海洋与人类社会(第三讲)20140923.pptVIP

第三讲小结（1） 物理海洋学的研究内容、方法和特点 海洋温度、盐度、密 流体力学基础，海水运动 潮汐现象 潮位变化（高潮、低潮、潮差）、涌潮（钱江观潮） 潮汐类型（半日潮、全日潮、混合潮） 窦叔蒙《海涛志》 牛顿-平衡潮理论 拉普拉斯-动力潮理论 第三讲小结（2） 潮汐水位观测（潮位仪） 全球潮汐模型 天体引潮力，地球自转 潮周期、分潮（振幅、相位） 浅海分潮、地形影响 潮汐水位分析和预报（调和分析、潮汐表） 同潮图、等潮差线、同潮时线、无潮点 潮流、潮流流速、潮波及其传播速度 驻潮波、前进波、涨潮流、落潮流、憩流 谢 谢 ！ * 死海是一个无流出口的咸水湖，有专家预测死海将在几十年内消失。位于约旦裂谷，巨大的蒸发、降水差使得死海中的水盐度极高（33%），因此死海密度极大，人在里面身体不会下沉 以上的情况是假定地球是不动的，如果让地球转动起来，则在一个转动周期内，地球表面水位除高纬地带外将出现两次高潮、两次低潮 地球相对于月球的转动周期约为24.84小时，因此月球导致的潮汐周期将有12.42小时 影响潮汐的天体还有很多，但除太阳外，其他天体的影响远不及月球，这是因为它们要么距离十分遥远，要么质量相对较小（如太阳系的其他行星） 潮汐：地球自转的效应 全日潮或半日潮的形成：与纬度有关 太阳的引潮力约为月球的0.47倍，其周期为12小时 月球或太阳的引潮力等同于若干个只有简谐函数形式引潮力的天体作用之和 在潮汐学中，习惯上把一个简谐函数的引潮力看成是一个天体的作用（月球或太阳的引潮力也就被看成是若干个假想天体的共同作用） 对于每一个假想天体的引潮力都给予一个名称，并且与一个固定的周期相联系 根据每个假想天体的运动轨迹，计算其引潮力的大小 大小潮形成的机理 一些常见潮汐分潮的名称、周期和相对大小 名称 含义 周期（h） 相对大小 M2 月球的主要半日分潮 12.42 100 S2 太阳的主要半日分潮 12.00 47 N2 月球椭圆体半日分潮 12.66 19 K2 太阳-月球联动半日分潮 11.97 13 K1 太阳-月球联动全日分潮 23.93 58 O1 月球的主要全日分潮 25.82 42 P1 太阳的主要全日分潮 24.07 19 Q1 月球椭球体全日分潮 26.87 8 根据牛顿的平衡潮理论，分潮相位应与引潮力天体运动的相位相同（实际情况并非如此，分潮的相位是多样化的） 拉普拉斯的动力学理论较好地解释了这个现象，该理论将潮汐看成是周期性引潮力作用形成的波动 既然如此，波动有一个成长、发育的过程，使波动的相位不同于作用力的相位，而且两者的差异与海盆的大小和形状有关，不同的分潮相应地产生不同的位相差 潮波与海底地形的相互作用还可以产生新的分潮一个原来为简谐振动的分潮，其波形可以由于海底的摩擦力而产生变形，如果我们仍想用简谐函数来描述这个变了形的波动的话，就必须增加新的“分潮” 这类分潮在潮汐学中称为“浅海分潮” 为了要把相对较为重要的分潮（包括浅海分潮）都加以考虑，需设置一个最低的标准。例如“振幅大于1cm的分潮不予忽略” 一般认为，要较为准确地刻画海洋潮汐，需要考虑排列在前64位的分潮 潮汐水位分析和预报 如果在海洋中的某个地点，设置潮位计对水位进行长期的记录，则可以得到水位的时间序列 其中水位变化的影响因素很多，包括潮汐和非潮汐的影响 如果我们的目的是确定各个分潮在水位时间序列中的贡献，并且预测今后一段时间的潮汐水位变化，那么分析的方法可以采用调和分析 （Harmonic analysis） 调和分析的物理基础是：任何一条随时间变化的曲线，都可以分解为一系列简谐振动的和，而且在潮汐的情况中每个简谐振动的周期是已知的 潮汐水位η=η(t)可以写成振幅、相位确定的全部分潮的和： 式中Ai为第i个分潮的振幅，Ti为第i个分潮的周期，σi为第i个周期的相位，N为分潮的总个数。由于Ti是已知的，所以我们的任务是确定Ai和σi的值，这正是调和分析的目的。 调和分析的数学原理可以在A. Defant的著作《物理海洋学》（1960-1961） 根据上一页的公式，可以从中拿出一个分潮来，将原式改写为： 式中，B0=A0cosσ0, C0=A0sinσ0。将式（6）的两边同乘以 ，并在[0.PT0]（P为一个很大的正整数）内积分，可得： 其原因是当P→∞式中的求和一项趋于0 。 同理，将前式两边乘以 并在[0, PT0]上积分，可得： 因此可得 有了B0和C0的值，根据我们前面的定义，立即可得： 这样，我们抽取出来的分潮的振幅和相位就被确定了。这个过程重复N次，可以把全部N个分潮的振幅和相位都计算出来。 在数学的证明中需要P→∞的条件，但在实际的调和分析中，P只要是一个充分大的数就行了