程学院 马山 副教授
5.1 海洋潮汐概述 5.2 潮位特征值 5.3 海流概述 5.4 地转流与风海流 5.5 大洋环流及中国近海海流
5.1 海洋潮汐概述
本节内容： 5.1.1 海洋潮汐现象 5.1.2 潮汐要素 5.1.3 潮汐类型 5.1.4 潮汐理论
潮汐现象是发生在海洋中的一种自然运动现象，表现 为海水在月球、太阳等天体引潮力的作用下产生的周期性 水平运动（潮流），同时，伴随着海面的周期性垂直升降 运动（潮汐）。
潮汐对海工结构的影响
1）海洋工程结构物和港湾堤岸等的设计、施工、生产与 安全等密切相关 2）高低潮高度及其出现时间关系到进出港口船舶的安全 ，也是结构物受海水腐蚀严重影响的敏感部位 3）对这些特征水位值需要在历史资料的基础上进行统计 分析，为海洋工程结构物设计和使用提供多年一遇的潮位 (Tide Level)极值。