關于潮汐現象與引潮力什么是潮汐？潮汐的形成與引潮力潮汐靜力學理論第2頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？人們對潮汐的直觀認識新石器時代：“貝丘遺址”。趕海：幾千年來，沿海居民趁退潮下海采集和捕捉海生動物。曬海鹽：長晴納潮頭，雨后納潮尾。錢塘江潮自古蔚為天下奇觀，與南美洲的亞馬遜河，南亞的恒河，并稱世界三大強潮河流。但涌潮之壯觀，以錢塘潮為最。“滔天濁浪排空來，翻江倒海山為摧”。第3頁,共38頁，2024年2月25日，星期天什么是潮汐？人們對潮汐的直觀認識高潮、低潮時的青島棧橋第4頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？人們對潮汐的直觀認識南宋·吳自牧·《夢梁錄》：“每歲八月內，潮怒勝于常時，都人自十一日起，便有觀者，至十六、十八日傾城而出，車馬紛紛，十八日最為繁盛，…自廟子頭直至六和塔，…，盡為貴戚內侍等雇賃作看位觀潮”。其時有“不惜性命之徒，各系繡色緞子滿稈，伺潮出海門，百十為群，執旗泅水上…”唐《海濤志》：“月與海相推，海與月相期”，“盈于朔望，……虛于上下弦”。第5頁,共38頁，2024年2月25日，星期天觀錢塘潮的六和塔圖第6頁,共38頁，2024年2月25日，星期天圖第7頁,共38頁，2024年2月25日，星期天錢塘江入海口位置圖第8頁,共38頁，2024年2月25日，星期天為什么要研究潮汐？防止漲潮海水倒灌；研究風暴潮；為海洋漁業、海洋鹽業、海上運輸業服務；為海洋軍事服務；潮汐發電等。第9頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？潮汐的定義：是指海水在天體引潮力作用下所產生的周期運動現象，它包括海面垂直漲落(潮位)和海水水平流動(潮流)。被喻為海洋的呼吸。潮汐周期：一般為0.5d或1d。第10頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？幾個術語停潮：低潮前后，潮位處于停滯狀態，叫停潮。低潮時：停潮一般有幾十分鐘，它的中間時刻叫低潮時。低潮高：停潮時的潮位高。平潮：高潮前后有一段時間，潮位也處于停滯狀態，叫平潮。同樣有高潮時，高潮高。漲潮時：從低潮時到高潮時這一段時間間隔叫“漲潮時”，相應的潮位差叫“漲潮潮差”。落潮時、落潮潮差：類似于漲潮時、漲潮潮差。平均潮差：落潮潮差與漲潮潮差的平均值。第11頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？潮汐要素圖第12頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐周期第13頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐的類型正規半日潮：在一個太陰日內，有兩次高潮和兩次低潮，從高潮到低潮和從低潮到高潮的潮差幾乎相等，叫正規半日潮，也簡稱半日潮。正規日潮：在一個太陰日內，有—次高潮和一次低潮，叫作正規日潮，有時也稱之為全日潮。第14頁,共38頁，2024年2月25日，星期天混合潮：分為不正規半日潮、不正規全日潮兩種。圖b是不正規半日潮過程曲線，在一個月中的大多數日子里，有兩次高潮和兩次低潮；但當月赤緯較大的時候，第二次高潮很小，半日潮特征就不顯著。圖d是不正規全日潮過程曲線，這種潮汐具有日潮型的特征，但當月赤緯接近零的時候就變成半日潮。第15頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐長周期變化與潮汐不等現象潮汐變化除半日周期和全日周期外，還有半月周期的變化，如果長時間觀測，還將發現潮汐具有一個月、一年及18．61年等的長周期變化。在一個月中，朔望日過后兩三天潮差最大，叫大潮潮差；反之在上、下弦之后，潮差最小，叫小潮潮差。第16頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐長周期變化與潮汐不等現象凡是一天之中兩個潮的潮差不等，漲潮時和落潮時也不等，這種不規則現象，稱為潮汐的日不等現象。高潮中比較高的一個叫高高潮，比較低的叫低高潮；低潮中比較低的叫低低潮，較高的叫高低潮。第17頁,共38頁，2024年2月25日，星期天什么是潮汐？潮汐的形成與引潮力潮汐靜力學理論第18頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐的形成與引潮力古代人們就知道潮汐與月亮有關，潮汐“隨時而應月”(宋·燕肅)。月亮與地球的運行：共同繞公共質心作平動公轉。平動：在運動過程中，剛體上任意兩點的連線保持平行，而且長度不變，那么這種運動就叫做平動。第19頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐的形成與引潮力作平動轉動的物體，各點的慣性離心力相等。地球上（表面或內部）各點慣性離心力大小相等、方向相同，都指向背離月球的方向。M為月球質量，K是萬有引力常數，D為月地中心距離。第20頁,共38頁，2024年2月25日，星期天附：雙星繞公共質心公轉兩顆星體質量差不多兩顆星體質量不同，例如冥王星與冥衛一

第21頁,共38頁，2024年2月25日，星期天附：雙星繞公共質心公轉兩顆星體質量相差很多，如月球與地球。兩顆星體質量完全不在一個數量級上，如太陽與地球。第22頁,共38頁，2024年2月25日，星期天附：雙星繞公共質心公轉還存在兩星以橢圓軌道互繞的情形。第23頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐的形成與引潮力月球引力：根據萬有引力定律，地球上任一地點單位質量的物體所受的月球引力為：

x為該質點至月球中心的距離。引潮力：第24頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

潮汐的形成與引潮力慣性離心力相同而引力不同，形成潮汐A點受力比B點(地球中心)大，潮水吸引向月球，漲潮；

C點受力比B點小，相對于B點水位也會漲起；D點和E點水位降低形成退潮。第25頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

潮汐的形成與引潮力引潮力示意圖第26頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐的形成與引潮力太陽引潮力與月球引潮力一樣，兩者共同作用形成大小潮。第27頁,共38頁，2024年2月25日，星期天引潮力勢勢：表征做功能力大小的狀態量。引力勢：離心力勢：引潮力勢：第28頁,共38頁，2024年2月25日，星期天引潮力勢第29頁,共38頁，2024年2月25日，星期天

什么是潮汐？

潮汐的形成與引潮力

潮汐靜力學理論第30頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐靜力學理論假定：地球為一個圓球，表面完全被等深海水覆蓋；海水無粘、無慣性，海面隨時與等勢面重疊；海水不受地轉偏向力和摩擦力的作用；海面在引潮力作用下離開原來的平衡位置作相應的上升或下降，直到在重力場和引潮力場中達到新的平衡位置為止，考慮引潮力后的海面變成了橢球形，稱之為潮汐橢球，并且它的長軸總是指向月球。由于地球的自轉，地球的表面相對于橢球形運動，造成了地球表面上的固定點發生周期性的漲落而形成潮汐。第31頁,共38頁，2024年2月25日，星期天由于地球的自轉，就使得橢球形等勢面相對于地面轉動。考慮引潮力后的等勢面第32頁,共38頁，2024年2月25日，星期天由于地球的自轉，地球上各點的海面高度在一個太陰日內將發生兩次最高和兩次最低。當月球赤緯不為0時，除赤道仍舊為正規半日潮外，其他一些地區的海面雖然在一個太陰日內也可出現兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮的高度不相等，兩次漲潮時也不等，形成日不等現象；而在高緯度地區則出現正規日潮現象，在一個太陰日內只有一次高潮、一次低潮。第33頁,共38頁，2024年2月25日，星期天月赤緯為零時的潮汐橢球第34頁,共38頁，2024年2月25日，星期天月赤緯不為零時的潮汐橢球第35頁,共38頁，2024年2月25日，星期天潮汐靜力理論幾個結論：在赤道上永遠出現正規半日潮；當赤緯δ不等于0時，兩極高緯度地區(緯度｜ψ｜>90°-｜δ｜)出現正規日潮；當δ不等于0時，在其他緯度上出現日不等現象，越靠近赤道，半日潮的成分越大，反之，越靠近南、北極．日潮的成分越顯著。第36頁,共38頁，2024年2月25日，星期天對潮汐靜力理論的評價潮汐靜力理論具有正確性：(1)潮汐靜力理論是建