第11讲 　潮汐静力学理论

什么是潮汐？ 潮汐的形成与引潮力 潮汐静力学理论

什么是潮汐？ 人们对潮汐的直观认识 新石器时代：“贝丘遗址”。 赶海：几千年来，沿海居民趁退潮下海采集和捕捉海生动物。 晒海盐：长晴纳潮头，雨后纳潮尾。 钱塘江潮自古蔚为天下奇观，与南美洲的亚马逊河，南亚的恒河，并称世界三大强潮河流。但涌潮之壮观，以钱塘潮为最。“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧” 。

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…” 唐《海涛志》：“月与海相推，海与月相期”，“盈于朔望，……虚于上下弦”。

图 观钱塘潮的六和塔

图

钱塘江入海口位置图

为什么要研究潮汐？ 防止涨潮海水倒灌； 研究风暴潮； 为海洋渔业、海洋盐业、海上运输业服务； 为海洋军事服务； 潮汐发电等。

什么是潮汐？ 潮汐的定义：是指海水在天体引潮力作用下所产生的周期运动现象，它包括海面垂直涨落(潮位)和海水水平流动(潮流)。被喻为海洋的呼吸。 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“涨潮时”，相应的潮位差叫“涨潮潮差”。 落潮时、落潮潮差：类似于涨潮时、涨潮潮差。 平均潮差：落潮潮差与涨潮潮差的平均值。

什么是潮汐？ 潮汐要素图

潮汐周期

潮汐的类型 正规半日潮：在一个太阴日内，有两次高潮和两次低潮，从高潮到低潮和从低潮到高潮的潮差几乎相等，叫正规半日潮，也简称半日潮。 正规日潮：在一个太阴日内，有—次高潮和一次低潮，叫作正规日潮，有时也称之为全日潮。

混合潮：分为不正规半日潮、不正规全日潮两种。 图b是不正规半日潮过程曲线，在一个月中的大多数日子里，有两次高潮和两次低潮；但当月赤纬较大的时候，第二次高潮很小，半日潮特征就不显著。 图d是不正规全日潮过程曲线，这种潮汐具有日潮型的特征，但当月赤纬接近零的时候就变成半日潮。

潮汐长周期变化与潮汐不等现象 潮汐变化除半日周期和全日周期外，还有半月周期的变化，如果长时间观测，还将发现潮汐具有一个月、一年及18．61年等的长周期变化。 在一个月中，朔望日过后两三天潮差最大，叫大潮潮差；反之在上、下弦之后，潮差最小，叫小潮潮差。

潮汐长周期变化与潮汐不等现象 凡是一天之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，称为潮汐的日不等现象。高潮中比较高的一个叫高高潮，比较低的叫低高潮；低潮中比较低的叫低低潮，较高的叫高低潮。

什么是潮汐？ 潮汐的形成与引潮力 潮汐静力学理论

潮汐的形成与引潮力 古代人们就知道潮汐与月亮有关，潮汐“随时而应月”(宋·燕肃)。 月亮与地球的运行：共同绕公共质心作平动公转。 平动：在运动过程中，刚体上任意两点的连线保持平行，而且长度不变，那么这种运动就叫做平动。

潮汐的形成与引潮力 作平动转动的物体，各点的惯性离心力相等。 地球上（表面或内部）各点惯性离心力大小相等、方向相同，都指向背离月球的方向。 M为月球质量，K是万有引力常数，D为月地中心距离。

潮汐的形成与引潮力 月球引力：根据万有引力定律，地球上任一地点单位质量的物体所受的月球引力为： x为该质点至月球中心的距离。 引潮力：

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 引潮力示意图

潮汐的形成与引潮力 太阳引潮力与月球引潮力一样，两者共同作用形成大小潮。

潮汐的形成与引潮力 势：表征做功能力大小的状态量。 引力势： 离心力势： 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。 由于地球的自转，地球的表面相对于椭球形运动，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。

考虑引潮力后的等势面 由于地球的自转，就使得椭球形等势面相对于地面转动。

由于地球的自转，地球上各点的海面高度在一个太阴日内将发生两次最高和两次最低。 当月球赤纬不为0时，除赤道仍旧为正规半日潮外，其他一些地区的海面虽然在一个太阴日内也可出现两次高潮和两次低潮，但两次高潮的高度不相等，两次涨潮时也不等，形成日不等现象； 而在高纬度地区则出现正规日潮现象，在一个太阴日内只有一次高潮、一次低潮。

月赤纬为零时的潮汐椭球

月赤纬不为零时的潮汐椭球

潮汐静力理论几个结论： 在赤道上永远出现正规半日潮； 当赤纬δ不等于0时，两极高纬度地区(纬度｜ψ｜>90°-｜δ｜)出现正规日潮； 当δ不等于0时，在其他纬度上出现日不等现象，越靠近赤道，半日潮的成分越大，反之，越靠近南、北极．日潮的成分越显著。

对潮汐静力理论的评价 潮汐静力理论具有正确性： (1)潮汐静力理论是建立在客观存在的引潮力上； (2)根据潮汐静力理论导出的潮高公式所揭示出的变化周期与实际基本相符； 缺点： (1) 假定整个地球完全被海水包围，与实际情况相差较大； (2) 完全没有考虑海水的运动，而且假设海水没有惯性也与实际相差较大；

对潮汐静力理论的评价 (3)浅海、近岸地区的潮差理论结果相差较大，在浅海，潮差可达几米，甚至十几米； (4)理论表明赤道上不出现全日潮，低纬地区以半日潮占优势。实际上，赤道和低纬地区有日潮出现； (5)理论表明朔望日必发生大潮。实际上多数地方大潮出现的时间，比引潮力最大的时间迟后数天，这迟后的天数称为潮龄。