概述(Summary)

一、定义(Definitions)

1.潮汐(tide)：

物体在天体引潮力的作用下所产生的周期性运动。(Objects'periodicmovementcausedby

spheres'gravitationalattraction)

2.对固体：称固体潮(bodilytide)；对大气的周期性运动称大气潮(atmospherictide)；对海水，叫海潮(oceanictide);习惯上将铅直向涨落称潮汐(tide)，水平方向的流动称潮流(tidalcurrent)。

二、研究意义(Meaningsofstudy)

国防，动力资源，航运，海岸建筑，渔业生产，生物采集，风暴潮

三、基本要素(Basicelements)

高潮与低潮(highwater&lowwater)

平潮(slacktide)与停潮

高潮时与低潮时

涨潮(floodtide)时与落潮(ebbtide)时

潮差

平均海面(meanseasurface)

四、分类(Patterns)

1、正规半日潮(regularsemidiurnaltide)：一个太阴日（24时50分）内，有两次高潮两次低潮，潮差相等。

2、全日潮(diurnaltide)：一个太阴日（24时50分）内，有一次高潮一次低潮。

3、混合潮(mixedtide)：一个朔望月(lunarmonth)内，既有半日潮，又有全日潮。包括：

(1)不正规半日潮(irregularsemidiurnaltide)：一个塑望月内的大多数日子是半日潮，少数日子是全日潮。

(2)不正规日潮(irregulardiurnaltide)：一个塑望月内的大多数日子是日潮，少数日子是半日潮。

五、潮汐不等现象

潮汐日不等现象：

高高潮(higherhighwater)、低高潮(lowerhighwater)；

高低潮(higherlowtide)、低低潮(lowerlowtide)；

塑望大潮(springtide)、两弦小潮(neaptide)。

与潮汐现象有关的天文知识(KnowledgeaboutTide)

一、天球(Celestialsphere)

1.天球(celestialsphere)：是一个以地球为中心(theearthasitscenter)，以无限长为半径(infinitelengthasitsradius)，内表面分布着各种各样天体的球面。

2.天极(celestialpole)与天轴(celestialaxis)：天轴指的是将地轴(earthaxis)无限延长所得到的一根假想的轴。天轴与天球的交点(intersectionpoint)叫天极，南北天极

3.天球赤道(celestialequator）：赤道(equator)向外无限延伸与天球所交的圆圈。

4.天顶(vertex)与天底(nadir)：观测点的铅垂直线(plumblineoftheobservingpoint)无限延伸后与天球交于两点，向上与天球的交点称为天顶，而向下延伸与天球的交点，称为天底。

5.天子午圈(celestialmidheaven)：以地心为圆心(theearth'scoreasthecenterofacircle)，过天极和天顶的大圈。

6.天体时圈：以地心为圆心，过天极和天体(celestialbody)的大圈

7.天体方位圈(celestialbodyazimuthcycle)：以地心为圆心，过天顶、天底和天体的大圈。

8.天体中天(celestialtransit)：天体通过天子午圈叫中天。上中天(superiortransit)：靠近天顶；下中天：靠近天底。

9.时角：观测者所在的天子午圈与天体时圈在天赤道上所张的角度。当天体上中天时，时角为0°，西行为正。

10.天顶距(zenithdistance)：在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度。

11.赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体所张的角度称为该天体的赤纬，常用δ表示。以天赤道为赤纬0°，向北为正，向南为负，分别从0°到90°。

12.黄道(ecliptic)、白道：太阳的周年视运动轨道(orbitoftheannualapparentmotionofthesun)叫做黄道。

月球绕着地球公转(revolution)的结果使得月球在天球上也有一个视运动的轨道，这个轨道称为白道。

13.黄赤交角(obliquityoftheecliptic)：黄道面与天赤道面的交角为23°27′。

黄白交角：白道面与黄道面的平均交角为5°09′。

白赤交角：白道面与天赤道面的交角为23°27′+5°09′或23°27′-5°09′。

14.春分点(vernalequinox)，秋分点(autumnaequinox)：黄道与天赤道交点，从南向北通过天赤道为春分点，从北向南为秋分点．

夏至点(theSummerSolstice或midsummer)，冬至点(midwinter)：黄道所能达的最北点为夏至点，最南点为冬至点。

升交点，降交点：白道与黄道交点，从南向北通过黄道为升交点，北向南为降交点。

二、时间单位(Timeunit)

1.平太阳日：平太阳连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阳日=24平太阳时

平太阳时：1/24平太阳日

2.平太阴日：平太阴连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阴日=24.8412平太阳时(约24h50min)

平太阴时：1/24平太阴日

3.平太阳年：从春分点(vernalequinox)出发回到春分点时间间隔(interval)

4.回归月(tropicalmonth)：从赤白交点出发在回到赤白交点所用的时间。长度为：27.32平太阳日

朔望月(lunar

month)：月球从新月(crescent)位置出发再回到新月位置的时间间隔。日地月三者关系与月相变化周期，长度29.5306日月相与大潮(spring

tide)，小潮(neaptide)

引潮力(TidalForces)

一、吸引力(Gravitation)

万有引力(universalgravitation)：与M成正比，与R*R成反比,方向沿连线

二、惯性离心力(Inertialcentrifugalforce)

地月绕公共质心(commoncentroid)公转平动，各点受惯性离心力相等。与地心所受月球引力(lunargravitationalforce)大小相等，方向相反。

三、引潮力(Tidalforce)

地球上单位质量物体(受月球引力(lunargravitationalforce)和地球绕公共质心运动产生的惯性离心力合力(compositeforceofInertialCentrifugalForce)。

四、引潮力公式展开及讨论(Deploymentanddiscussion)

与质量(mass)成正比，与距离(distance)的立方成反比。

1.垂直引潮力，水平引潮力

垂直引潮力与重力相比：只是重力(gravity)的千万分之0.56-1.12。

2.太阴引潮力与太阳引潮力相比：

约2.17倍(E=81.5M,S=333400E,D=60.3r,D’=389D）

3.月球与金星(Venus)（离地球最近）相比：近2万倍(S1=0.815E，D1=108.92D)

因此，海洋潮汐现象主要是月球产生的。

五、引潮势(Tidalpotential)

自地心(theearth'scenter)移动单位质量物体克服引潮力所做功。

太阳引潮势，太阴引潮势

潮汐理论(TidalTheory)

平衡潮理论(EquilibriumTidalTheory)

十七世纪牛顿(Newton)《自然哲学的数学原理》

一、等势面

从地心移动单位质量物体到某一点，克服重力和引潮力所作的功，叫该点位势，位势相等的面叫等势面。

椭球形等势面：

由于在地月连线上引潮力方向与重力方向相反，在垂直地月连线的大圆上引潮力方向与重力方向相同，因此，考虑引潮力后的等势面就变成椭球形，这个椭球的长轴指向月球。

二、潮汐静力理论(Equilibriumtidaltheory)

1.假设(assumptions)：

1)圆球，等深海水覆盖(coveredwithauniformlayerofwater)；

2)海水无粘性(withoutviscosity)，无惯性(withoutinertia)；

3)不受地转偏向力和摩擦力(withoutCoriolisforceorfrictionforce)作用。

2.形成潮汐椭球：

在重力、引潮力作用下海面变成椭球形，长轴恒指向月球。地球自转，地球表面相对椭球形海面运动，使固定点发生周期性的涨落。

3.结论：

1)赤道(equator)永远出现正规半日潮(semidiurnaltide)；

2)月赤纬不为0时，高纬地区出现正规日潮(diurnaltide)；其他纬度出现日不等现象。

3)同时考虑月球和太阳对潮汐的效应，在朔望(syzygy)之时，长轴方向靠近，两潮叠加形成大潮(springtide)；上、下弦之时，两潮抵消形成小潮(neaptide)。

三、潮高公式及讨论(Formulaanddiscussion)

按平衡潮理论，海面(seasurface)与考虑引潮力后的等势面重合。

（一）等势面，重力势，引潮力势

1.平衡潮最大可能潮差78cm。

2.平衡潮潮高另一种形式：用月赤纬、时角替换天顶距(zenithdistance)。可分出长周期潮(longperiodic

tide)、全日潮(diurnaltide)、半日潮(semidiurnaltide)。

（二）.潮汐不等现象：

1.日不等：

月赤纬不为零，除高纬，地球上各点潮汐都为半日潮与全日潮叠加，出现日不等现象。

月赤纬增大，日不等现象显著，最大时称为回归潮(tropicaltide)；

月赤纬为零，地球上各点潮汐都为正规半日潮，称为分点潮（equinoctialtide）。

2.朔望潮，两弦潮：太阴、太阳时角差。出现半月不等现象。

3.月球近地点月不等；地球近日点年不等；

4.月赤纬18.61年变化周期；月球近地点有8.85年的变化周期。

四、分潮与假想天体(Partialtideandimaginarycelestialbody)

1.假想天体(imaginarycelestialbody)：

实际海洋潮汐认为是许多简单波动的叠加，每个单一波动都对应有一个天体，即“假想天体”。

许多“假想天体”共同作用逼近实际天体作用。

2.分潮(partialtide)：

每个假想天体对海水作用引起的潮汐称为分潮。主要分潮有11个，半日分潮(semidiurnalpartialtides)：M2,S2,N2,K2;全日分潮(diurnalpartialtides):K1,O1,P1,Q1;3个浅水分潮：M4,MS4,M6(地形(topography)和干涉效应(effectofinterference)引起的分潮)

按分潮性质对潮汐分类：

(HK1+Ho1)/HM2<0.5半日潮(semidiurnaltide)；0.5<=(HK1+Ho1)/HM2<2.0混合潮中的不正规半日潮(irregularsemidiurnaltideofmixedtide)；2.0<=(HK1+Ho1)/HM2<=4.0混合潮中的不正规日潮(irregulardiurnaltideofmixedtide)；(HK1+Ho1)/HM2>4.0全日潮(diurnaltide)。

五、评价(Appraisement)

1.贡献：

潮汐的发生(tides'occurrence)，潮汐不等，分潮振幅(amplitudeofpartial

tide)，周期(period)

2.缺点：

1)潮差(tidalrange)

2)潮汐类型(tidepatterns)

3)潮汐间隙(tideinterval)

4)潮流(tidalcurrent)

5)无潮点(amphidromicpoint)

潮汐动力理论(DynamicTidalTheory)

一、概述(Summary)

十八世纪拉普拉斯（Laplace,法国）将潮汐理论向前大大推进一步。用流体力学观点研究海洋中的潮汐，建立描述潮汐运动的方程。

潮汐动力理论基本思想是从动力学观点研究海水在引潮力作用下产生潮汐运动。此理论认为，对于海水运动，只有水平引潮力重要，垂直引潮力和重力相比非常小，因此所产生的作用只是使重力加速度(accelerationofgravity)产生极微小变化，故不重要。

海洋潮汐实际上是海水在月球和太阳引潮力作用下的潮波运动，即水平方向的周期运动和海面起伏的传播，受到海陆分布、海底地形(seafloortopography)、地转偏向力(Coriolisforce)及摩擦力(Frictionforce)等因素影响。

二、潮差(Tidalrange)

1.最大潮差在海湾(bay)内。北美芬地湾大潮潮差达15m,钱塘江海宁潮差达8m，仁川港最大9m。

2.原因：

海湾潮汐两个来源：一是天体引潮力直接形成，称独立潮；二是相邻海洋中传入。海湾面积小，独立潮不超过几厘米，主要是外海传入与地形作用结果。

北美芬地湾的固有振动周期与半日潮相近，形成共振(resonance)。

杭州湾地形呈喇叭形，水域愈来愈小，潮能愈集中，使潮波增高。常发生涌潮(tidalbore)，淡水下泻很重要。

仁川港潮差比青岛大，原因一是离无潮点远，一是地形影响，前者处于海湾湾底。

三、旋转潮波(Rotarytidalwave)

实际海洋中的潮波(tidalwave)，可能是前进波(travelingwave)、驻波(standingwave)，普遍形式是旋转潮波，波峰线(wavecrestline)绕无潮点旋转。形成原因很多，介绍一种简单的较常见的情况。在北半球，一般为顺时针(clockwise)旋转，南半球相反，所以与科氏力的影响有关。另外受地形(topography)影响，同潮时线是从无潮点发出的射线，等振幅线是绕无潮点的同心圆。

四、潮流(Tidalcurrent)

1、定义(definition)：同潮汐现象同时发生的，海水水平方向上的周期性运动称为潮流。

2、按潮流的运动形式分(patterns)：

1)往复流(to-and-frocurrent)：流向、流速沿某一方向来回周期变化。

2)前进波(travelingwave)：潮流转向在半潮面

3)驻波(standingwave)：潮流转向在高低潮。

4)旋转潮流(rotarytidalcurrent)：流速(speed)和流向(direction)随时间变化。（见右图）

五、半日潮时简易算法(Arithmetic)

1.高潮时=月中天时刻+平均高潮间隙

低潮时=月中天时刻+平均低潮间隙

高潮间隙(highwaterinterval)：月中天时刻到高潮时刻时间间隔

低潮间隙(lowwaterinterval)：月中天时刻到低潮时刻时间间隔

2.上半月:高潮时=(阴历数-1)*0.8+该港平均高潮间隙

低潮时=(阴历数-1)*0.8+该港平均低潮间隙

下半月:高潮时=(阴历数-16)*0.8+该港平均高潮间隙

低潮时=(阴历数-16)*0.8+该港平均低潮间隙

风暴潮(StormSurges)

一、定义(Definitions)：

1.风暴潮(stormsurges):指由于强烈的大气扰动(strongairdisturbance),如强风(strongwind)和气压(airpressure)骤变所招致的海面异常升高(sealevel'sabnormalelevation)现象。

2.风暴潮水位：从验潮曲线中把天文潮(astronomictide)和风暴潮(stormsurges)分离开是首要任务。从动力学观点，二者是非线性耦合，分离开很难。通常做法采用线性叠加原则分离法。

二、分类(Sorts)

按照诱发风暴潮的大气扰动(airdisturbance)的特征分类：

1.热带风暴（tropicalstorm即台风(typhoon)、飓风(hurricane)）：夏秋季常见

三个阶段：先兆波、主振阶段、余震阶段。

2.温带气旋(cyclone)：主要发生于冬、春季。

3.风潮(windtide)：

中国北方黄渤海地区所特有，在春、秋过渡季节，由寒潮(coldwave)或冷空气(coldair)所激发的风暴潮是显著的

三、风暴潮预报(Forecastofstormsurges)

分两大类：

1）经验统计预报；2）动力-数值预报。简称“经验预报”和“数值预报”。

1.经验预报：

用回归分析和统计相关建立风(wind)和气压(airpressure)与特定港口的经验预报方程或相关图表。

2.数值预报：

中国海潮汐(TidesinChinaSea)见图

观测、研究及应用(Observation,StudyandApplication)

一、观测手段(Observationmeasurements)：

1.验潮井：竖管，侧向水平进水口，布设仪器：

浮筒：与圆轴（变速系统：轴大小有限，与潮差有关),记录纸、笔、随时间的拖动系统相连,1min平均

压力式验潮仪：（可直接在外海使用）压力变化反映水位，三种：

两探头(doubleprobes):内测水压，外测气压，仪器内部设置订正；

单探头(singleprobe)：若有管通水下，不需订正，若无管，则需外测气压，测量后订正。

超声验潮仪：超声测矩仪，声波(soundwave)打到水面反射(reflectioninwatersurface)。

以上采样时间是1分钟，采样间隔可设定，一般10分钟、15分钟，潮汐报表是1小时，但必须有高、低潮时间和潮高。

2、水尺（watergauge,属人工观测）：

一般1小时一次，每次1分钟平均（目测），高低潮时加密至10分钟。

二、预报方法：

调和分析预报：从实测数据中分析得到调和常数。

数值方法：数值计算得到调和常数，然后用调和分析方法预报潮汐。

三、应用(Application)

1、海岸工程设计标高(designedelevation)

2、港口浅水码头进出港

3、海水养殖(mariculture)：封闭式的养虾池

4、盐场

5、发电(powergeneration)

6、军事：登陆与反登陆，布设水雷（水压引信）

四、一些面的定义(Definitionsoffaces)：

1、平均海面(meanseasurface)：由验潮仪(tidalmeter)观测的水位取平均值。

2、平均海平面(meansealevel)：平均海面高度平静的理想海面

3、陆地高程(terrestrialelevation)：

平均海平面起算的陆地高度。通常对于一个国家和地区采用地壳条件(conditionoflithosphere)比较稳定的验潮站的平均海平面作为基准。不同国家和地区采用不同的基准。我国为85国家高程243cm（56高程239)

4、海图深度基准面(datumplane)与海图水深：

算水深的起算面。通常采用低于平均海面的一个面，视当地潮差而定，并且该面绝大部分时间在水内。

5、水尺零点(zeropointofwatergauge)：

某站水位纪录起始点。岩壁上固定标尺，有铜字的标记为零点