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1、潮汐现象及其成因本讲稿第一页，共三十四页 一、与潮汐有关的天文学知识 （一）天球（一）天球 如图所示，天球是一个以地球为中心，以无限长为半径，内表面分布着各种如图所示，天球是一个以地球为中心，以无限长为半径，内表面分布着各种各样天体的球面。这是一个假想的圆球。因为天体离地球都很遥远，人的眼睛无各样天体的球面。这是一个假想的圆球。因为天体离地球都很遥远，人的眼睛无法区别它们的远近，只能根据它们的方向来定位，于是，所有天体在天球上的位法区别它们的远近，只能根据它们的方向来定位，于是，所有天体在天球上的位置就是它们沿视线方向在天球内表面的投影。置就是它们沿视线方向在天球内表面的投影。天球上的天轴指的
2、是将地轴无限延长所得到的一根假想的轴。天轴与天球的天球上的天轴指的是将地轴无限延长所得到的一根假想的轴。天轴与天球的交点叫交点叫天极天极，和地球上北极所对应的那一点叫，和地球上北极所对应的那一点叫北天极，或天球北极北天极，或天球北极；和地球上南极对应的那一；和地球上南极对应的那一点叫点叫南天极，或天球南极南天极，或天球南极。若将观测点的铅垂直线无限延伸后也可与天球交于两点，。若将观测点的铅垂直线无限延伸后也可与天球交于两点，向上与天球的交点称为向上与天球的交点称为天顶天顶，而向下延伸与天球的交点，称为，而向下延伸与天球的交点，称为天底天底。在天球上，以地心为圆心，通过天极和天顶所作的大圆圈叫做
3、在天球上，以地心为圆心，通过天极和天顶所作的大圆圈叫做天子午圈天子午圈；通过天极；通过天极和天体所作的大圆圈叫做和天体所作的大圆圈叫做天体时圈天体时圈；通过天顶、天底和天体的大圆圈称为；通过天顶、天底和天体的大圆圈称为天体方位圈天体方位圈。天体通过天子午圈叫天体通过天子午圈叫中天中天。由于地球作周日旋转，每个天体一昼夜内有两次中。由于地球作周日旋转，每个天体一昼夜内有两次中天，即天体的时圈在一昼夜内有两次与天子午圈重叠。天体靠近天顶时叫天，即天体的时圈在一昼夜内有两次与天子午圈重叠。天体靠近天顶时叫上中天上中天，靠近天底时称靠近天底时称下中天下中天。本讲稿第二页，共三十四页本讲稿第三页，共三十
4、四页 （二）天赤道、黄道与白道（二）天赤道、黄道与白道 1 1天赤道天赤道 将地球的赤道面无限延伸后和天球相交的大圆圈，叫做天赤将地球的赤道面无限延伸后和天球相交的大圆圈，叫做天赤道，或天球赤道。道，或天球赤道。2 2黄道黄道 太阳的周年视运动轨道叫做黄道。如图所示，地球每年太阳的周年视运动轨道叫做黄道。如图所示，地球每年绕着太阳在椭圆形轨道上公转一周绕着太阳在椭圆形轨道上公转一周(即即a b c d e a)a b c d e a)，但在，但在地球上的人看来好像是太阳在天空众星之间绕着地球旋转，那么，太阳在天地球上的人看来好像是太阳在天空众星之间绕着地球旋转，那么，太阳在天球上的投影每年也绕
5、球上的投影每年也绕 着地球作一周的视运动着地球作一周的视运动(相应为相应为AB C D E AB C D E A)A)，此视运动轨道即为黄道。黄道面与天赤道面的交角为，此视运动轨道即为黄道。黄道面与天赤道面的交角为2323o o2727。3 3白道白道 月球绕着地球公转的结果使得月球在天球上也有一个视运动月球绕着地球公转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。此视运动轨道并非指月球绕地球公转的真正轨的轨道，这个轨道称为白道。此视运动轨道并非指月球绕地球公转的真正轨道道(椭圆形椭圆形)，而是指月球公转过程中在天球上的投影点，而是指月球公转过程中在天球上的投影点(从地球上看从
6、地球上看)连连成的圆形轨道。白道面与黄道面的平均交角为成的圆形轨道。白道面与黄道面的平均交角为5 5o o0909。本讲稿第四页，共三十四页本讲稿第五页，共三十四页（三）（三）春分点、秋分点、升交点及降交点春分点、秋分点、升交点及降交点 太阳从南向北穿过天赤道的点称为春分点（一般用太阳从南向北穿过天赤道的点称为春分点（一般用表示），从北向南穿过表示），从北向南穿过天赤道的点称为天赤道的点称为秋分点秋分点。同样，月球由南向北和黄道相交的点称为。同样，月球由南向北和黄道相交的点称为升交点升交点（一般（一般用用表示），由北向南和黄道相交的点称为降交点。表示），由北向南和黄道相交的点称为降交点。升交点
7、平均以每小时升交点平均以每小时0.0020.002o o沿黄道西退，即每年沿黄道向西移动约沿黄道西退，即每年沿黄道向西移动约1919o o2121。约经过约经过18.6118.61年，升交点可在黄道上移动一周。由于升交点的西退，使得白道面年，升交点可在黄道上移动一周。由于升交点的西退，使得白道面与天赤道面的交角发生变化。当升交点位于春分点时，此交角达最大（与天赤道面的交角发生变化。当升交点位于春分点时，此交角达最大（2323o o2727+5 5o o0909=28=28o o3636）；而当升交点位于秋分点时，为最小（）；而当升交点位于秋分点时，为最小（2323o o 2727 5 5o o
8、0909=18=18o o1818）（四）赤纬、时角和天顶距（四）赤纬、时角和天顶距 1 1赤纬赤纬 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赤纬，常用常用表示。以天赤道为赤纬表示。以天赤道为赤纬0 0o o，向北为正，向南为负，分别从，向北为正，向南为负，分别从0 0o o到到9090o o。2 2时角时角 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称为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称为时角时角。时角是沿着天赤道由观测者的天子午圈向西量至天体时圈，可从。时角是沿着天赤道由观测者的天子午圈向西量至天体时
9、圈，可从0 0o o到到360360o o。当天体上中天时，时角为。当天体上中天时，时角为0 0o o ；当天体下中天时，时角为；当天体下中天时，时角为180180o o。3 3天顶距天顶距 在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度称为在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度称为天顶距天顶距。它。它由天顶起算，由由天顶起算，由0 0o o量到量到180180o o。本讲稿第六页，共三十四页本讲稿第七页，共三十四页时间单位时间单位 时间的计量是天文学中的一个基本问题，也是讨论潮汐时必须参考的要素。以下仅就时间的计量是天文学中的一个基本问题，也是讨论潮汐时必须参考的要素。以下仅就以后讨论潮汐时用到
10、的几个时间单位，加以简单的说明。以后讨论潮汐时用到的几个时间单位，加以简单的说明。（一）平太阳日和平太阳时（一）平太阳日和平太阳时 天文学上假定一个平太阳在天赤道上天文学上假定一个平太阳在天赤道上(而不是在黄道上而不是在黄道上)作等速运行，其速度等于作等速运行，其速度等于运行在黄道上真太阳的平均速度，这个假想的太阳连续两次上中天的时间间隔，运行在黄道上真太阳的平均速度，这个假想的太阳连续两次上中天的时间间隔，叫做一个太阳日，并且把叫做一个太阳日，并且把1 12424个太阳日取为个太阳日取为1 1个太阳时。通常所谓的个太阳时。通常所谓的“日日”和和“时时”，就是平太阳日和平太阳时的简称。就是平太
11、阳日和平太阳时的简称。（二）平太阴日和平太阴时（二）平太阴日和平太阴时 假想的、等速在天赤道运行的平太阴连续两次上中天的时间间隔，叫做一个假想的、等速在天赤道运行的平太阴连续两次上中天的时间间隔，叫做一个太阴日，而太阴日，而1 12424平太阴日取为平太阴日取为1 1平太阴时。平太阴时。因为月球的公转速度大于太阳在天球上的视运动速度，当地球自转一周，平因为月球的公转速度大于太阳在天球上的视运动速度，当地球自转一周，平太阴已运行了一个大约太阴已运行了一个大约12.1912.19o o的角度，所以当地球上某一点由第一次正对月球中心到第的角度，所以当地球上某一点由第一次正对月球中心到第二次正对时约需
12、要旋转二次正对时约需要旋转372.19372.19o o，这样以来，平太阴日便比平太阳日长，可以算出：，这样以来，平太阴日便比平太阳日长，可以算出：1 1平太阴日平太阴日=24.8412=24.8412平太阳时平太阳时24h50min24h50min本讲稿第八页，共三十四页一个平太阴日一个平太阴日24h50min24h50min本讲稿第九页，共三十四页二、潮汐现象1、潮汐过程线高潮、平潮、低潮、停潮、涨潮历时、落潮平潮、低潮、停潮、涨潮历时、落潮历时、潮差、落潮潮差、涨潮潮差历时、潮差、落潮潮差、涨潮潮差2 2、潮汐类型、潮汐类型潮汐现象中的一些术语和示意图潮汐现象中的一些术语和示意图本讲稿第
13、十页，共三十四页本讲稿第十一页，共三十四页 海海港港或或海海滩滩地地带带由由于于涨涨潮潮而而使使水水位位不不断断升升高高，达达到到一一定定高高度度后后，水水位位短短时时间间内内不不涨涨也也不不退退，这这种种现现象象称称为为平平潮潮,平平潮潮的的中中间间时时，就就是是高高潮潮时时(参参见见图图)。平平潮潮时时间间一一般般很很短，从几分钟到几十分钟不等。短，从几分钟到几十分钟不等。平平潮潮时时过过后后水水位位开开始始下下降降，这这时时，退退潮潮开开始始了了，水水位位退退到到最最低低的的时时候候和和平平潮潮情情况况相相似似，也也发发生生水水位位不不退退不不涨涨的的现现象象，我我们们把把它它叫叫做做停
14、停潮潮。停停潮潮的的中中间间时时就就是是低低潮潮时时，停停潮潮过过后后，水水位位又开始上涨了。如此周而复始地运动着。又开始上涨了。如此周而复始地运动着。从从低低潮潮时时到到高高潮潮时时这这一一段段时时间间间间隔隔叫叫做做涨涨潮潮时时，从从高高潮潮时时到到低低潮潮时时的的时时间间间间隔隔则则称称为为落落潮潮时时，涨潮时和落潮时在许多地方并不一样长。，涨潮时和落潮时在许多地方并不一样长。海海面面上上涨涨到到最最高高位位置置时时的的高高度度称称高高潮潮高高。下下到到最最低低位位置置时时的的高高度度叫叫做做低低潮潮高高，相相邻邻的的高高潮潮高高与与低低潮潮高高之之差差叫叫做做潮潮差差，潮潮差差各各地地
15、不不同同，就就是是同同一一地地方方的的潮潮差差每每天天也也不不相相同同，并并有着周期性的变化。总之，潮汐现象不论在潮时、潮高与潮差都有周期性的变化。有着周期性的变化。总之，潮汐现象不论在潮时、潮高与潮差都有周期性的变化。海海面面周周期期性性的的升升降降，是是沿沿着着某某一一面面作作上上下下振振动动，这这个个面面就就叫叫平平均均海海面面，它它是是由由长长期期观观测测记录算出来的。海图深度基准面或陆上高度计算，都根据平均海面来确定。记录算出来的。海图深度基准面或陆上高度计算，都根据平均海面来确定。潮潮高高，是是从从潮潮高高基基准准面面算算起起的的。潮潮高高基基准准面面一一般般与与海海图图深深度度基
16、基准准面面相相同同，某某时时某某地地潮潮高高加加上上当当地地海海图图水水深深便便得得某某地地某某时时实实际际水水深深，但但是是，目目前前有有些些港港口口的的海海图图深深度度基基准准面面与与潮潮高高基基准准面面不不尽尽一一致致，还还有有些些港港口口当当地地习习惯惯基基准准面面(如如水水尺尺零零点点)与与潮潮高高基基准准面面也也不不尽尽一一致致，因因此此，在在计算水深或使用潮汐表时应注意订正。计算水深或使用潮汐表时应注意订正。潮汐的周期变化大体有三种类型潮汐的周期变化大体有三种类型(参见图参见图)本讲稿第十二页，共三十四页全日潮全日潮 如图中之如图中之(a)(a)，在一个太阴日内只有一次高潮和一次
17、低潮，在一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮，南海有许多地点的潮汐属全日潮类南海有许多地点的潮汐属全日潮类型，其中北部湾是世界上最典型的全日潮海区之一。型，其中北部湾是世界上最典型的全日潮海区之一。半日潮半日潮 如图中之如图中之(b)(b)。在一个太阴日内。在一个太阴日内(24(24小时小时5050分分)有两个高潮和两个低潮，前一个高潮时有两个高潮和两个低潮，前一个高潮时到下一个高潮时时间间隔，以及前一个低潮时到下一个低潮时的时间间隔，都是十二到下一个高潮时时间间隔，以及前一个低潮时到下一个低潮时的时间间隔，都是十二小时二十五分，同时从高潮到低潮和从低潮到高潮的时间间隔几乎相等。小时二十五分，同
18、时从高潮到低潮和从低潮到高潮的时间间隔几乎相等。混合潮混合潮 混合潮可分为不正规半日湖和不正规全日期两种。图中的混合潮可分为不正规半日湖和不正规全日期两种。图中的(c)(c)为不正规半日潮过程线，为不正规半日潮过程线，这种潮汐一般说来在一个月中，大多数日子里有两次高潮两次低潮，但在一日内相邻这种潮汐一般说来在一个月中，大多数日子里有两次高潮两次低潮，但在一日内相邻的两个高潮或低潮的潮高相差很大，涨潮时和落潮对也不等。我省的不少地方，比如的两个高潮或低潮的潮高相差很大，涨潮时和落潮对也不等。我省的不少地方，比如核电站所处的大亚湾核电站所处的大亚湾,就属于不正规半日潮。就属于不正规半日潮。潮汐变化
19、除一日和半日周期外，还有半月的周期变化，在半个月中有一次大潮，涨潮涨得很高，潮汐变化除一日和半日周期外，还有半月的周期变化，在半个月中有一次大潮，涨潮涨得很高，退潮也退得很低，这是因为日、地、月的相对位置具有半月周期的缘故。经过长期的观测，就还会退潮也退得很低，这是因为日、地、月的相对位置具有半月周期的缘故。经过长期的观测，就还会发现，潮汐还有一年周期及发现，潮汐还有一年周期及18.618.6年的长周期变化。年的长周期变化。潮差每日不同，从潮汐过程线可以看出，在半日潮的地方，潮差每日不同，从潮汐过程线可以看出，在半日潮的地方，“朔朔”“”“望望”后的两三天后的两三天潮差最大，这个时候的潮差叫大
20、潮差，反之在上、下弦附近，就有小潮差。潮差最大，这个时候的潮差叫大潮差，反之在上、下弦附近，就有小潮差。本讲稿第十三页，共三十四页本讲稿第十四页，共三十四页 凡是一天中，两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也不等，这种不规则凡是一天中，两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也不等，这种不规则现象称为现象称为潮汐的日不等现象潮汐的日不等现象，高潮中的一个叫，高潮中的一个叫高高潮高高潮(参见图参见图(c)(c)，(HHW)(HHW)，比较低的一个叫比较低的一个叫低高潮低高潮(LHW)(LHW)，低潮中比较低的叫，低潮中比较低的叫低低潮低低潮(LLW)LLW)，比较高，比较高的叫的叫高低潮高低潮(HLW)(H
21、LW)。这是日不等现象中的几个特殊的名称。这是日不等现象中的几个特殊的名称。在潮汐现象中，月球引潮力是一个主宰者，往往月球在最接近我们在潮汐现象中，月球引潮力是一个主宰者，往往月球在最接近我们头顶时头顶时(月上中天月上中天)潮汐并不最大，而是要经过一段时间潮高才最大。从月中天潮汐并不最大，而是要经过一段时间潮高才最大。从月中天时刻到第一个高潮时为止的时间称为时刻到第一个高潮时为止的时间称为高潮间隙高潮间隙，从月中天到第一个低潮时为，从月中天到第一个低潮时为止的时间称为止的时间称为低潮间隙低潮间隙，二者总称，二者总称月潮间隙月潮间隙。月潮间隙每天有些不同，。月潮间隙每天有些不同，但变化不大。但变
22、化不大。本讲稿第十五页，共三十四页 三、引潮力及潮汐成因三、引潮力及潮汐成因1 1、引潮力、引潮力 潮潮汐汐是是由由月月球球和和太太阳阳的的引引潮潮力力所所产产生生的的，由由于于它它们们产产生生潮潮汐汐的的过过程程相相似似，现现只只讨讨论论月月球的引潮力球的引潮力。倘倘若若只只考考虑虑月月球球的的作作用用时时，可可把把地地球球和和月月球球视视为为一一个个引引力力系系统统，它它们们相相互互吸吸引引着着。为为了了保保持持系系统统内内的的平平衡衡，即即为为了了使使地地月月中中心心的的平平均均距距离离不不变变，作作用用于于地地球球上上的的力力的的矢矢量量和和必必须须分分别别为为零零。就就地地球球而而言
23、言，作作用用于于地地球球上上的的力力有有两两个个：其其一一是是月月球球的的引引力力，这这是是为为人人们们熟熟知知的的引引力力，它它与与地地月月二二球球质质量量的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们的的距距离离的的平平方方成成反反比比，方方向向指指向向月月心心。该该力力在在地地球球上上各各点点的的大大小小和和方方向向都都是是不不同同的的。其其二二为为地地月月运运动动所所产产生生的的惯惯性性离离心心力力。为为理理解解这这个个力力，首首先先就就应应了了解解地地月月的的相相互互运运动动过过程程。一一般般认认为为，地地球球绕绕太太阳阳运运动动的的，而而月月球球则则作作为为地地球球的的卫卫星星绕绕地地球球
24、旋旋转转，其其实实，按按椭椭园园轨轨道道绕绕太太阳阳运运动动的的并并非非地地球球的的中中心心，而而是是地地球球月月球球中中心心，即即地地月月公公共共质质心心，月月球球绕绕公公共共质质心心运运动动既既有有公公转转又又有有自自转转，周周期期均均为为一一个个月月，而而地地球球绕绕公公共共质质心心的的运运动动则则是是一一种种平平移移运运动动。在在这这种种状状况况下下，地地球球各各点点所所产产生生惯惯性性离离心心力力的的大大小小均均相相等等，方方向向亦亦相相同同，并并与与月月球球对对地地心心引引力力的的方方向向相相反反。由由于于地地球球的的质质量量为为月月球球质质量量的的81.581.5倍倍；故故公公共
25、共质质心心位位于于地地球球内内部部0.73R0.73R的的地地方方(R(R为为地地球球半半径径)。图图为为地地球球绕绕地地月月公公共共质质心心所所产产生生离心力的矢量。离心力的矢量。本讲稿第十六页，共三十四页公转惯性离心力、月球引力与引潮力矢量公转惯性离心力、月球引力与引潮力矢量 本讲稿第十七页，共三十四页地球所受月球的引力地球所受月球的引力为为月球（月球（M）对对A点点处质处质点（点（m）的万有引力）的万有引力A点的慣性离心力点的慣性离心力:A点的不平衡力是点的不平衡力是由于由于，所以所以本讲稿第十八页，共三十四页 如如果果将将地地球球作作为为一一个个质质点点，全全部部质质量量集集中中在在地
26、地心心，对对上上述述两两种种力力依依据据合合力力为为零零的的原原理理，有：有：式中：式中：E E 地球质量地球质量 M M月球质量月球质量 D D地月中心距离地月中心距离 K K万有引力常数万有引力常数 f f 惯性离心力惯性离心力 i i 惯性离心力的单位矢量惯性离心力的单位矢量 j j月球引力的单位矢量月球引力的单位矢量 由由于于地地球球上上各各点点惯惯性性离离心心力力都都相相同同而而各各点点的的月月球球引引力力不不同同，矢矢量量合合成成力力的的大大小小及及方方向向各各点点也也不不尽尽相相同同。图图为为地地球球各各点点这这两两种种力力之之合合力力相相对对地地球球A A、B B两两点点(以以
27、这这两两点点的的力力为为一一个个单单位位来来表表示示)，各各点点的的份份量量大大小小与与方方向向，虽虽然然，这这是是引引起起潮潮水水上上涨涨的的力力。因因此此，月月球球的的引引潮潮力力可可定定义义为为：地地球球上上单单位位质质量量的的物物体体，其其所所受受到到的的月月球球引引力力，为为与与因因地地月月运运动动所所产产生生的的惯惯性性离心力的合力离心力的合力。本讲稿第十九页，共三十四页2 2、引潮力的性质、引潮力的性质 根据引潮力的定义，我们可以导出引潮力的公式。设地球的质量为根据引潮力的定义，我们可以导出引潮力的公式。设地球的质量为E E，平均半径为平均半径为R R，月球的质量为，月球的质量为
28、M M，地月中心距离为，地月中心距离为D D，为天顶距，那么对为天顶距，那么对地球表面地球表面(图图)必然可写出月球对它的引力及所受的惯性离心力的公式来，必然可写出月球对它的引力及所受的惯性离心力的公式来，经过合并化简，利用近似公式及三角变换，最后可得经过合并化简，利用近似公式及三角变换，最后可得P P点垂直方向及水平点垂直方向及水平方向的引潮力公式，分别为：方向的引潮力公式，分别为：地表水质点受力图地表水质点受力图本讲稿第二十页，共三十四页 同理可以写出由太阳产生的引潮力公式同理可以写出由太阳产生的引潮力公式不不过过，垂垂直直方方向向所所产产生生的的引引潮潮力力与与地地球球重重力力相相比比，
29、可可以以说说是是微微不不足足道道的的，据据估估计计，月月球球在在天天顶顶时时,人人的的体体重重也也许许只只减减轻轻原原来来体体重重的的百百万万分分之之十十，因因此此，能能引引起起水水位位变变化化的的只只是是水水平平方方向向的的引引潮潮力力了了。设设太太阳阳的的质质量量S S333400E333400E，地地球球质质量量E E81.5M81.5M，日日地地距距离离D D389D389D，D D60.3R60.3R，当，当 =0=0时，代入公式可知：时，代入公式可知：本讲稿第二十一页，共三十四页 引潮力的一些结论引潮力的一些结论:(1)(1)月月球球最最大大引引潮潮力力为为太太阳阳引引潮潮力力的的
30、2.172.17倍倍。虽虽然然太太阳阳的的质质量量比比月月球球大大，但但是是日日地地之之间间的的距距离离也也大大，故故引引潮潮力力反反而而小小。可可见见，潮潮汐汐主主要要是是由由月月球球所所产产生，其它天体对地球潮汐的作用甚小。生，其它天体对地球潮汐的作用甚小。(2)(2)引引潮潮力力的的水水平平分分力力随随天天顶顶距距的的变变化化而而变变化化，而而且且有有一一定定的的变变化化周周期，诚然，水位振动也应随地月的相对位置而有复杂的周期变化。期，诚然，水位振动也应随地月的相对位置而有复杂的周期变化。(3)(3)从引潮公式及图可知，月球引潮力在从引潮公式及图可知，月球引潮力在A A、B B两点达到最
31、大，但方向两点达到最大，但方向相反，而在相反，而在C C、D D两点引潮力均指向地心，量值为两点引潮力均指向地心，量值为A A、B B两点的一半。两点的一半。(4)(4)月球引潮力的水平分量在月球引潮力的水平分量在A A、B B、C C、D D点为零。当月球位于天体赤道上，点为零。当月球位于天体赤道上，即月赤纬为零时，月球引潮力的水平分量与地轴或赤道成对称分布，这些水平即月赤纬为零时，月球引潮力的水平分量与地轴或赤道成对称分布，这些水平分量在一个半球上都指向分量在一个半球上都指向A A，从而在另一半球上都指向，从而在另一半球上都指向B B。当月赤纬不为零时，。当月赤纬不为零时，月球引潮力对地轴
32、或赤道的分布便不对称。月球引潮力对地轴或赤道的分布便不对称。本讲稿第二十二页，共三十四页 当月球和太阳与地球处于同一平面时，潮汐出现最大值，这种朔望大当月球和太阳与地球处于同一平面时，潮汐出现最大值，这种朔望大潮每隔潮每隔1414天出现一次，即在新月和满月时出现。当月球和太阳彼此成直天出现一次，即在新月和满月时出现。当月球和太阳彼此成直角时，就出现低潮。这种小潮每隔角时，就出现低潮。这种小潮每隔1414天出现一次，即总是在上下弦时出天出现一次，即总是在上下弦时出现现(图图)。全日潮和半日潮起因于地球，月球和太阳之间的引力。由于月球离全日潮和半日潮起因于地球，月球和太阳之间的引力。由于月球离地球
33、近，因而对潮汐的影响最大。月球的引潮力，为太阳引潮力的两倍。地球近，因而对潮汐的影响最大。月球的引潮力，为太阳引潮力的两倍。月球绕地球运转一周需要月球绕地球运转一周需要29295353天天(塑望月塑望月)。在其运转过程中，地球和月。在其运转过程中，地球和月球相互吸引，但这个引力被地月相对的轨道运动所产生的惯性离心力所球相互吸引，但这个引力被地月相对的轨道运动所产生的惯性离心力所平衡平衡(图图)。引力和离心力的相互作用是产生潮汐的主要原因。引力和离心力的相互作用是产生潮汐的主要原因。本讲稿第二十三页，共三十四页分点潮和回归潮分点潮和回归潮本讲稿第二十四页，共三十四页3 3、潮汐成因及潮汐理论、潮
34、汐成因及潮汐理论（1 1）引潮势引潮势：自地心：自地心(the earth(the earths center)s center)移动单位质移动单位质量物体克服引潮力所做功。量物体克服引潮力所做功。等势面等势面（2 2）潮汐静力学理论潮汐静力学理论(或称平衡潮理论或称平衡潮理论)理论假定；形成潮汐椭球理论假定；形成潮汐椭球 （3 3）潮汐的不等现象潮汐的不等现象 分点潮和回归潮分点潮和回归潮、朔望大潮和两弦小潮朔望大潮和两弦小潮 近点潮与远点潮近点潮与远点潮 潮汐的年不等现象潮汐的年不等现象 潮汐多年不等现象潮汐多年不等现象 分点潮和回归潮分点潮和回归潮本讲稿第二十五页，共三十四页(4)(4)
35、静力潮潮高公式静力潮潮高公式本讲稿第二十六页，共三十四页潮高公式中天潮高公式中天项项距距Z与与纬纬度度 、月球赤纬、月球赤纬 和时角和时角T有关有关，可应用球面，可应用球面三角公式三角公式 代入得平衡潮潮高公式得代入得平衡潮潮高公式得 把把 展开后得展开后得 本讲稿第二十七页，共三十四页其中其中本讲稿第二十八页，共三十四页(4)(4)静力潮潮高公式静力潮潮高公式上述三项中，上述三项中，与与 比例，这表示在比例，这表示在2424太阴时内，它太阴时内，它变化一个周期，而且于月上中天时出现最大值，月下中天变化一个周期，而且于月上中天时出现最大值，月下中天时出现最小值，所以时出现最小值，所以 所代表的
36、是日潮，日周期部分随赤所代表的是日潮，日周期部分随赤纬的增大而增大，赤纬为零时，日周期部分为零；纬的增大而增大，赤纬为零时，日周期部分为零；与与 成比例，这表示在成比例，这表示在2424太阴时内，它变化两个周期，且于太阴时内，它变化两个周期，且于月上、下中天时均出现最大值，故月上、下中天时均出现最大值，故 所代表的是半日潮，所代表的是半日潮，半日周期部分随月赤纬的增大而减小，月赤纬为零时，半日周期部分随月赤纬的增大而减小，月赤纬为零时，半日周期部分为最大；半日周期部分为最大；这一项与这一项与T T无关，而与无关，而与 有关，有关，由于由于 的周期为半个回归月，故的周期为半个回归月，故 具有长周
37、期具有长周期(半月周半月周期期)的特性。的特性。本讲稿第二十九页，共三十四页4 4、对潮汐静力理论的评价、对潮汐静力理论的评价潮汐静力理论主要贡献潮汐静力理论主要贡献(1)(1)潮汐静力理论是建立在客观存在的引潮潮汐静力理论是建立在客观存在的引潮力之上；力之上；(2)(2)根据潮汐静力理论导出的潮高公式所揭根据潮汐静力理论导出的潮高公式所揭示出的潮汐变化周期与实际基本相符；示出的潮汐变化周期与实际基本相符；(3)(3)由潮高公式计算出来的最大可能潮差为由潮高公式计算出来的最大可能潮差为78cm78cm，这一数值与实际大洋的潮差相近，这一数值与实际大洋的潮差相近 本讲稿第三十页，共三十四页4 4
38、、对潮汐静力理论的评价、对潮汐静力理论的评价潮汐静力理论主要缺点潮汐静力理论主要缺点(1)(1)此理论脱离实际地假定整个地球完全被海水包围，这与实际情况相差较大；此理论脱离实际地假定整个地球完全被海水包围，这与实际情况相差较大；(2)(2)完全没有考虑到海水的运动，而且假设海水没有惯性也与实际不符合，事实上，当完全没有考虑到海水的运动，而且假设海水没有惯性也与实际不符合，事实上，当月赤纬改变时，海水必将产生运动，否则一个高潮面不可能在地面上移动，另外海水月赤纬改变时，海水必将产生运动，否则一个高潮面不可能在地面上移动，另外海水要集中也需要一定的时间，所以潮汐静力理论认为每当月球在某处上中天或下
39、中天时，要集中也需要一定的时间，所以潮汐静力理论认为每当月球在某处上中天或下中天时，该处便会发生高潮，与实际情况有所差异；该处便会发生高潮，与实际情况有所差异；(3)(3)浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差较大，在浅海，潮差可达几米，甚至十几米；浅海、近岸地区的潮差与理论结果相差较大，在浅海，潮差可达几米，甚至十几米；(4)(4)潮汐静力理论既然完全没有涉及海水的运动，因此它无法解释潮流这一重要现潮汐静力理论既然完全没有涉及海水的运动，因此它无法解释潮流这一重要现象；象；(5)(5)在一些半封闭的海湾中，常常出现没有潮汐涨落的无潮点，等潮时线绕无潮点顺时针或在一些半封闭的海湾中，常常出现没有潮
40、汐涨落的无潮点，等潮时线绕无潮点顺时针或反时针旋转，两岸的潮差不等，平衡潮理论则无法得出此结论；反时针旋转，两岸的潮差不等，平衡潮理论则无法得出此结论；(6)(6)按照潮汐静力理论，赤道上永远不会出现日潮，低纬度地区也以半日潮占优势，但实际上，按照潮汐静力理论，赤道上永远不会出现日潮，低纬度地区也以半日潮占优势，但实际上，许多赤道和低纬度地区，均有日潮出现；许多赤道和低纬度地区，均有日潮出现；(7)(7)理论表明朔望日必发生大潮，但实际上多数的地方大潮出现在朔望日之后两天左右，即理论表明朔望日必发生大潮，但实际上多数的地方大潮出现在朔望日之后两天左右，即大潮出现的时间比朔望日的时间迟后数天，这
41、迟后的天数称为潮龄大潮出现的时间比朔望日的时间迟后数天，这迟后的天数称为潮龄 本讲稿第三十一页，共三十四页月月相相与与大大小小潮潮本讲稿第三十二页，共三十四页验潮站与验潮原理验潮站与验潮原理本讲稿第三十三页，共三十四页 分潮符号分潮符号(即假想天体符号即假想天体符号)名称名称 周期周期 (平太阳时平太阳时)相对振幅相对振幅 (取取M2=100)M2=100)M M2 2 S S2 2 N N2 2 K K2 2 K K1 1 0 01 1 P P1 1 Q Q1 1 M M4 4 M M6 6 MS MS4 4 半日分潮半日分潮 太阴主要半日分潮太阴主要半日分潮 太阳主要半日分潮太阳主要半日分
42、潮 太阴椭率主要半日太阴椭率主要半日分潮分潮太阴太阴太阳赤纬半太阳赤纬半 日分潮日分潮 全日分潮全日分潮太阴太阴太阳赤纬全太阳赤纬全日分潮日分潮 太阴主要全日分潮太阴主要全日分潮 太阳主要全日分潮太阳主要全日分潮太阴椭串主要全日太阴椭串主要全日分潮分潮 浅水分潮浅水分潮太阴浅水太阴浅水1/41/4日分潮日分潮太阴浅水太阴浅水1/61/6日分潮日分潮太阴太阳浅水太阴太阳浅水1 14 4日分潮日分潮 1212421421 12 12000000 12 12658658 11 11967967 23 23934934 25 25819819 24 24066066 26 26868868 6 6210210 6 6140140 6 6103103 100100 46 465 5 19 191 1 12 127 7 54 544 4 41 415 5 19 193 3 7 79 9常用的常用的8 8个分潮和个分潮和3 3个浅水分潮个浅水分潮本讲稿第三十四页，共三十四页