《航海学》潮汐补充教材及习题.doc

第三篇 航路学 第一章 潮汐与《潮汐表》的应用 　　 　　潮汐学是研究海洋、大气和地球潮汐现象的一门科学。本书只从航海实际应用出发，阐明海洋潮汐的现象、成因、利用《潮汐表》推算潮汐的知识和方法，以及潮汐在航海中的应用。 第一节 潮汐的基本成因与潮汐不等 一、潮汐现象 在沿海生活的人们注意到，海面每天产生周期性的升降现象，海面在周期性外力作用下产生的周期性升降运动称为潮汐（Tide），并将白天的海面上升称为潮，晚上的海面上升称为汐。海面上升的过程称为涨潮（Rising tide 或Flood tide），当海面到达最高点时，称为高潮（High Water）；海面下降的过程称为落潮（Falling tide 或 Ebb tide），当海面到达最低点时，称为低潮（Low Water）。伴随海面周期性的升降运动而产生的海水周期性的水平方向流动称为潮流（Tidal stream）。 　　潮汐现象最显著的特点是有明显的规律性，其变化周期即相邻高潮或者相邻低潮的时间间隔大约为半天或一天。在一个周期中，海面的升降、即海水的涨落并不是均匀的，而是时快时慢。高潮过后，海面缓慢下降，降到高、低潮的中间时刻附近，下降得最快，然后又减慢，直到发生低潮为止。低潮前后的一段时间，海面处于停止状态，此时称为“停潮（Slack tide）”。它的中间时刻为“低潮时（Time of Low Water，简记TLW）”；从低潮到高潮的变化过程与上述过程类似，直到发生高潮为止。高潮前后的一段时间，海面处于停止状态，此时称为“平潮（Slack tide）”。它的中间时刻为“高潮时（Time of High Water，简记THW）”。 　　从低潮时到高潮时的时间间隔叫“涨潮时间（Duration of Rise ）”，从高潮时到低潮时的时间间隔叫“落潮时间（Duration of Fall ）”。图3-1-1是潮汐现象示意图。 THW TLW THW TLW 图3-1-1　潮汐现象示意图 　　　潮汐与航海的关系非常密切，潮汐的变化可能会直接影响到船舶航行计划的实施和航海安全。浅水海湾或者港口，载重量稍大些的船舶，要候潮才能进出港口。此外，顺着潮流航行，就能加快航速，节约时间和燃料；反之则航速变慢，结果航行时间和燃油消耗都将增加。在沿岸航行中，潮流还能使船舶偏离航线，稍不谨慎就容易发生事故。 潮汐学有着丰富的内容，这里仅从航海实际应用出发，阐述潮汐的基本成因、潮汐术语和潮汐、潮流的计算方法等内容。 二、潮汐的基本成因 潮汐是由天体的引潮力产生的。天体的引力与惯性离心力的合力称为引潮力。对潮汐影响大的是月球和太阳的引潮力，其中月球引潮力是产生潮汐的主要力量。即月球对地面海水的引力，以及地球绕地（球）、月（球）公共质心进行平动运动所产生的惯性离心力是形成潮汐的主要原动力。本节只讨论月球引潮力，为方便讨论，提出两点假设： （１）整个地球被等深的大洋所覆盖，所有自然地理因素对潮汐不起作用； （２）海水没有摩擦力和惯性力，外力使海水在任何时刻都处于平衡状态 。 　　１.月球的引力 在地球和月球的引力系统中，按万有引力定律，月球与地球之间的引力与地、月两球的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。若以表示月球质量，以表示地球质量，R表示地球与月球中心间的距离，则地球和月球之间的引力为： 　　　　　　　　 　　　　　　（3-1-1） 这里：k为万有引力系数。 　　设月球中心至地球上任一点p的距离为r，则地球表面p点处，单位质量的海水所受的月球引力为： 　　　　 　　　　 （3-1-2） 　　由此可见，对于地球上各点来说，其所受月球引力的大小和方向均不相同，即不同地点的水质点所受到的月球引力的大小，是随着该点与月球中心的距离r的不同而不同的，离月球近的水质点受力大，离月球远的则受力小，且引力的方向均指向月球中心。 　 　　2．惯性离心力 　 　　（１）地、月系统的公共质心 图3-1-2　地、月公共质心 　　由（3-1-1）式看出，地、月之间具有相同的相互吸引力，但地、月系统能维系平衡，是由于它们绕着其共同质心运动的结果。地、月系统的公共质心（G）位于地、月中心（M）的连线上，且位于地球内部、距离地球中心（E）约0.73倍的